JP5072048B2 - 高圧シートガスケット材料の製造方法 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

〔関連出願の相互参照〕
本発明は、２００６年１２月７日出願のＡＮ ＩＭＰＲＯＶＥＤ ＰＲＯＣＥＳＳ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＨＩＧＨ−ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＳＨＥＥＴ ＧＡＳＫＥＴＩＮＧ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳと題した米国特許仮出願第６０／８７３３３６号明細書からの優先権を主張し、この特許仮出願の全体は参照により本明細書に組み込まれる。

〔背景〕
ガスケット材料として用いられる高圧シートは、もともと、繊維の基剤をゴムバインダーと混合し、生成した混合物を圧力及び高温にあてることにより調製されてきた。一般に、このようなシートは、トレステルマシン（Ｔｒｏｅｓｔｅｒ ｍａｃｈｉｎｅ）等の、一対のロールを有し一方が他方の上側に位置するツーロールシート成形機で製造されてきた。下側ロールは、一般に、より大きい加熱されるロールとして提供されてきたが、上側ロールは、より小さい、通常は加熱されないロールとして提供されてきた。この種類の装置による従来のシートのためには、まず、ある量のスターター化合物を、この熱ロールの上に堆積させる。次いで、ある量の素地化合物を、この２つの回転するロールの間隙の中に加える。高圧シート材料を、この熱ロールの上で所望の厚さに形成し、次いで、取り外し、テーブル又は他の支持体の上に置くことができる。

高圧シートの標準的な製造方法は、別々の成分の２つのドウを混合することを含み、その両者ともに、高圧シート製品を製造するときの不可欠な成分であった。素地ドウと呼ぶ主成分は、例えば、大型のドラムミキサーで混合されてきたが、任意の様々な異なる型のミキサーで混合されることが知られている。このドウの成分には、例えば、ゴム材料等のエラストマー、繊維、粘土等の充填剤、並びにゴム配合技術の分野における当業者に既知の硬化成分、酸化防止剤及び／又は着色剤等の少量の他の材料が一般的に挙げられている。

混合工程の始まりは一般に、所定量の溶媒を混合機に導入することを含んでいた。次に、ゴム材料等の所定量のエラストマーを同様に、この混合機に導入していた。この溶媒の機能は、エラストマーを溶解することにより、素地ドウ中の他成分との均一な混合を可能にすることと、それがシート成形工程の間に熱ロール上に適切に堆積するように、素地ドウ混合物の適切な粘度の維持を助けることとであった。この工程においては、メチルエチルケトン、ヘプタン及びトルエンを含む多くの溶媒が用いられてきたが、それらはすべて特に危険である。

ゴム材料が溶媒に溶解した後、そこに他の成分を混合することができる。この材料は、異なる順序で混合機に導入され、使用される材料、及び混合物の大きさ等の要因に応じて、この操作の様々な段階のための設定時間を定めることができる。例えば、混合の状態、混合物中の溶媒量等の混合物の望ましい特性を達成した後、混合物は混合機から出され、操作のシート成形部に移される。

高圧シートの別の重要な成分は、スタートコートと呼ぶ少量成分である。スタートコートは、素地ドウ配合物に非常に類似した材料から配合される材料である。スタートコート配合物の重要な特徴は、以下に記載の方法で、シートカレンダーの熱ロールに必ず良好に接着することである。しかし、スタートコート配合物の別の重要な特徴は、一度シートがその所望の厚さに堆積されたら、スタートコートが、必ず容易にカレンダーから離れて、非常に清浄で平滑なシートを提供することである。

スタートコート及び素地ドウをロールカレンダーに移した後、圧延操作を開始する。ツーロールカレンダーは、ゴムの加工操作において周知の機械であり、互いに平行な２本のロールからなる。一般に、この２本のロールの１本を、内部加熱部品により任意の様々な温度に加熱し、加熱されたロールについての一般的な運転温度は、約２００°Ｆから約２８０°Ｆ以下である。冷ロールとして知られる他のロールを、例えば、ロール内部の水循環により冷却することができる。高圧シート材料、すなわちドウを製造するために用いられる材料は、２本の回転するカレンダーロールの間隙に導入される。

シート成形ミルカレンダーと一般的なゴムカレンダーとの大きな違いは、一般的なゴムカレンダーにおいては、ロールは２本のロールの固定された間隙に保持され、材料を２本のロールの間隙で圧迫することにより、所定の厚さのゴムシートを形成することであった。しかし、シート成形ミルカレンダーにおいては、２本のロールの間隙を固定しないが、代わりに２本のロール上の圧力が、間隙にかけられる圧力が所定のものであるように設定される。シート材料、すなわちドウが、熱ロールに付着することにより、２本のロールに対する背圧が生じる。したがって、まずドウが熱ロールに付着し、その後に熱ロール上にすでに付着したドウにさらなるドウが付着するときに、２本のロールの間隙での所定の圧力が維持される。このように、２本のロールの間の圧力は一定のままであるが、材料がその材料の所望の厚さに堆積すると、２本のロールの間隙を増加させることができる。

圧延操作の始めに、初期の比較的少量のスタートコート配合物を、カレンダーロールの間隙に導入し、０．００２インチ厚の薄さであり得るスタートコートの薄い層を加熱されたロールに付着させる。その後、素地ドウ材料が、カレンダーロールの間隙に導入され、スタートコートの薄い層の上に堆積され得る。熱ロール上に堆積するシートは、例えば、互いに付着する一組の薄い積層体とみなすことができる。素地ドウ材料は、加熱されたロール上に堆積する、カレンダーロールを離し、堆積中のシートが所望の厚さに達したときに、操作を止め、シートをロールから取り外す。一般的な圧延操作は、ロールの寸法により決定される幅及び長さで一度に１枚のシートが形成されるバッチ操作である。換言すれば、シートの長さ及び幅は、ロールの長さ及び円周により決定される。しかし、シートの厚さにより、所望のシート厚さに達するまで、所定の間隙圧力下でシートを堆積させることができる。

一般に、スタートコートが導入される前は、カレンダーロールが互いに事実上接触しており、ドウがカレンダーロールの間隙に導入されると、厚さが増加し続けるにつれて、材料が、まず加熱されたロールに、次いで材料自体に付着することにより堆積するので、シートの厚さが約０．００１インチ以下の非常に少ない増分で増加する。シート成形操作は、所望のシート厚さが達せられるときに操作を止め、例えば切断装置を用いてロールの長さ及び円周に沿ってシートを切断し、ロールからシートを取り外し、それを平坦な支持面に移す、非常に熟練したオペレータにより一般に行われることに注意されたい。

非常に低い引火点を有し、爆発的な可燃性であることがあり、非常に毒性でもあるトルエン、ヘプタン及びメチルエチルケトン等の有機溶媒の使用において、従来用いられた方法の重大な短所が見出される。さらに、材料の爆発的可燃性は、ドウの中及び周囲において、すべての生じ得る静電気の蓄積により非常に影響を受ける。静電気が蓄積されるときに、爆発性の発火を生じることのある火花を作り出すことがあるのは容易に明らかである。したがって、従来用いられたものより危険性の少ない溶媒を用いる高圧シートガスケット材料の製造方法が、現在必要である。

現在用いられている方法の別の欠点は、この方法により製造されるシートの質である。シートの厚さを増加させる方法の重要な態様は、シートの製造に費やされるすべての材料が、加熱されたロールの上にのみ堆積し、冷ロールに付着しないのを確実にすることである。冷ロールに付着するすべての材料は、荒シートを製造する作用を有するであろう。したがって、冷ロール上の堆積が少量であっても、視覚的に美しくないだけでなく、例えばガスケット材料としての密封性に関して、材料の性能への悪影響をも有する粗い表面を有するシートを生成するであろう。したがって、改善された加工性及び密封性能をもつ高圧シートガスケット材料の製造方法も、現在のところは必要である。

〔概要〕
この概要は、以下の詳細な説明においてさらに記載する選択した概念を、単純化した形で紹介するために提供する。この概要は、特許請求の範囲の主題の重要な態様又は本質的な態様を特定することを意図するものではない。さらに、この概要は、特許請求の範囲の主題の範囲を決定するときの助けとして用いることを意図するものではない。

本技術の特徴及び長所は、従来用いられたものより危険性が少ない、酢酸ｔｅｒｔ−ブチル等の溶媒を用いて、高圧シートガスケット材料を製造する方法を提供することである。

主題の技術のさらなる目的及び特徴は、改良された加工性及び密封性能を有する高圧シートガスケット材料の製造方法を提供することである。

上記の、及び他の特徴、長所及び目的を達成するために、本技術の実施形態は、シート成形工程における溶媒として、例えば、化学的に（ＣＨ_３）_３−Ｃ−Ｏ−ＣＯＣＨ_３により表される酢酸ｔｅｒｔ−ブチルを用い、高圧シートガスケット材料を製造する方法を提供する。酢酸ｔｅｒｔ−ブチルは、米国環境保護庁により揮発性有機化合物（ＶＯＣ）としては記載されていないので、トルエン、メチルエチルケトン及びヘプタン等の、従来の先行するシート成形工程において用いられてきた溶媒より安全で環境にやさしい。特に、酢酸ｔｅｒｔ−ブチルは、最も一般的に用いられる溶媒の一つであるトルエンより高い許容被爆限界（ＰＥＬ）を示す。さらに、本技術の実施形態についての方法により製造される混合物は、例えば、シート堆積工程の間においてオペレータ側の取組みは最小限で冷ロールを清浄なままにするので、シート成形ステップにおいて非常に良好に加工する複合材料を生成する。さらに、この実施形態の実施形態による方法により製造されるシートの密封性は、従来の方法により製造されるものより優れている。

本技術のさらなる目的、長所及び新規な特徴は、部分的には以下の説明の中に記載され、部分的には以下を調査すると当業者にはより明らかとなるか本技術の実施から学習され得る。

〔詳細な説明〕
実施形態を、当業者がこの系及び方法を実施することを可能にするだけ十分詳細に以下にさらに十分に記載する。しかし、実施形態は、多くの異なる形で実施することができ、本明細書に記載する実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。そのため、以下の詳細な説明は、限定的な意味で理解すべきではない。

本技術の実施形態は、シート成形工程のために素地（ｂｏｄｙ）ドウ（ｄｏｕｇｈ）を混合する工程における溶媒として、類似の化学的、物理的及び毒性学的な特性を有する、例えば酢酸ｔｅｒｔ−ブチル、又は他の適切な有機溶媒を使用する。したがって、本技術の実施形態においては、所定の量の酢酸ｔｅｒｔ−ブチルをミキサーに導入する。その後は、天然ゴム及び／又はアクリロニトリル−ブタジエンゴム等の所定量のエラストマーを同様にミキサーに導入する。エラストマーが一度酢酸ｔｅｒｔ−ブチルに溶解した後、そこに他の成分を混合する。こうした他の成分には、例えば、抗酸化剤、酸化亜鉛等の着色剤、硫黄等の硬化剤、ＴＭＴＤ（テトラメチルチウラムジスルフィド）粉末等の硬化促進剤、粘土及び無機材料等の補強充填剤、並びに有機繊維及び／又は鉱物繊維等の繊維が含まれる。

表Ｉは、本技術の実施形態についての高圧シートガスケット材料の製造方法のための素地ドウを混合するために用いられる成分の比率の例を示す。

本技術の実施形態の方法において溶媒として酢酸ｔｅｒｔ−ブチルを用いることの重要な長所は、酢酸ｔｅｒｔ−ブチルの引火点（６２°Ｆ〜７２°Ｆ）は、トルエンの引火点（３９．２°Ｆ）より実質的に高いので、酢酸ｔｅｒｔ−ブチルはトルエンより爆発的な可燃性が非常に小さいことである。さらに、酢酸ｔｅｒｔ−ブチルは、分子自体の中のその半極性結合のために、トルエンの固有電荷より多い固有電荷を有する。それはトルエンより極性の分子であるので、静電気は蓄電しにくく、したがって、混合及び／又はシート成形の工程の間において、爆炎を発し得る火花を作り出す可能性を低減させる。さらに、米国環境保護庁により揮発性有機化合物（ＶＯＣ）として記載されるトルエンとは異なり、ｔｅｒｔ−ブチルは、米国環境保護庁によりＶＯＣとして記載されておらず、より環境にやさしい。さらに、様々な毒性の測定により、酢酸ｔｅｒｔ−ブチルがトルエンより毒性が低いことが示される。

表ＩＩは、本技術の実施形態のための素地ドウを混合するために用いられる特定の成分の比率のより詳細な例を示す。

素地ドウを混合するための溶媒として、酢酸ｔｅｒｔ−ブチルとともに用いられる特定の成分の様々な比率の例を与えたが、酢酸ｔｅｒｔ−ブチルに類似する化学的、物理的及び毒性学的な特性を有する他の適切な有機溶媒を、同様に用いることができることを理解されたい。ポリアラミド、ナイロン、ポリアクリレート及び／又はセルロース等の有機繊維、セピオライト、アスベスト及び／又はガラス繊維等の無機繊維、グラファイト及び／又は炭素等の炭素繊維、粘土及び鉱物（例えばウォラストナイト）等の充填剤、並びに天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、フルオロエラストマー及びアクリロニトリル−ブタジエンゴム等のエラストマーを含む任意の適切な成分を用い、様々な高圧シート製品を製造するときに、本技術の実施形態についての方法を用いることができることをさらに理解されたい。

本技術の実施形態の、予期しないが非常に重要な長所は、溶媒として酢酸ｔｅｒｔ−ブチルを用いて混合した素地ドウにより、シーター上により清浄な構造が生成される傾向があることである。換言すれば、酢酸ｔｅｒｔ−ブチルを素地ドウ中の溶媒として用いるときに、対応するトルエン系の配合物を用いるときよりも冷ロールが清浄なままであることが見出されている。繊維として例えばケブラー又はグラファイトを含む様々な配合物でシーターを用いる多くの熟達したオペレータにより、これが真実であることが見出されている。この配合において、溶媒としての酢酸ｔｅｒｔ−ブチルとともに、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム又はクロロプレンブタジエンゴムの配合物が用いられるかどうかに関わらず、真実であることも見出されている。すべてのこうした場合において、シーターオペレータは、冷ロールを清浄に保つことがはるかに難しくないと報告し、オペレータ側の配慮の必要がより少なく、より高品質なシート、及び／又はより堅牢な工程につながった。

本技術の実施形態についての素地ドウを混合する工程において、溶媒として酢酸ｔｅｒｔ−ブチルを利用することの、予期しないが非常に重要な別の長所は、この方法で作製されたシートから製造されるガスケットの密封性を著しく改善することである。例えば、ＡＳＴＭ Ｆ３７標準による密封性試験を、本技術の実施形態についてのシート成形工程のための素地ドウを混合する工程における溶媒として酢酸ｔｅｒｔ−ブチルを用いて製造したガスケットに対して行った。ＡＳＴＭ Ｆ３７の密封性試験においては、標準的な大きさ及び形状のガスケット材料を、フランジの平滑な底面に対してガスケットにより既知の圧力をかける既知のボルト荷重までトルクを与える標準的なフランジの中に置く。次いでこの系には、窒素を、また既知の圧力で充填し、マノメータを用い、ガスケットを通した窒素の漏れ速度を測定する。本技術の実施形態により製造された標準的なシートの酢酸ｔｅｒｔ−ブチル型は、溶媒としてのトルエンにより製造された類似のシートの窒素による漏れ速度の、約２分の１以下の漏れ速度を示した。

表ＩＩＩは、本技術の実施形態により製造される標準的なガスケットシートの酢酸ｔｅｒｔ−ブチル型のＡＳＴＭ Ｆ３７の密封性試験結果の例を、溶媒としてのトルエンにより製造される類似のシートの結果と比較して示す。

特定の構造、要素、組成及び方法論的ステップに特有な用語で、上記の実施形態を説明したが、添付の特許請求の範囲に定義される技術は、説明された特定の構造、要素、組成及び／又はステップに必ずしも限定されないことを理解されたい。むしろ、特定の態様及びステップを、特許請求の技術を実施する形として説明する。本技術の多くの実施形態は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく実施され得るので、本発明は添付の特許請求の範囲に帰するのである。

Claims (23)

1. ある量の酢酸ｔｅｒｔ−ブチルを、ある量のエラストマーと混合して、前記エラストマーを前記酢酸ｔｅｒｔ−ブチルに実質的に溶解させるステップと、
   ある量の充填剤及びある量の繊維を、前記溶解エラストマーと混合するステップと
   から本質的になる、圧縮シートガスケット材料を形成するためのドウの製造方法。
2. 前記エラストマーが天然ゴムを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記エラストマーがアクリロニトリル−ブタジエンゴムを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記エラストマーが、天然ゴムとアクリロニトリル−ブタジエンゴムとの混合物を含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記エラストマーが、天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、フルオロエラストマー、ニトリルゴム及びアクリロニトリル−ブタジエンゴムからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
6. 前記充填剤が無機材料を含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記充填剤が、粘土及び鉱物からなる群から選択される、請求項６に記載の方法。
8. 前記繊維が有機繊維である、請求項１に記載の方法。
9. 前記繊維が、ポリアラミド、ナイロン、ポリアクリレート及びセルロースからなる群から選択される、請求項８に記載の方法。
10. 前記繊維が無機繊維である、請求項１に記載の方法。
11. 前記繊維が、セピオライト、アスベスト、ガラス繊維及び炭素繊維からなる群から選択される、請求項１０に記載の方法。
12. 抗酸化剤、着色剤、硬化剤及び硬化促進剤からなる群から選択される少なくとも１種の追加の材料をある量、前記溶解エラストマーと混合するステップ
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記着色剤が酸化亜鉛を含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記硬化剤が硫黄を含む、請求項１２に記載の方法。
15. 前記硬化促進剤がテトラメチルチウラムジスルフィドを含む、請求項１２に記載の方法。
16. 酢酸ｔｅｒｔ−ブチルの前記量が、前記ドウの２０重量％から５０重量％である、請求項１に記載の方法。
17. エラストマーの前記量が、１０重量％から２１重量％である、請求項１に記載の方法。
18. 充填剤の前記量が、４０重量％から８０重量％である、請求項１に記載の方法。
19. 繊維の前記量が、１０重量％から４０重量％である、請求項１に記載の方法。
20. ある量の酢酸ｔｅｒｔ−ブチルと、
    ある量のエラストマーと、
    ある量の充填剤と、
    ある量の繊維と
    を少なくとも初めに含む、圧縮シートガスケット材料を形成するための組成物。
21. 酢酸ｔｅｒｔ−ブチルの前記量が、２０重量％から５０重量％である、請求項２０に記載の組成物。
22. エラストマーの前記量が、１０重量％から２１重量％である、請求項２０に記載の組成物。
23. 充填剤の前記量が、４０重量％から８０重量％であり、繊維の前記量が、１０重量％から４０重量％である、請求項２０に記載の組成物。