JP7544646B2

JP7544646B2 - シール材及びその製造方法

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Publication number: JP7544646B2
Application number: JP2021055239A
Authority: JP
Inventors: 龍平竹田; 武広浜村; 哲也山本; 純一坂本
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2021-03-29
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2024-09-03
Anticipated expiration: 2041-03-29
Also published as: JP2022152458A

Description

本発明は、シール材及びその製造方法に関する。

シリコーンゴムを他のゴムと複合させる技術が知られている。例えば、特許文献１には、特定配合の加熱硬化性シリコーンゴム組成物と加熱硬化性フッ素ゴム組成物とを接触させて同時に架橋硬化させることが開示されている。特許文献２には、シリコーンゴムと他のゴムとを、２－シアノアクリレート系瞬間接着剤で接着させて複合させる方法が開示されている。

特開２００８－１５６５６４号公報特開２００３－４１１５４号公報

シリコーンゴム製のシール材は、耐低温性は優れるものの、ガス透過係数が高いためにシール性が劣る。一方、例えばフッ素ゴムのように、低温での使用は困難であるものの、シール性は優れるというゴム材料がある。そこで、かかるゴム材料をシリコーンゴムと複合させれば、耐低温性及びシール性が両立するシール材が得られると考えられる。ところが、シリコーンゴムは、他のゴム材料との接着性が乏しいという問題がある。

本発明の課題は、耐低温性が優れる第１エラストマーの耐低温性担保部分と、シール性が優れる第２エラストマーのシール性担保部分とが強固に複合したシール材を提供することである。

本発明は、ガラス転移温度が－５０℃以下の第１エラストマーのシリコーンゴムで形成された耐低温性担保部分と、第１エラストマーよりもガス透過係数の低い第２エラストマーのフッ素ゴムで形成されたシール性担保部分とがシアノアクリレート接着剤で形成された接着剤層を介して複合したシール材であって、前記耐低温性担保部分と前記接着剤層との間にアミン系界面活性剤を含有する第１プライマー層が設けられているとともに、前記シール性担保部分と前記接着剤層との間にアミン系界面活性剤を含有する第２プライマー層が設けられている。

本発明は、ガラス転移温度が－５０℃以下の第１エラストマーのシリコーンゴムで形成された耐低温性担保部分と、第１エラストマーよりもガス透過係数の低い第２エラストマーのフッ素ゴムで形成されたシール性担保部分とが複合したシール材の製造方法であって、前記耐低温性担保部分の接着予定面にアミン系界面活性剤を含有する第１プライマーを付着させるとともに、前記シール性担保部分の接着予定面にアミン系界面活性剤を含有する第２プライマーを付着させ、前記耐低温性担保部分の接着予定面と前記シール性担保部分の接着予定面とを、それらの間にシアノアクリレート接着剤を介在させて接着させるものである。

本発明によれば、耐低温性が優れる第１エラストマーの耐低温性担保部分と接着剤層との間に第１プライマー層が設けられているとともに、シール性が優れる第２エラストマーのシール性担保部分と接着剤層との間に第２プライマー層が設けられていることにより、第１エラストマーの耐低温性担保部分と、第２エラストマーのシール性担保部分とを接着剤層を介して強固に複合させることができる。

実施形態に係るシール材の平面図である。図１ＡにおけるIB-IB断面図である。実施形態に係るシール材における耐低温性担保部分とシール性担保部分との接着界面の断面拡大図である。実施形態に係るシール材の製造方法の第１の説明図である。実施形態に係るシール材の製造方法の第２の説明図である。

以下、実施形態について詳細に説明する。

図１Ａ及びＢは、実施形態に係るシール材１０を示す。実施形態に係るシール材１０は、例えば半導体製造装置等に組み付けられて低温度雰囲気下で使用されるいわゆるＯリングである。

実施形態に係るシール材１０は、相対的に低圧雰囲気に晒される内周側の耐低温性担保部分１１と、相対的に高圧雰囲気に晒される外周側のシール性担保部分１２とを備える。

耐低温性担保部分１１は、内周側の大径の半円と外周側の小径の半円とが同心で結合したような断面形状に形成されている。

耐低温性担保部分１１は、ガラス転移温度が－５０℃以下の第１エラストマーで形成されている。ガラス転移温度が－５０℃以下の第１エラストマーとしては、例えば、シリコーンゴム、ポリブタジエンゴムなどの架橋ゴム、ポリエチレンなどの熱可塑性エラストマー等が挙げられる。シリコーンゴムでは、例えば、ビニルメチルシリコーンゴム（ＶＭＱ）、フェニルメチルシリコーンゴム（ＰＭＱ）等が挙げられる。第１エラストマーは、耐低温性が優れる観点から、シリコーンゴムであることが好ましく、フェニルメチルシリコーンゴム（ＰＭＱ）であることがより好ましい。

第１エラストマーのガラス転移温度は、－５０℃以下である。このガラス転移温度は、ＪＩＳＫ６２４０：２０１１に基づいて測定されるものである（以下、同様）。

第１エラストマーのタイプＡデュロメータで測定される標準試験温度でのゴム硬さは、好ましくは５０以上８０以下、より好ましくは６５以上７５以下である。このゴム硬さは、ＪＩＳＫ６２５３－３：２０１２に基づいて測定されるものである（以下、同様）。

第１エラストマーの標準試験温度での１００％応力は、好ましくは１．０ＭＰａ以上、より好ましくは１．５ＭＰａ以上である。第１エラストマーの－６０℃での１００％応力は、好ましくは１．０ＭＰａ以上、より好ましくは１．５ＭＰａ以上である。これらの１００％応力は、ＪＩＳＫ６２５１：２０１０に基づいて測定されるものである（以下、同様）。

第１エラストマーのＴＲ１０は、好ましくは－４０℃以下、より好ましくは－５０℃以下である。このＴＲ１０は、ＪＩＳＫ６２６１：２００６に基づいて測定されるものである（以下、同様）。

シール性担保部分１２は、内周側に開口した半円の円弧の断面形状に形成されている。そのシール性担保部分１２の円弧の外径は、耐低温性担保部分１１の内周側の大径の半円と同一であり、且つ円弧の内径は、耐低温性担保部分１１の外周側の小径の半円とほぼ同一である。

シール性担保部分１２は、第１エラストマーよりもガス透過係数の低い第２エラストマーで形成されている。例えば、第１エラストマーがシリコーンゴムの場合、第２エラストマーとしては、例えば、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴムなどの架橋ゴム、熱可塑性エラストマー等が挙げられる。フッ素ゴムでは、例えば、ビニリデンフルオライド（ＶＤＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）との共重合体（二元系ＦＫＭ）、ビニリデンフルオライド（ＶＤＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）とテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）との共重合体（三元系ＦＫＭ）等が挙げられる。第２エラストマーは、フッ素ゴムであることが好ましく、二元系ＦＫＭであることがより好ましい。

第２エラストマーの標準温度でのガス透過係数は、好ましくは１．０×１０^－８以下、より好ましくは５．０×１０^-９以下である。第２エラストマーの標準温度でのガス透過係数は、第１エラストマーのそれよりも低い。このガス透過係数は、ＪＩＳＫ６２７５－１：２００９に基づいて測定されるものである（以下、同様）。

第２エラストマーのガラス転移温度は、好ましくは－１０℃以下、より好ましくは－２０℃以下である。第２エラストマーのガラス転移温度は、第１エラストマーのそれよりも高い。

第２エラストマーのタイプＡデュロメータで測定される標準試験温度でのゴム硬さは、好ましくは６０以上８０以下、より好ましくは６５以上７５以下である。この第２エラストマーのゴム硬さは、第１エラストマーのそれと同等であることが好ましい。

第２エラストマーの標準試験温度での１００％応力は、好ましくは３．０ＭＰａ以上、より好ましくは３．５ＭＰａ以上である。この第２エラストマーの１００％応力は、第１エラストマーのそれよりも高いことが好ましい。

第２エラストマーのＴＲ１０は、好ましくは－５℃以下、より好ましくは－１０℃以下である。第２エラストマーのＴＲ１０は、第１エラストマーのそれよりも高い。

実施形態に係るシール材１０では、図２に示すように、耐低温性担保部分１１の外周側の断面が小径の半円の周方向に延びる突条が、シール性担保部分１２の内周側の断面が小径の半円の周方向に延びる溝に嵌合しているとともに、耐低温性担保部分１１とシール性担保部分１２とが接着剤層１３を介して複合している。また、耐低温性担保部分１１と接着剤層１３との間には、第１プライマー層１４が設けられているとともに、シール性担保部分１２と接着剤層１３との間には、第２プライマー層１５が設けられている。

接着剤層１３を形成する接着剤は、耐低温性担保部分１１とシール性担保部分１２とを強固に複合させる観点から、シアノアクリレート接着剤であることが好ましい。シアノアクリレート接着剤の主剤は、同様の観点から、２－シアノアクリレートが好ましい。２－シアノアクリレートとしては、例えば、メチル－２－シアノアクリレート、エチル－２－シアノアクリレート、プロピル－２－シアノアクリレート、イソプロピル－２－シアノアクリレート、ブチル－２－シアノアクリレート、イソブチル－２－シアノアクリレート、アミル－２－シアノアクリレート、ヘキシル－２－シアノアクリレート、シクロヘキシル－２－シアノアクリレート、オクチル－２－シアノアクリレート、２－エチルヘキシル－２－シアノアクリレート、アリル－２－シアノアクリレート、プロパルギル－２－シアノアクリレート、フェニル－２－シアノアクリレート、ベンジル－２－シアノアクリレート、メトキシエチル－２－シアノアクリレート、エトキシエチル－２－シアノアクリレート、テトラヒドロフルフリル－２－シアノアクリレート、２－クロロエチル－２－シアノアクリレート、３－クロロプロピル－２－シアノアクリレート、２－クロロブチル－２－シアノアクリレート、２，２，２－トリフルオロエチル－２－シアノアクリレート、ヘキサフルオロイソプロピル－２－シアノアクリレート等が挙げられる。市販のシアノアクリレート接着剤としては、例えば、アルテコ社製の「８８」、フロント工販社製の「ＦＲＯＮＴ＃１０７」、田岡化学工業社製の「シアノボンドＲＰ－ＨＸ」等が挙げられる。

接着剤の２３℃での粘度は、接着作業の作業性の観点から、好ましくは５０ｍＰ・ｓ以上、より好ましくは１００ｍＰ・ｓ以上であり、高い接着力を得る観点から、好ましくは１５００ｍＰ・ｓ以下、より好ましくは１０００ｍＰ・ｓ以下である。この粘度は、ＪＩＳＫ６８３３－１：２００８に基づいて測定されるものである。

第１プライマー層１４を形成する第１プライマーと第２プライマー層１５を形成する第２プライマーとは、同一であっても、異なっていても、どちらでもよい。

第１プライマー層１４を形成する第１プライマー及び第２プライマー層１５を形成する第２プライマーとしては、例えば界面活性剤を溶剤に溶解させた溶液が挙げられる。界面活性剤は、耐低温性担保部分１１とシール性担保部分１２とを強固に複合させる観点から、カチオン界面活性剤が好ましく、アミン系界面活性剤がより好ましく、第３級アミン系界面活性剤が更に好ましい。第３級アミン系界面活性剤としては、例えば、Ｎ，Ｎ－ジメチルドデシルアミン、Ｎ，Ｎ－ジメチルテトラデシルアミン、Ｎ，Ｎ－ジメチルヘキサデシルアミン、Ｎ，Ｎ－ジメチルオクタデシルアミン、Ｎ，Ｎ－ジメチルヤシアミン、Ｎ，Ｎ－ジメチル牛脂アミン、Ｎ，Ｎ－ジメチル硬化牛脂アミン、Ｎ，Ｎ－ジヤシアルキルメチルアミン、Ｎ，Ｎ－ジ硬化牛脂メチルアミン、Ｎ，Ｎ－ジオレイルメチルアミンなどのモノアミン系界面活性剤；Ｎ，Ｎ，Ｎ‘，Ｎ’－テトラメチル－１，６－ジアミノヘキサンなどのジアミン系界面活性剤等が挙げられる。

第１プライマー層１４及びそれを形成する第１プライマー（以下「第１プライマー層１４等」という。）は、Ｄ３乃至Ｄ７の低分子シロキサン化合物を含有していてもよい。第２プライマー層１５及びそれを形成する第２プライマー（以下「第２プライマー層１５等」という。）も、Ｄ３乃至Ｄ７の低分子シロキサン化合物を含有していてもよい。この場合、少なくとも第１プライマー層１４等が低分子シロキサン化合物を含有することが好ましい。第１プライマー層１４等及び第２プライマー層等の両方が低分子シロキサン化合物を含有する場合、第１プライマー層１４等が含有する最大単量体数の低分子シロキサン化合物が、第２プライマー層１５等が含有する最大単量体数の低分子シロキサン化合物よりも、単量体数が大きいことが好ましい。市販のプライマーとしては、例えば、アルテコ社製の「ＰＲ７００」及び「ＰＲ９６０」、フロント工販社製の「Ｓプライマー」及び「Ｆプライマー」、並びに田岡化学工業社製の「プライマーＸ」等が挙げられる。

第１エラストマーの耐低温性担保部分１１と第２エラストマーのシール性担保部分１２との間の剥離強さは、好ましくは３０．０Ｎ／２５ｍｍ以上、より好ましくは５０．０Ｎ／２５ｍｍ以上である。この剥離強さは、ＪＩＳＫ６２５６：２０１３に基づいて測定されるものである。

次に、実施形態に係るシール材１０の製造方法について説明する。

まず、第１エラストマーを用いて耐低温性担保部分１１を、また、第２エラストマーを用いてシール性担保部分１２を、それぞれ別々に成形する。

次いで、図３Ａに示すように、耐低温性担保部分１１の接着予定面に第１プライマー１４’を付着させて乾燥させるとともに、シール性担保部分１２の接着予定面に第２プライマー１５’を付着させて乾燥させる。このとき、必要に応じて加熱してもよい。

続いて、第１プライマー１４’が乾燥して形成された第1プライマー層１４が付着した耐低温性担保部分１１の接着予定面、及び／又は、第２プライマー１５’が乾燥して形成された第２プライマー層１５が付着したシール性担保部分１２の接着予定面に接着剤を付着させる。このとき、耐低温性担保部分１１とシール性担保部分１２とを強固に複合させる観点からは、耐低温性担保部分１１の接着予定面に接着剤を付着させることが好ましく、図３Ｂに示すように、耐低温性担保部分１１の接着予定面の方にだけ接着剤１３’を付着させ、シール性担保部分１２の接着予定面には接着剤１３’を付着させないことがより好ましい。

そして、耐低温性担保部分１１の接着予定面とシール性担保部分１２の接着予定面とを当接させて接着剤１３’を硬化させることにより、耐低温性担保部分１１の接着予定面とシール性担保部分１２の接着予定面とを、それらの間に接着剤１３’を介在させて接着させたシール材１０を得る。このとき、必要に応じて加熱してもよい。

なお、上記実施形態では、シール材１０としてＯリングを示したが、特にこれに限定されるものではなく、その他の構成のものであってもよい。

（第１及び第２エラストマー）
表１に示す第１及び第２エラストマーのシート状の架橋ゴムを準備した。

（シアノアクリレート接着剤）
表２に示すシアノアクリレート接着剤１乃至６を準備した。

（プライマー）
表３に示すプライマー１乃至５を準備した。

（接着試験及びその結果）
表４に示す実験１乃至６のシアノアクリレート接着剤並びに第１及び第２プライマーの組み合わせで幅２５ｍｍの板状の剥離試験用テストピースを作製した。具体的には、第１エラストマーのＰＭＱの接着予定面に第１プライマーを塗布して乾燥させるとともに、第２エラストマーのＦＫＭの接着予定面に第２プライマーを塗布して乾燥させた。第１プライマーを塗布したＰＭＱの接着予定面の方にだけシアノアクリレート接着剤を塗布し、ＦＫＭの接着予定面にはシアノアクリレート接着剤を付着させなかった。ＰＭＱの接着予定面とＦＫＭの接着予定面とを当接させてシアノアクリレート接着剤を硬化させた。

そして、それぞれの剥離試験用テストピースの作製時の接着作業性について、Ａ、Ｂ、及びＣの３水準で評価を行った。また、それぞれの剥離試験用テストピースについて、ＪＩＳＫ６２５６：２０１３に基づいて、剥離速度１００ｍｍ／ｍｉｎのＴ字剥離試験を実施して剥離強さを測定するとともに、剥離後の剥離状態を目視で確認した。表４に試験結果を示す。

本発明は、シール材及びその製造方法の技術分野について有用である。

１０シール材
１１耐低温性担保部分
１２シール性担保部分
１３接着剤層
１３’ 接着剤
１４第１プライマー層
１４’ 第１プライマー
１５第２プライマー層
１５’ 第２プライマー

Claims

ガラス転移温度が－５０℃以下の第１エラストマーのシリコーンゴムで形成された耐低温性担保部分と、第１エラストマーよりもガス透過係数の低い第２エラストマーのフッ素ゴムで形成されたシール性担保部分とがシアノアクリレート接着剤で形成された接着剤層を介して複合したシール材であって、
前記耐低温性担保部分と前記接着剤層との間にアミン系界面活性剤を含有する第１プライマー層が設けられているとともに、前記シール性担保部分と前記接着剤層との間にアミン系界面活性剤を含有する第２プライマー層が設けられているシール材。
請求項１に記載されたシール材において、
前記第１プライマー層がＤ３乃至Ｄ７の低分子シロキサン化合物を含有するシール材。
請求項２に記載されたシール材において、
前記第２プライマー層がＤ３乃至Ｄ７の低分子シロキサン化合物を含有するシール材。
請求項３に記載されたシール材において、
前記第１プライマー層が含有する最大単量体数の低分子シロキサン化合物が、前記第２プライマー層が含有する最大単量体数の低分子シロキサン化合物よりも、単量体数が大きいシール材。
ガラス転移温度が－５０℃以下の第１エラストマーのシリコーンゴムで形成された耐低温性担保部分と、第１エラストマーよりもガス透過係数の低い第２エラストマーのフッ素ゴムで形成されたシール性担保部分とが複合したシール材の製造方法であって、
前記耐低温性担保部分の接着予定面にアミン系界面活性剤を含有する第１プライマーを付着させるとともに、前記シール性担保部分の接着予定面にアミン系界面活性剤を含有する第２プライマーを付着させ、前記耐低温性担保部分の接着予定面と前記シール性担保部分の接着予定面とを、それらの間にシアノアクリレート接着剤を介在させて接着させるシール材の製造方法。
請求項５に記載されたシール材の製造方法において、
前記シアノアクリレート接着剤を、前記第１プライマーを付着させた前記耐低温性担保部分の接着予定面に付着させるシール材の製造方法。
請求項６に記載されたシール材の製造方法において、
前記シアノアクリレート接着剤を、前記第２プライマーを付着させた前記シール性担保部分の接着予定面には付着させないシール材の製造方法。