(57)【要約】  成形品間でのゴムと超高分子量ポリエチレンとの接着性のバラツキを減少させる生産効率のよい超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形方法を提供する。  ゴムにゴム用補強材と加硫剤とを配合して形成した未加硫ゴムコンパウンド31を、固定金型部11と、少なくとも一部が可動である可動金型部14とからなる射出成形金型内の所定位置21にインサートし、可動金型部14の可動部13を動かして最終成形品の体積よりも大きくした前記射出成形金型内の成形キャビティ内22に超高分子量ポリエチレン32を射出し、次いで射出成形金型内の成形キャビティが目的とする最終成形品の体積になるように可動金型部の可動部13を動かして圧縮成形し、前記射出成形金型から当該成形品を取り出して加温し、ゴムコンパウンド部分を加硫状態にする複合成形方法。
2008136485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴムにゴム用補強材と加硫剤を配合して形成した未加硫ゴムコンパウンドを、固定金型部と、少なくとも一部が可動である可動金型部とからなる射出成形金型内の所定位置にインサートし、可動金型部の可動部を動かして最終成形品の体積よりも大きくした前記射出成形金型内の成形キャビティ内に超高分子量ポリエチレンを射出し、次いで、前記射出成形金型内の成形キャビティが目的とする最終成形品の体積になるように可動金型部の可動部を動かして圧縮成形し、次いで、前記射出成形金型から当該成形品を取り出して加温して、半加硫状態になっているゴムコンパウンド部分を加硫状態にすることからなる超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形方法。
【請求項２】
未加硫ゴムコンパウンドが、シート状の未加硫ゴムコンパウンドを、最終成形品の当該ゴムの形状と類似の適宜の形状・大きさに加工して形成した未加硫ゴムコンパウンドである請求項１の記載の複合成形方法。
【請求項３】
可動金型部の可動部が、前記射出成形金型内の成形キャビティ内に射出された超高分子量ポリエチレンからなる部分を圧縮するための可動部である請求項１又は２いずれか１項に記載の複合成形方法。
【請求項４】
可動金型部の可動部による圧縮割合が、成形品厚み方向で、最終成形品厚みが圧縮成形直前の金型キャビティの厚み方向の距離の１／１．５〜１／４．５になる割合に圧縮成形する請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合成形方法。
【請求項５】
金型温度を８０℃〜１５０℃に維持しながら、超高分子量ポリエチレンを射出成形温度１２０℃〜２６０℃で射出し圧縮成形する請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合成形方法。
【請求項６】
半加硫状態のゴムコンパウンド部分を加硫状態に加温する温度が、７０〜１５０℃である請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合成形方法。
【請求項７】
ゴム用補強材が、カーボンブラックまたはホワイトカーボンである請求項１〜６のいずれか１項に記載の複合成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超高分子量ポリエチレンとゴムとが接着された成形品を、射出成形機を用いて両者を複合成形する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超高分子量ポリエチレンとゴムの複合成形品は、例えば、一例を挙げて説明すると、極寒の環境下で使用されるスノーモービルなどの、キャタピラーやベルトなどのガイド用のホイール（車輪）などに用いられる場合においては、耐寒性が要求され、低温下での機械的強度が要求されるため、通常、分子量が１５０万〜６５０万程度の超高分子量ポリエチレンが用いられている。そして、これらのガイドホイール（車輪）は、極めて高速で回転するので、超高分子量ポリエチレンのみでは騒音が大きくなるのを防止するため、車輪の外周部は加硫ゴムからなるものが使用される。この場合、超高分子量ポリエチレンと加硫ゴムの界面の接着性が悪いと、上記のような車輪に用いた場合、超高分子量ポリエチレンと加硫ゴムの界面からの剥離が生じ、車輪が損傷すると言う問題が生じる。【０００３】
従来、ポリオレフィン系樹脂とゴムとの接着方法については、一般に加熱接着方法が用いられている。例えば、有機過酸化物などの加硫剤を含有する未加硫ゴムシートと高分子量ポリエチレンシートとを重ねて熱板の間に挟み、適宜の圧力で超高分子量ポリエチレンの軟化点以上の温度で加熱接着する方法が挙げられる（下記特許文献１参照）。【０００４】
しかし、この方法はシート状物同士の接着などの単純な形状の成形物を製造する場合にしか適用できず、より複雑な形状の成形物には適用できない。【０００５】
さらには、従来の加熱接着方法では製品を得るのに３０分以上の長時間を要するため、極めて生産性が低い欠点があった。すなわち接着物はシート状のものに限られて、複雑な形状の製品が得られない欠点があり、熱板の間に挟み３０分程度加熱する必要があるので、熱板による成形に時間がかかり、１つの接着物を得るのに熱板が３０分も占有されると言う問題がある。【０００６】
この点を、改良し、より短時間で複雑な形状の製品が得られる方法として、先に、本発明者は、合成ゴムのポリマーにゴム用補強材であるカーボンブラックと加硫剤とを配合して形成したゴムコンパウンドを、ゴム金型内で加熱して半加硫状態で成形したのち、射出成形金型内にインサートし、超高分子量ポリエチレンを前記射出成形金型内に射出して圧縮成形後、前記射出成形金型から取り出して加硫状態に加温することにより、射出成形金型内での成形時間が２〜５分程度に短縮され、金型を占有する時間が短縮され生産性が向上する方法を提案している（下記特許文献２参照）。
【特許文献１】特公昭６２−２４２４９号公報
【特許文献２】特開２０００−３０９０３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２で提案した超高分子量ポリエチレンと合成ゴムとの複合成形方法は、合成ゴムのポリマーにカーボンブラックと加硫剤とを配合して形成したゴムコンパウンドを、予めゴム金型内で加熱して半加硫状態に予備成形しておくことが必要であるが、予備成形品毎に、常にバラツキなく一定割合の半加硫状態にすることが難しく、ゴムと超高分子量ポリエチレンとの界面の接着性がゴムの半加硫状態に応じてばらつくという問題があることがわかった。しかも、合成ゴムを半加硫状態にしてしまうので、予め、ゴム金型内で予備成形しておくことが必要となり、コストがアップすると言う問題もある（つまり、半加硫状態のゴムは、未加硫ゴムに較べて射出成形金型内での超高分子量ポリエチレンの前記射出成形時に半加硫状態のゴムがきれいに再成形される可能性が小さくなるので、予めゴム金型内で加熱して半加硫状態にすると同時に最終成形品のゴム部分の形状と同じ形に予備成形しておくことが必要となる）。【０００８】
本発明は、上記問題点を解決し、より複雑な形状の製品の成形が可能であり、ゴムと超高分子量ポリエチレンとの界面での接着性を良好に保ち、射出成形時における金型内での成形時間が上記特許文献２記載の発明と同様に短時間にすることができ、従って、射出成形金型を占有する時間を短く保ちながら、成形品間でのゴムと超高分子量ポリエチレンとの界面での接着性のバラツキが少ない生産効率のよい超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明の超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形方法は次のものである。【００１０】
（１）ゴムにゴム用補強材と加硫剤を配合して形成した未加硫ゴムコンパウンドを、固定金型部と、少なくとも一部が可動である可動金型部とからなる射出成形金型内の所定位置にインサートし、可動金型部の可動部を動かして最終成形品の体積よりも大きくした前記射出成形金型内の成形キャビティ内に超高分子量ポリエチレンを射出し、次いで、前記射出成形金型内の成形キャビティが目的とする最終成形品の体積になるように可動金型部の可動部を動かして圧縮成形し、次いで、前記射出成形金型から当該成形品を取り出して加温して、半加硫状態になっているゴムコンパウンド部分を加硫状態にすることからなる超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形方法。【００１１】
（２）前記（１）項に記載の複合成形方法においては、未加硫ゴムコンパウンドが、シート状の未加硫ゴムコンパウンドを、最終成形品の当該ゴムの形状と類似の適宜の形状・大きさに加工して形成した未加硫ゴムコンパウンドであることが好ましい。【００１２】
（３）前記（１）又は（２）項のいずれかに記載の複合成形方法においては、可動金型部の可動部が、前記射出成形金型内の成形キャビティ内に射出された超高分子量ポリエチレンからなる部分を圧縮するための可動部であることが好ましい。【００１３】
（４）前記（１）〜（３）項のいずれか１項に記載の複合成形方法においては、可動金型部の可動部による圧縮割合が、成形品厚み方向で、最終成形品厚みが圧縮成形直前の金型キャビティの厚み方向の距離の１／１．５〜１／４．５になる割合に圧縮成形することが好ましい。【００１４】
（５）前記（１）〜（４）項のいずれか１項に記載の複合成形方法においては、金型温度を８０℃〜１５０℃に維持しながら、超高分子量ポリエチレンを射出成形温度１２０℃〜２６０℃で射出し圧縮成形することが好ましい。【００１５】
（６）前記（１）〜（５）項のいずれか１項に記載の複合成形方法においては、半加硫状態のゴムコンパウンド部分を加硫状態に加温する温度が、７０〜１５０℃であることが好ましい。【００１６】
（７）前記（１）〜（６）項のいずれか１項に記載の複合成形方法においては、ゴム用補強材が、カーボンブラックまたはホワイトカーボンであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形方法は、超高分子量ポリエチレンとゴムとの金型内での複合成形が２分〜５分程度の短時間で行えるため、従来の接着方法に比べて量産が可能になり、コストダウンの効果が大である。【００１８】
また、射出成形金型を使用するので、複雑な形状の製品を容易に得られる。【００１９】
しかも、ゴムと超高分子量ポリエチレンとの界面での接着性のバラツキを成形品間で少なくすることができ、品質の一定なゴムと超高分子量ポリエチレンとの複合成形を製造することができる。従って、信頼性の優れた超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は本発明方法で成形される超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形品の一実施形態例である車輪の正面図である。
【図２】図２は図１のＡ−Ａラインにおける断面図である。
【図３】図３は本発明の複合成形方法を説明するための成形工程の一部を示す主として射出成形用金型部分の模式的部分断面図である。
【図４】図４は図３の工程に続く、本発明の複合成形方法の成形工程の一部を示す主として射出成形用金型部分の模式的部分断面図である。
【図５】図５は図４の工程に続く、本発明の複合成形方法の成形工程の一部を示す主として射出成形用金型部分の模式的部分断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１    加硫ゴム
２    超高分子量ポリエチレン
３    ゴム１と超高分子量ポリエチレン２との界面
４    車軸挿入孔
１１  固定金型部
１２  可動金型部の固定部
１３  可動金型部の可動部
１４  可動金型部
１５  可動金型部１４（固定部１２）と固定金型部１１の接触面
１６ａ  最終成形品の厚さを示す矢印
１６ｂ  圧縮成形直前の金型キャビティの厚み方向の距離
１８  スプルー
１９  ランナー
２０  ゲート
２１  最終成形品において加硫ゴムが占めるべき部分
２２  金型キャビティ
３１  ゴムコンパウンド
３２  超高分子量ポリエチレン
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の理解を容易にするために、具体的実施形態例を示した図面を引用しながら本発明の超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形方法を説明するが、本発明はこれらの具体的実施形態例のみに限定されるものではない。【００２３】
本発明方法で成形される具体的成形品の一実施形態例として、例えば、図１〜図２に示した車輪を取り上げて説明するが、これは本発明の理解をより一層容易にするために、具体例を引用して説明するための引用であり、本発明の超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形方法は、この例にのみ限定されるものではない。図１は、本発明方法で成形される超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形品の一実施形態例であるスノーモービル用ガイドホイールなどにも用いられる車輪の正面図である。図２は、図１のＡ−Ａラインにおける断面図である。【００２４】
本発明の成形法で得られた図１〜図２で示した車輪は、２が超高分子量ポリエチレンからなり、車輪の外周部に示される１が加硫ゴム（ゴムコンパウンドから形成される部分）であり、４は車軸に挿入するための車軸挿入孔である。３は加硫ゴム１と超高分子量ポリエチレン２との界面であり、特に限定するものではないが、通常、界面３は、図２の断面形状において、若干外に膨らんだ部分も有するやや不定形なラインに見えるが、これは後述する圧縮成形の際の圧力でゴム１が存在する方向にも超高分子量ポリエチレン２が進出しようとすることにより生じると推定される。本発明方法により得られた成形品は、この界面３でのゴム１と超高分子量ポリエチレン２の接着が優れている。【００２５】
この図で取り上げた車輪は、説明を簡単にするために、かなり単純な構造の車輪を示したが、車軸挿入孔４の断面構造が例えばベアリングなどが挿入できる溝を形成した構造になっているなど、要求に応じて他のより複雑な構造にすることは任意である。【００２６】
本発明で使用される超高分子量ポリエチレンは、通常、分子量が１５０万〜６５０万程度で、融点が約１２０℃〜約２３０℃のものである。本発明の目的を阻害しない場合に、超高分子量ポリエチレンに適宜の他のポリマーや添加剤などが添加されていてもよい。
なお、超高分子量ポリエチレンの平均分子量を測定したい場合には、ＡＳＴＭ  Ｄ２８５７の粘度法に準拠して測定できる。【００２７】
本発明で用いられるゴムコンパウンドの材料ゴムとしては、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジェンゴム（ＳＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジェンゴム、エチレン−プロピレンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム等、或いはこれらの２種以上の混合物などが挙げられる。【００２８】
上記ゴム成分に、カーボンブラックやホワイトカーボンなどのゴム用補強材を配合してベースとする。前記ゴム用補強材の添加量は、成形品の使用目的やゴムの種類に応じて異なるが、通常、ゴム成分１００重量部に対して６０〜１３０重量部で用いるのが好ましく、より好ましくは７５〜１０５重量部である。ゴム用補強材としては、通常、カーボンブラックまたはホワイトカーボンが好ましく用いられる。ホワイトカーボンをゴム用補強材として用いる場合には、必要に応じて、ゴムコンパウンドに顔料などを更に配合して所望の色に着色することは任意である。【００２９】
カーボンブラックは、ゴムコンパウンド用に使用できるものであれば、特に制限はなく、具体例としては、例えばＳＡＦ（Ｎ１１０）相当のもの、ＩＳＡＦ（Ｎ２２０）相当のもの、ＨＡＦ（Ｎ３３０）相当のものなどが挙げられるが何らこれらのみに限定されるものではない。【００３０】
上記において、SAFはSuper Abrasion Furnaceの略、ISAFはIntermediate Super Abrasion Furnaceの略、HAFはHigh Abrasion Furnaceの略であり、慣用的に使用されているカーボンブラックの品質グレード記号を示しており、N110、N220、N330などは、ASTM  D1765に規定の品質グレードを示す記号である。【００３１】
このベースに、加硫剤として硫黄と有機過酸化物のパーオキサイドとを併用し、ゴムコンパウンド作成する。硫黄の添加量も、成形品の使用目的やゴムの種類に応じて異なるが、通常、ゴム成分１００重量部に対して０．５〜３重量部程度用いるのが好ましく、より好ましくは１．５〜２．５重量部である。また、有機過酸化物の添加量も、成形品の使用目的やゴムの種類に応じて異なるが、通常、ゴム成分１００重量部に対して０．５〜３重量部で用いるのが好ましく、より好ましくは１〜２重量部である。パーオキサイトとしては、ゴムを加硫できるものであれば特に限定されるものではなく、代表的にはジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ｔ−ブチルパーオキシイソプロビルカーボネート等が挙げられる。【００３２】
上記の如く、ゴム成分にゴム用補強材と加硫剤が配合されて未加硫状態のゴムコンパウンドとされるが、特に限定されるものではないが、通常、未加硫状態のゴムコンパウンドは、例えばシート状に成形されているので、目的とする最終成形品の形や大きさにより、適当なサイズのゴムコンパウンドを購入してもよい。例えば、特に限定するものではないが、上述したようなスノーモービル用ガイドホイールを製造するとした場合に、その大きさに応じて、例えば、厚さ１７ｍｍ×幅４００ｍｍ×長さ６００ｍｍのシート状のゴムコンパウンドや、厚さ１５ｍｍ×幅４００ｍｍ×長さ４５０ｍｍのシート状のゴムコンパウンドなどを使用できる。【００３３】
もし、この様にシート状になっている未加硫状態のゴムコンパウンドを用いる場合には、ゴムコンパウンドシートを車輪のゴム部分の最終成形品の断面積に見合う程度の太さの棒状にカットし、ほぼ図１のゴム１の部分の輪の長さとほぼ同様の長さに切断し（一例を挙げるなら、厚さ１７ｍｍ×幅１０ｍｍ×長さ５４０ｍｍとか、或いは、厚さ１５ｍｍ×幅７ｍｍ×長さ３９５ｍｍの棒状物に切断する）、得られた棒状物の両端同士をゴムの溶剤、例えば、トルエンなどを用いて、ゴム輪状につなげたものを用意し、それを、金型の所定部分に最終成形品においてゴムとすべき部分の金型のキャビティ部分に充填して使用すると、金型に充填しやすく、また良好な成形がしやすくなり便利である。【００３４】
これは、上記車輪を成形する場合の一例であるが、他の成形品を製造する場合においても、なるべく最終成形品の当該ゴムの形状と類似の適宜の形状・大きさに加工して形成した未加硫ゴムコンパウンドを用いることが好ましい。尚、このように適宜の形状・大きさに加工して形成した未加硫ゴムコンパウンドを用いる場合に、当然、この加工中に加硫が進行し、半加硫状態になったり、加硫状態になったりする加工条件を採用することは避けなければならない。尚、未加硫ゴムコンパウンドは、超高分子量ポリエチレンを射出し成形する条件下で、金型形状に沿うように容易に成形されるので、予め、適宜の形状・大きさに形成しておく未加硫ゴムコンパウンドの形状や大きさは、最終成形品と全く同じにしておく必要はない。要は、ゴムコンパウンドが充填される金型部分の形状にインサートしやすい形状や大きさにしておくと好ましいということである。【００３５】
尚、本発明において「未加硫ゴムコンパウンドを、固定金型部と、少なくとも一部が可動である可動金型部とからなる射出成形金型内の所定位置にインサートする」の「所定位置」とは、「最終成形品において未加硫ゴムコンパウンドから形成される加硫ゴムが占める位置に相当する位置」を示しているものである。より簡略化して表現するなら「所定位置」とは、「最終成形品において加硫ゴムが占める位置に相当する位置」である。【００３６】
次に、図３〜図５の具体的な実施の形態例を引用しながら、本発明の超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形方法の一例について説明する。前述したように、これらは本発明の理解をより一層容易にするために、具体例を挙げて説明するための引用であり、本発明の超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形方法が、この例にのみ限定されるものではない。【００３７】
図３〜図５は、図１〜図２を用いて説明した超高分子量ポリエチレン２とゴム１とからなる車輪（例えばスノーモービル用ガイドホイールなどに適用される車輪など）の複合成形方法を説明するための成形工程の一部を示す主として射出成形用金型部分の模式的部分断面図であり、この実施の形態例では、図３が図３基準で上下の金型部分１１と１４が開いている状態を示し、図４は、上下の金型部分１１と１４を閉じた後、可動金型部１４の可動部１３を動かして（図４基準で下方に動かす）、最終成形品の体積よりも大きくした成形キャビティ内に超高分子量ポリエチレンを射出した状態の工程を示しており、図５が前記に続く工程で、前記射出成形金型内の成形キャビティが目的とする最終成形品の体積になるように可動金型部１４の可動部１３を動かして（図５基準で可動部を押し上げて）圧縮成形している状態の工程を示している。【００３８】
なお、超高分子量ポリエチレンを射出するための押し出し機などの射出装置部分の図示や、可動金型部を可動させるための油圧装置などの図示は省略し、金型も図３〜図５においてはそれぞれ上側部分、下側部分を省略した部分図である。また、金型の向きは特定するものではないが、実際に使用する場合には、通常、図３〜図５基準で、これを９０度回転した横向きの状態で使用されるか、図３〜図５に示したように固定金型部が上方になる向きの状態で使用されることが一般的であるが、特にこれらに限定されるものではない。【００３９】
図３〜図５において、１１が固定金型部、１４が可動金型部であり、可動金型部１４は、固定部１２と可動部１３とからなり、可動部１３は、例えば油圧装置（図示せず）などを操作することにより、可動金型部１４の可動部１３を図の上下方向に移動させることができるようになっている。【００４０】
固定金型部１１の上部には、超高分子量ポリエチレンを射出するための射出装置（図示せず）と連結されており、射出する超高分子量ポリエチレンの金型内部キャビティへの通路であるスプルー１８、ランナー１９、ゲート２０とを有している。【００４１】
このような金型を用いて、次のようにして超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形品を成形する。【００４２】
まず、図３に示すように、可動金型部１４（固定部１２）と固定金型部１１はその接触面１５、１５を互いに接触させずに、両者を離しておき、金型キャビティ２２のうち、最終成形品において加硫ゴムが占めるべき部分２１に、前述のような未加硫のゴムコンパウンド３１をインサートする。そして、固定金型部１１と可動金型部１４（固定部１２）とを図４に示した状態のように、型締めする（境界接触面１５で固定金型部１１と可動金型部１４が接触することになる）。【００４３】
次に図示していない油圧装置を操作することにより、可動金型部１４の可動部１３を図の下方向に移動させ、金型キャビティ２２を好ましくは目的とする最終成形品厚さの１．５〜４．５倍程度の厚さに相当するキャビティに広げておく。より具体的に説明すると、最終成形品の厚さを図５の矢印１６ａの範囲の厚さとすると、図４の矢印１６ｂの距離（圧縮成形直前の金型キャビティの厚み方向の距離）を好ましくは図５の矢印１６ａの厚さの１．５〜４．５倍程度になるように、より好ましくは１．８〜４．２倍程度になるように可動金型部１４の可動部１３を図の下方向に移動させ金型キャビティ２２を広げておく。この広がった金型キャビティ２２内に、金型温度を８０℃〜１５０℃に維持しながら、超高分子量ポリエチレン３２を射出成形温度１２０℃〜２６０℃、好ましくは１３０℃〜２３０℃で射出する。図４はこの時の状態を示した工程断面図である。超高分子量ポリエチレンは、分子量が極めて大きいので、図４に示したような超高分子量ポリエチレン３２を広がった金型キャビティ２２内に射出した状態では、通常、フラッシュ状と称される状態になっている。【００４４】
なお、射出成形温度があまりに高すぎると、成形時に超高分子量ポリエチレンが分解しやすくなり、又ゴムとの接着面に気体が発生して剥離しやすくなるので、成形温度は上記の範囲が好ましい。このように射出成形温度をあまり高くできないので、超高分子量ポリエチレンは、広がった金型キャビティ２２内に射出した状態では、いわゆるフラッシュ状になっているのである。もし、このような状態で、すなわち通常の射出成形のみで成形物を取り出すと、成形物の物性（機械的強度）がかなり小さいものしか得られないので、本発明方法においては、続く図５で説明するように、更に圧縮成形することが必要になる。直接圧縮する部分は超高分子量ポリエチレンの部分のみで十分である。【００４５】
すなわち、図５に示すように油圧装置など（図示せず）を操作することにより、可動金型部１４の可動部１３を図の上方向に移動させ、金型キャビティが目的とする最終成形品厚さになるように圧縮成形する。圧縮成形の金型温度は上記と同様である。可動金型部の可動部による圧縮割合は、図５の矢印１６ａの長さと図４の矢印１６ｂの長さの比になり、具体的には、成形品の形や種類にもよるが、成形品厚み方向で、最終成形品厚みが圧縮成形直前の金型キャビティの厚み方向の距離の１／１．５〜１／４．５になる割合に圧縮成形することが好ましく、より好ましくは１／１．８〜１／４．２程度である。【００４６】
圧縮成形後に、固定金型部１１と可動金型部１４の間を開いて、成形品を取り出す。これら射出、圧縮成形に要する成形時間は、約１８０秒〜３００秒である。なお成形時間は、製品の形状、厚み、大きさ等に応じて、適宜、変更してよい。【００４７】
かくして複合成形が完了すると直ちに金型から成形品を取り出し、オーブン、熱風乾燥機などの加熱装置で７０℃〜１５０℃で加温してゴム部分を目的とする好適な加硫状態にする。加硫のための加温時間は、ゴムの組成や成形品の大きさによっても異なるが、通常５０分〜７０分程度であり、最適な加温時間や温度はゴムの組成や成形品の大きさによって予め実験により決定すればよい。【００４８】
また、用いるゴムコンパウンド部分が比較的薄い場合や、ゴムコンパウンドの体積が比較的小さい場合には、上記圧縮成形後に金型から成形品を取り出して加熱処理して加硫する工程を省略できる場合もある。【００４９】
［実施例１］
超高分子量ポリエチレン（融点１３６℃、分子量約３，０００，０００、三井化学株式会社製、“ハイゼックスミリオン  ３２０Ｍ”）とゴムとの複合成形を行う実施例について説明する。未加硫状態のゴムコンパウンドの配合（重量比）は次のとおりである。【００５０】
天然ゴム７０重量部、ＳＢＲ（スチレン−ブタジエンゴム：結合スチレン量23.5重量％）３０重量部、亜鉛華５重量部、ステアリン酸１重量部、カーボンブラック［ＩＳＡＦ（Ｎ２２０）］９５重量部、プロセスオイル２０重量部、老化防止剤２重量部、加硫促進剤２重量部、硫黄２重量部、パーオキサイド１．５重量部、なお、このパーオキサイドには、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサンを用いたが、公知のパーオキサイド、例えば、ジ−ｔブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ｔ−ブチルパーオキシイソプロビルカーボネート等適宜の他のパーオキサイドに変えてもよい。【００５１】
この未加硫状態のゴムコンパウンドのシートを前述したように、厚さ１７ｍｍ×幅１０ｍｍ×長さ５４０ｍｍの棒状に切断し、得られた棒状物の両端をトルエンを用いて、ゴム輪状につなげたものを用意し、図３で説明したように、最終成形品において加硫ゴムが占めるべき部分２１（図３〜図５参照）に、前述のような未加硫状態のゴムコンパウンド３１をインサートする。この工程を詳細に説明すれば、前述したように、可動金型部１４（固定部１２）と固定金型部１１はその接触面１５、１５で接触させずに、両者を離しておき、金型成形キャビティ２２のうち、最終成形品において加硫ゴムが占めるべき部分２１の可動金型部１４（固定部１２）のところに、前述のような未加硫状態のゴムコンパウンド３１をインサートする。そして、固定金型部１１と可動金型部１４（固定部１２）とを図４に示した状態のように、型締めする。【００５２】
次に図４に示したように油圧機構（図示せず）により、可動金型部１４の可動部１３を図の下方向に移動させ、金型キャビティ２２を目的とする最終成形品厚さの３倍程度の厚さに相当するキャビティに広げる（図４の矢印１６ｂの距離を図５の矢印１６ａの長さの３倍程度になるように可動金型部１４の可動部１３を図の下方向に移動させる）。【００５３】
次に前記広げた金型キャビティ２２内にスプルー１８、ランナー１９、ゲート２０を通して超高分子量ポリエチレン３２を射出した。金型温度を８０℃〜１５０に維持しながら、超高分子量ポリエチレンを射出成形温度１５０℃〜２３０℃で射出成形機で射出した。この時の工程図が図４で示した工程図である。【００５４】
次に、図５に示すように油圧機構（図示せず）により、可動金型部１４の可動部１３を図の上方向に移動させ、金型キャビティが目的とする最終成形品厚さ１６ａになるように圧縮成形した。圧縮成形の金型温度は上記と同様である。圧縮成形後、固定金型部１１と可動金型部１４の間を開いて、成形品を取り出した。【００５５】
かくして得られた複合成形品を、オーブン中で７０℃〜１２０℃で約１時間加温して最適加硫状態にした。これら射出、圧縮成形に要する成形時間は、約２００秒〜３００秒であった。従って、金型を１つの成形品が独占する時間は短時間であり、加硫のための加温は、多数個の成形品を一度にまとめて処理するか、連続移動式のオーブン中を通過させれば良く、最も問題となる金型における成形時間を短縮でき生産効率を向上させることができた。【００５６】
得られた複合成形品の加硫ゴムと超高分子量ポリエチレンとの界面の接着力のバラツキを調べたところ、同じ原料を用い、前記特許文献２の従来法の実施例で記載された成形法で得られた比較成形品；すなわちゴムコンパウンドをあらかじめゴム金型内で１２０〜１９０℃（３分）で半加硫状態で成形し、この半加硫状態で成形されたゴムコンパウンドを、上記実施例１で用いた射出成形金型に同様にインサートし、超高分子量ポリエチレンを射出成形温度１３０〜２３０℃、金型温度１００〜１５０℃で実施例1と同様に射出圧縮成形し、成形品を取り出し、オーブン中で１００℃〜１５０℃で約１時間加温して再加硫して得られた比較成形品は、不良品の発生率が７％ほどあったが、上記本発明法の実施品では、ほとんど不良品の発生がなかった。その結果、品質が均一で安定した生産が可能となった。【００５７】
なお、複合成形品の加硫ゴムと超高分子量ポリエチレンとの界面の接着力のバラツキは、次のようにしてテストした。【００５８】
図１、図２に示した成形品の加硫ゴム１の部分（図１基準で図１の下方の加硫ゴム１の部分で超高分子量ポリエチレン２との境界のところまで）をバイスでしっかり挟んで固定し（図１基準で加硫ゴム１の部分の表裏からバイスで挟む。図２を基準にして説明すると加硫ゴム１の部分を図２の上面と下面からバイスで挟むことになる。）、体重約７０ｋｇの男性が成形品を手でつかんで引っ張ることにより、加硫ゴム１と超高分子量ポリエチレン２との境界が剥離した場合を不良、剥離が認められなかった場合を合格として、成形品１００個を基準に不良品の発生率を計算したものである。【００５９】
［実施例２］
実施例１で用いた未加硫ゴムコンパウンドに変えて、ＳＢＲ（スチレン−ブタジエンゴム：結合スチレン量23.5重量％）１００重量部、亜鉛華５重量部、ステアリン酸１重量部、ホワイトカーボン９５重量部、プロセスオイル２０重量部、老化防止剤２重量部、加硫促進剤２重量部、硫黄２重量部、パーオキサイド（１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン）１．５重量部からなる未加硫ゴムコンパウンドを用いた以外は、実施例１と同様の条件で複合成形品を製造した。この射出、圧縮成形に要する成形時間は、実施例１と同様約２００秒〜３００秒であった。従って、金型を１つの成形品が独占する時間は短時間であり、加硫のための加温は、多数個の成形品を一度にまとめて処理するか、連続移動式のオーブン中を通過させれば良く、最も問題となる金型における成形時間を短縮でき生産効率を向上させることができた。【００６０】
得られた複合成形品の加硫ゴムと超高分子量ポリエチレンとの界面の接着力のバラツキを調べたところ、同じ原料を用い、前記特許文献２の従来法の実施例で記載された成形法で得られた比較成形品は、不良品の発生率が７％ほどあったが、上記本発明法の実施品では、ほとんど不良品の発生がなかった。その結果、品質が均一で安定した生産が可能となった。【００６１】
［実施例３］
実施例１の超高分子量ポリエチレンを、ティコナジャパン株式会社製“Hostalen GUR”（分子量約３，０００，０００）に変えて用いた以外は、実施例１と同様の条件で複合成形品を製造した。この射出、圧縮成形に要する成形時間は、実施例１と同様約２００秒〜３００秒であった。従って、金型を１つの成形品が独占する時間は短時間であり、加硫のための加温は、多数個の成形品を一度にまとめて処理するか、連続移動式のオーブン中を通過させれば良く、最も問題となる金型における成形時間を短縮でき生産効率を向上させることができた。【００６２】
得られた複合成形品の加硫ゴムと超高分子量ポリエチレンとの界面の接着力のバラツキを調べたところ、同じ原料を用い、前記特許文献２の従来法の実施例で記載された成形法で得られた比較成形品は、不良品の発生率が７％ほどあったが、上記本発明法の実施品では、ほとんど不良品の発生がなかった。その結果、品質が均一で安定した生産が可能となった。【００６３】
［実施例４］
実施例１の超高分子量ポリエチレンを、ティコナジャパン株式会社製“Hostalen GUR”（分子量約３，０００，０００）に変え、実施例１で用いた未加硫ゴムコンパウンドを実施例２で用いた未加硫ゴムコンパウンドに変えて用いた以外は、実施例１と同様の条件で複合成形品を製造した。この射出、圧縮成形に要する成形時間は、実施例１と同様約２００秒〜３００秒であった。従って、金型を１つの成形品が独占する時間は短時間であり、加硫のための加温は、多数個の成形品を一度にまとめて処理するか、連続移動式のオーブン中を通過させれば良く、最も問題となる金型における成形時間を短縮でき生産効率を向上させることができた。【００６４】
得られた複合成形品の加硫ゴムと超高分子量ポリエチレンとの界面の接着力のバラツキを調べたところ、同じ原料を用い、前記特許文献２の従来法の実施例で記載された成形法で得られた比較成形品は、不良品の発生率が７％ほどあったが、上記本発明法の実施品では、ほとんど不良品の発生がなかった。その結果、品質が均一で安定した生産が可能となった。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形方法は、超高分子量ポリエチレンとゴムとの金型内での複合成形が２分〜５分の短時間で行えるため、従来の接着方法に比べて量産が可能になり、コストダウンの効果が大である。【００６６】
射出成形金型を使用するので、複雑な形状の製品を容易に得られる。本発明方法で得られる超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形品は、特にゴムと超高分子量ポリエチレンとの界面の接着性のバラツキがなく、均一な物性の成形品を提供でき、信頼性の高い超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形品の成形方法を提供できる。従って、本発明方法は、超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形品の成形に好適に使用できる。                                                                      
【図１】
2008136485.tif 000003
【図２】
2008136485.tif 000004
【図３】
2008136485.tif 000005
【図４】
2008136485.tif 000006
【図５】
2008136485.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成20年11月17日(2008.11.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴムにゴム用補強材と加硫剤を配合して形成した未加硫ゴムコンパウンドを、固定金型部と、少なくとも一部が可動である可動金型部とからなる射出成形金型内の所定位置にインサートし、可動金型部の可動部を動かして最終成形品の体積よりも大きくした前記射出成形金型内の成形キャビティ内に超高分子量ポリエチレンを射出し、次いで、前記射出成形金型内の成形キャビティが目的とする最終成形品の体積になるように可動金型部の可動部を動かして圧縮成形し、次いで、前記射出成形金型から当該成形品を取り出して加温して、半加硫状態になっているゴムコンパウンド部分を加硫状態にすることからなる超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形方法。
【請求項２】
未加硫ゴムコンパウンドが、シート状の未加硫ゴムコンパウンドの形状と大きさを加工して形成した未加硫ゴムコンパウンドである請求項１の記載の複合成形方法。
【請求項３】
可動金型部の可動部が、前記射出成形金型内の成形キャビティ内に射出された超高分子量ポリエチレンからなる部分を圧縮するための可動部である請求項１又は２いずれか１項に記載の複合成形方法。
【請求項４】
可動金型部の可動部による圧縮割合が、成形品厚み方向で、最終成形品厚みが圧縮成形直前の金型キャビティの厚み方向の距離の１／１．５〜１／４．５になる割合に圧縮成形する請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合成形方法。
【請求項５】
金型温度を８０℃〜１５０℃に維持しながら、超高分子量ポリエチレンを射出成形温度１２０℃〜２６０℃で射出し圧縮成形する請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合成形方法。
【請求項６】
半加硫状態のゴムコンパウンド部分を加硫状態に加温する温度が、７０〜１５０℃である請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合成形方法。
【請求項７】
ゴム用補強材が、カーボンブラックまたはホワイトカーボンである請求項１〜６のいずれか１項に記載の複合成形方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超高分子量ポリエチレンとゴムとが接着された成形品を、射出成形機を用いて両者を複合成形する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超高分子量ポリエチレンとゴムの複合成形品は、例えば、一例を挙げて説明すると、極寒の環境下で使用されるスノーモービルなどの、キャタピラーやベルトなどのガイド用のホイール（車輪）などに用いられる場合においては、耐寒性が要求され、低温下での機械的強度が要求されるため、通常、分子量が１５０万〜６５０万程度の超高分子量ポリエチレンが用いられている。そして、これらのガイドホイール（車輪）は、極めて高速で回転するので、超高分子量ポリエチレンのみでは騒音が大きくなるのを防止するため、車輪の外周部は加硫ゴムからなるものが使用される。この場合、超高分子量ポリエチレンと加硫ゴムの界面の接着性が悪いと、上記のような車輪に用いた場合、超高分子量ポリエチレンと加硫ゴムの界面からの剥離が生じ、車輪が損傷すると言う問題が生じる。
【０００３】
従来、ポリオレフィン系樹脂とゴムとの接着方法については、一般に加熱接着方法が用いられている。例えば、有機過酸化物などの加硫剤を含有する未加硫ゴムシートと高分子量ポリエチレンシートとを重ねて熱板の間に挟み、適宜の圧力で超高分子量ポリエチレンの軟化点以上の温度で加熱接着する方法が挙げられる（下記特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、この方法はシート状物同士の接着などの単純な形状の成形物を製造する場合にしか適用できず、より複雑な形状の成形物には適用できない。
【０００５】
さらには、従来の加熱接着方法では製品を得るのに３０分以上の長時間を要するため、極めて生産性が低い欠点があった。すなわち接着物はシート状のものに限られて、複雑な形状の製品が得られない欠点があり、熱板の間に挟み３０分程度加熱する必要があるので、熱板による成形に時間がかかり、１つの接着物を得るのに熱板が３０分も占有されると言う問題がある。
【０００６】
この点を、改良し、より短時間で複雑な形状の製品が得られる方法として、先に、本発明者は、合成ゴムのポリマーにゴム用補強材であるカーボンブラックと加硫剤とを配合して形成したゴムコンパウンドを、ゴム金型内で加熱して半加硫状態で成形したのち、射出成形金型内にインサートし、超高分子量ポリエチレンを前記射出成形金型内に射出して圧縮成形後、前記射出成形金型から取り出して加硫状態に加温することにより、射出成形金型内での成形時間が２〜５分程度に短縮され、金型を占有する時間が短縮され生産性が向上する方法を提案している（下記特許文献２参照）。
【特許文献１】特公昭６２−２４２４９号公報
【特許文献２】特開２０００−３０９０３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２で提案した超高分子量ポリエチレンと合成ゴムとの複合成形方法は、合成ゴムのポリマーにカーボンブラックと加硫剤とを配合して形成したゴムコンパウンドを、予めゴム金型内で加熱して半加硫状態に予備成形しておくことが必要であるが、予備成形品毎に、常にバラツキなく一定割合の半加硫状態にすることが難しく、ゴムと超高分子量ポリエチレンとの界面の接着性がゴムの半加硫状態に応じてばらつくという問題があることがわかった。しかも、合成ゴムを半加硫状態にしてしまうので、予め、ゴム金型内で予備成形しておくことが必要となり、コストがアップすると言う問題もある（つまり、半加硫状態のゴムは、未加硫ゴムに較べて射出成形金型内での超高分子量ポリエチレンの前記射出成形時に半加硫状態のゴムがきれいに再成形される可能性が小さくなるので、予めゴム金型内で加熱して半加硫状態にすると同時に最終成形品のゴム部分の形状と同じ形に予備成形しておくことが必要となる）。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決し、より複雑な形状の製品の成形が可能であり、ゴムと超高分子量ポリエチレンとの界面での接着性を良好に保ち、射出成形時における金型内での成形時間が上記特許文献２記載の発明と同様に短時間にすることができ、従って、射出成形金型を占有する時間を短く保ちながら、成形品間でのゴムと超高分子量ポリエチレンとの界面での接着性のバラツキが少ない生産効率のよい超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明の超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形方法は次のものである。
【００１０】
（１）ゴムにゴム用補強材と加硫剤を配合して形成した未加硫ゴムコンパウンドを、固定金型部と、少なくとも一部が可動である可動金型部とからなる射出成形金型内の所定位置にインサートし、可動金型部の可動部を動かして最終成形品の体積よりも大きくした前記射出成形金型内の成形キャビティ内に超高分子量ポリエチレンを射出し、次いで、前記射出成形金型内の成形キャビティが目的とする最終成形品の体積になるように可動金型部の可動部を動かして圧縮成形し、次いで、前記射出成形金型から当該成形品を取り出して加温して、半加硫状態になっているゴムコンパウンド部分を加硫状態にすることからなる超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形方法。
【００１１】
（２）前記（１）項に記載の複合成形方法においては、未加硫ゴムコンパウンドが、シート状の未加硫ゴムコンパウンドの形状と大きさを加工して形成した未加硫ゴムコンパウンドであることが好ましい。
【００１２】
（３）前記（１）又は（２）項のいずれかに記載の複合成形方法においては、可動金型部の可動部が、前記射出成形金型内の成形キャビティ内に射出された超高分子量ポリエチレンからなる部分を圧縮するための可動部であることが好ましい。
【００１３】
（４）前記（１）〜（３）項のいずれか１項に記載の複合成形方法においては、可動金型部の可動部による圧縮割合が、成形品厚み方向で、最終成形品厚みが圧縮成形直前の金型キャビティの厚み方向の距離の１／１．５〜１／４．５になる割合に圧縮成形することが好ましい。
【００１４】
（５）前記（１）〜（４）項のいずれか１項に記載の複合成形方法においては、金型温度を８０℃〜１５０℃に維持しながら、超高分子量ポリエチレンを射出成形温度１２０℃〜２６０℃で射出し圧縮成形することが好ましい。
【００１５】
（６）前記（１）〜（５）項のいずれか１項に記載の複合成形方法においては、半加硫状態のゴムコンパウンド部分を加硫状態に加温する温度が、７０〜１５０℃であることが好ましい。
【００１６】
（７）前記（１）〜（６）項のいずれか１項に記載の複合成形方法においては、ゴム用補強材が、カーボンブラックまたはホワイトカーボンであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形方法は、超高分子量ポリエチレンとゴムとの金型内での複合成形が２分〜５分程度の短時間で行えるため、従来の接着方法に比べて量産が可能になり、コストダウンの効果が大である。
【００１８】
また、射出成形金型を使用するので、複雑な形状の製品を容易に得られる。
【００１９】
しかも、ゴムと超高分子量ポリエチレンとの界面での接着性のバラツキを成形品間で少なくすることができ、品質の一定なゴムと超高分子量ポリエチレンとの複合成形を製造することができる。従って、信頼性の優れた超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の理解を容易にするために、具体的実施形態例を示した図面を引用しながら本発明の超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形方法を説明するが、本発明はこれらの具体的実施形態例のみに限定されるものではない。
【００２１】
本発明方法で成形される具体的成形品の一実施形態例として、例えば、図１〜図２に示した車輪を取り上げて説明するが、これは本発明の理解をより一層容易にするために、具体例を引用して説明するための引用であり、本発明の超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形方法は、この例にのみ限定されるものではない。図１は、本発明方法で成形される超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形品の一実施形態例であるスノーモービル用ガイドホイールなどにも用いられる車輪の正面図である。図２は、図１のＡ−Ａラインにおける断面図である。
【００２２】
本発明の成形法で得られた図１〜図２で示した車輪は、２が超高分子量ポリエチレンからなり、車輪の外周部に示される１が加硫ゴム（ゴムコンパウンドから形成される部分）であり、４は車軸に挿入するための車軸挿入孔である。３は加硫ゴム１と超高分子量ポリエチレン２との界面であり、特に限定するものではないが、通常、界面３は、図２の断面形状において、若干外に膨らんだ部分も有するやや不定形なラインに見えるが、これは後述する圧縮成形の際の圧力でゴム１が存在する方向にも超高分子量ポリエチレン２が進出しようとすることにより生じると推定される。本発明方法により得られた成形品は、この界面３でのゴム１と超高分子量ポリエチレン２の接着が優れている。
【００２３】
この図で取り上げた車輪は、説明を簡単にするために、かなり単純な構造の車輪を示したが、車軸挿入孔４の断面構造が例えばベアリングなどが挿入できる溝を形成した構造になっているなど、要求に応じて他のより複雑な構造にすることは任意である。
【００２４】
本発明で使用される超高分子量ポリエチレンは、通常、分子量が１５０万〜６５０万程度で、融点が約１２０℃〜約２３０℃のものである。本発明の目的を阻害しない場合に、超高分子量ポリエチレンに適宜の他のポリマーや添加剤などが添加されていてもよい。
なお、超高分子量ポリエチレンの平均分子量を測定したい場合には、ＡＳＴＭ  Ｄ２８５７の粘度法に準拠して測定できる。
【００２５】
本発明で用いられるゴムコンパウンドの材料ゴムとしては、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジェンゴム（ＳＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジェンゴム、エチレン−プロピレンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム等、或いはこれらの２種以上の混合物などが挙げられる。
【００２６】
上記ゴム成分に、カーボンブラックやホワイトカーボンなどのゴム用補強材を配合してベースとする。前記ゴム用補強材の添加量は、成形品の使用目的やゴムの種類に応じて異なるが、通常、ゴム成分１００重量部に対して６０〜１３０重量部で用いるのが好ましく、より好ましくは７５〜１０５重量部である。ゴム用補強材としては、通常、カーボンブラックまたはホワイトカーボンが好ましく用いられる。ホワイトカーボンをゴム用補強材として用いる場合には、必要に応じて、ゴムコンパウンドに顔料などを更に配合して所望の色に着色することは任意である。
【００２７】
カーボンブラックは、ゴムコンパウンド用に使用できるものであれば、特に制限はなく、具体例としては、例えばＳＡＦ（Ｎ１１０）相当のもの、ＩＳＡＦ（Ｎ２２０）相当のもの、ＨＡＦ（Ｎ３３０）相当のものなどが挙げられるが何らこれらのみに限定されるものではない。
【００２８】
上記において、SAFはSuper Abrasion Furnaceの略、ISAFはIntermediate Super Abrasion Furnaceの略、HAFはHigh Abrasion Furnaceの略であり、慣用的に使用されているカーボンブラックの品質グレード記号を示しており、N110、N220、N330などは、ASTM  D1765に規定の品質グレードを示す記号である。
【００２９】
このベースに、加硫剤として硫黄と有機過酸化物のパーオキサイドとを併用し、ゴムコンパウンド作成する。硫黄の添加量も、成形品の使用目的やゴムの種類に応じて異なるが、通常、ゴム成分１００重量部に対して０．５〜３重量部程度用いるのが好ましく、より好ましくは１．５〜２．５重量部である。また、有機過酸化物の添加量も、成形品の使用目的やゴムの種類に応じて異なるが、通常、ゴム成分１００重量部に対して０．５〜３重量部で用いるのが好ましく、より好ましくは１〜２重量部である。パーオキサイトとしては、ゴムを加硫できるものであれば特に限定されるものではなく、代表的にはジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ｔ−ブチルパーオキシイソプロビルカーボネート等が挙げられる。
【００３０】
上記の如く、ゴム成分にゴム用補強材と加硫剤が配合されて未加硫状態のゴムコンパウンドとされるが、特に限定されるものではないが、通常、未加硫状態のゴムコンパウンドは、例えばシート状に成形されているので、目的とする最終成形品の形や大きさにより、適当なサイズのゴムコンパウンドを購入してもよい。例えば、特に限定するものではないが、上述したようなスノーモービル用ガイドホイールを製造するとした場合に、その大きさに応じて、例えば、厚さ１７ｍｍ×幅４００ｍｍ×長さ６００ｍｍのシート状のゴムコンパウンドや、厚さ１５ｍｍ×幅４００ｍｍ×長さ４５０ｍｍのシート状のゴムコンパウンドなどを使用できる。
【００３１】
もし、この様にシート状になっている未加硫状態のゴムコンパウンドを用いる場合には、ゴムコンパウンドシートを車輪のゴム部分の最終成形品の断面積に見合う程度の太さの棒状にカットし、ほぼ図１のゴム１の部分の輪の長さとほぼ同様の長さに切断し（一例を挙げるなら、厚さ１７ｍｍ×幅１０ｍｍ×長さ５４０ｍｍとか、或いは、厚さ１５ｍｍ×幅７ｍｍ×長さ３９５ｍｍの棒状物に切断する）、得られた棒状物の両端同士をゴムの溶剤、例えば、トルエンなどを用いて、ゴム輪状につなげたものを用意し、それを、金型の所定部分に最終成形品においてゴムとすべき部分の金型のキャビティ部分に充填して使用すると、金型に充填しやすく、また良好な成形がしやすくなり便利である。
【００３２】
これは、上記車輪を成形する場合の一例であるが、他の成形品を製造する場合においても、なるべく最終成形品の当該ゴムの形状と類似の適宜の形状・大きさに加工して形成した未加硫ゴムコンパウンドを用いることが好ましい。尚、このように適宜の形状・大きさに加工して形成した未加硫ゴムコンパウンドを用いる場合に、当然、この加工中に加硫が進行し、半加硫状態になったり、加硫状態になったりする加工条件を採用することは避けなければならない。尚、未加硫ゴムコンパウンドは、超高分子量ポリエチレンを射出し成形する条件下で、金型形状に沿うように容易に成形されるので、予め、適宜の形状・大きさに形成しておく未加硫ゴムコンパウンドの形状や大きさは、最終成形品と全く同じにしておく必要はない。要は、ゴムコンパウンドが充填される金型部分の形状にインサートしやすい形状や大きさにしておくと好ましいということである。
【００３３】
尚、本発明において「未加硫ゴムコンパウンドを、固定金型部と、少なくとも一部が可動である可動金型部とからなる射出成形金型内の所定位置にインサートする」の「所定位置」とは、「最終成形品において未加硫ゴムコンパウンドから形成される加硫ゴムが占める位置に相当する位置」を示しているものである。より簡略化して表現するなら「所定位置」とは、「最終成形品において加硫ゴムが占める位置に相当する位置」である。
【００３４】
次に、図３〜図５の具体的な実施の形態例を引用しながら、本発明の超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形方法の一例について説明する。前述したように、これらは本発明の理解をより一層容易にするために、具体例を挙げて説明するための引用であり、本発明の超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形方法が、この例にのみ限定されるものではない。
【００３５】
図３〜図５は、図１〜図２を用いて説明した超高分子量ポリエチレン２とゴム１とからなる車輪（例えばスノーモービル用ガイドホイールなどに適用される車輪など）の複合成形方法を説明するための成形工程の一部を示す主として射出成形用金型部分の模式的部分断面図であり、この実施の形態例では、図３が図３基準で上下の金型部分１１と１４が開いている状態を示し、図４は、上下の金型部分１１と１４を閉じた後、可動金型部１４の可動部１３を動かして（図４基準で下方に動かす）、最終成形品の体積よりも大きくした成形キャビティ内に超高分子量ポリエチレンを射出した状態の工程を示しており、図５が前記に続く工程で、前記射出成形金型内の成形キャビティが目的とする最終成形品の体積になるように可動金型部１４の可動部１３を動かして（図５基準で可動部を押し上げて）圧縮成形している状態の工程を示している。
【００３６】
なお、超高分子量ポリエチレンを射出するための押し出し機などの射出装置部分の図示や、可動金型部を可動させるための油圧装置などの図示は省略し、金型も図３〜図５においてはそれぞれ上側部分、下側部分を省略した部分図である。また、金型の向きは特定するものではないが、実際に使用する場合には、通常、図３〜図５基準で、これを９０度回転した横向きの状態で使用されるか、図３〜図５に示したように固定金型部が上方になる向きの状態で使用されることが一般的であるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００３７】
図３〜図５において、１１が固定金型部、１４が可動金型部であり、可動金型部１４は、固定部１２と可動部１３とからなり、可動部１３は、例えば油圧装置（図示せず）などを操作することにより、可動金型部１４の可動部１３を図の上下方向に移動させることができるようになっている。
【００３８】
固定金型部１１の上部には、超高分子量ポリエチレンを射出するための射出装置（図示せず）と連結されており、射出する超高分子量ポリエチレンの金型内部キャビティへの通路であるスプルー１８、ランナー１９、ゲート２０とを有している。
【００３９】
このような金型を用いて、次のようにして超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形品を成形する。
【００４０】
まず、図３に示すように、可動金型部１４（固定部１２）と固定金型部１１はその接触面１５、１５を互いに接触させずに、両者を離しておき、金型キャビティ２２のうち、最終成形品において加硫ゴムが占めるべき部分２１に、前述のような未加硫のゴムコンパウンド３１をインサートする。そして、固定金型部１１と可動金型部１４（固定部１２）とを図４に示した状態のように、型締めする（境界接触面１５で固定金型部１１と可動金型部１４が接触することになる）。
【００４１】
次に図示していない油圧装置を操作することにより、可動金型部１４の可動部１３を図の下方向に移動させ、金型キャビティ２２を好ましくは目的とする最終成形品厚さの１．５〜４．５倍程度の厚さに相当するキャビティに広げておく。より具体的に説明すると、最終成形品の厚さを図５の矢印１６ａの範囲の厚さとすると、図４の矢印１６ｂの距離（圧縮成形直前の金型キャビティの厚み方向の距離）を好ましくは図５の矢印１６ａの厚さの１．５〜４．５倍程度になるように、より好ましくは１．８〜４．２倍程度になるように可動金型部１４の可動部１３を図の下方向に移動させ金型キャビティ２２を広げておく。この広がった金型キャビティ２２内に、金型温度を８０℃〜１５０℃に維持しながら、超高分子量ポリエチレン３２を射出成形温度１２０℃〜２６０℃、好ましくは１３０℃〜２３０℃で射出する。図４はこの時の状態を示した工程断面図である。超高分子量ポリエチレンは、分子量が極めて大きいので、図４に示したような超高分子量ポリエチレン３２を広がった金型キャビティ２２内に射出した状態では、通常、フラッシュ状と称される状態になっている。
【００４２】
なお、射出成形温度があまりに高すぎると、成形時に超高分子量ポリエチレンが分解しやすくなり、又ゴムとの接着面に気体が発生して剥離しやすくなるので、成形温度は上記の範囲が好ましい。このように射出成形温度をあまり高くできないので、超高分子量ポリエチレンは、広がった金型キャビティ２２内に射出した状態では、いわゆるフラッシュ状になっているのである。もし、このような状態で、すなわち通常の射出成形のみで成形物を取り出すと、成形物の物性（機械的強度）がかなり小さいものしか得られないので、本発明方法においては、続く図５で説明するように、更に圧縮成形することが必要になる。直接圧縮する部分は超高分子量ポリエチレンの部分のみで十分である。
【００４３】
すなわち、図５に示すように油圧装置など（図示せず）を操作することにより、可動金型部１４の可動部１３を図の上方向に移動させ、金型キャビティが目的とする最終成形品厚さになるように圧縮成形する。圧縮成形の金型温度は上記と同様である。可動金型部の可動部による圧縮割合は、図５の矢印１６ａの長さと図４の矢印１６ｂの長さの比になり、具体的には、成形品の形や種類にもよるが、成形品厚み方向で、最終成形品厚みが圧縮成形直前の金型キャビティの厚み方向の距離の１／１．５〜１／４．５になる割合に圧縮成形することが好ましく、より好ましくは１／１．８〜１／４．２程度である。
【００４４】
圧縮成形後に、固定金型部１１と可動金型部１４の間を開いて、成形品を取り出す。これら射出、圧縮成形に要する成形時間は、約１８０秒〜３００秒である。なお成形時間は、製品の形状、厚み、大きさ等に応じて、適宜、変更してよい。
【００４５】
かくして複合成形が完了すると直ちに金型から成形品を取り出し、オーブン、熱風乾燥機などの加熱装置で７０℃〜１５０℃で加温してゴム部分を目的とする好適な加硫状態にする。加硫のための加温時間は、ゴムの組成や成形品の大きさによっても異なるが、通常５０分〜７０分程度であり、最適な加温時間や温度はゴムの組成や成形品の大きさによって予め実験により決定すればよい。
【００４６】
また、用いるゴムコンパウンド部分が比較的薄い場合や、ゴムコンパウンドの体積が比較的小さい場合には、上記圧縮成形後に金型から成形品を取り出して加熱処理して加硫する工程を省略できる場合もある。
【実施例１】
【００４７】
超高分子量ポリエチレン（融点１３６℃、分子量約３，０００，０００、三井化学株式会社製、“ハイゼックスミリオン  ３２０Ｍ”）とゴムとの複合成形を行う実施例について説明する。未加硫状態のゴムコンパウンドの配合（重量比）は次のとおりである。
【００４８】
天然ゴム７０重量部、ＳＢＲ（スチレン−ブタジエンゴム：結合スチレン量23.5重量％）３０重量部、亜鉛華５重量部、ステアリン酸１重量部、カーボンブラック［ＩＳＡＦ（Ｎ２２０）］９５重量部、プロセスオイル２０重量部、老化防止剤２重量部、加硫促進剤２重量部、硫黄２重量部、パーオキサイド１．５重量部、なお、このパーオキサイドには、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサンを用いたが、公知のパーオキサイド、例えば、ジ−ｔブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ｔ−ブチルパーオキシイソプロビルカーボネート等適宜の他のパーオキサイドに変えてもよい。
【００４９】
この未加硫状態のゴムコンパウンドのシートを前述したように、厚さ１７ｍｍ×幅１０ｍｍ×長さ５４０ｍｍの棒状に切断し、得られた棒状物の両端をトルエンを用いて、ゴム輪状につなげたものを用意し、図３で説明したように、最終成形品において加硫ゴムが占めるべき部分２１（図３〜図５参照）に、前述のような未加硫状態のゴムコンパウンド３１をインサートする。この工程を詳細に説明すれば、前述したように、可動金型部１４（固定部１２）と固定金型部１１はその接触面１５、１５で接触させずに、両者を離しておき、金型成形キャビティ２２のうち、最終成形品において加硫ゴムが占めるべき部分２１の可動金型部１４（固定部１２）のところに、前述のような未加硫状態のゴムコンパウンド３１をインサートする。そして、固定金型部１１と可動金型部１４（固定部１２）とを図４に示した状態のように、型締めする。
【００５０】
次に図４に示したように油圧機構（図示せず）により、可動金型部１４の可動部１３を図の下方向に移動させ、金型キャビティ２２を目的とする最終成形品厚さの３倍程度の厚さに相当するキャビティに広げる（図４の矢印１６ｂの距離を図５の矢印１６ａの長さの３倍程度になるように可動金型部１４の可動部１３を図の下方向に移動させる）。
【００５１】
次に前記広げた金型キャビティ２２内にスプルー１８、ランナー１９、ゲート２０を通して超高分子量ポリエチレン３２を射出した。金型温度を８０℃〜１５０に維持しながら、超高分子量ポリエチレンを射出成形温度１５０℃〜２３０℃で射出成形機で射出した。この時の工程図が図４で示した工程図である。
【００５２】
次に、図５に示すように油圧機構（図示せず）により、可動金型部１４の可動部１３を図の上方向に移動させ、金型キャビティが目的とする最終成形品厚さ１６ａになるように圧縮成形した。圧縮成形の金型温度は上記と同様である。圧縮成形後、固定金型部１１と可動金型部１４の間を開いて、成形品を取り出した。
【００５３】
かくして得られた複合成形品を、オーブン中で７０℃〜１２０℃で約１時間加温して最適加硫状態にした。これら射出、圧縮成形に要する成形時間は、約２００秒〜３００秒であった。従って、金型を１つの成形品が独占する時間は短時間であり、加硫のための加温は、多数個の成形品を一度にまとめて処理するか、連続移動式のオーブン中を通過させれば良く、最も問題となる金型における成形時間を短縮でき生産効率を向上させることができた。
【００５４】
得られた複合成形品の加硫ゴムと超高分子量ポリエチレンとの界面の接着力のバラツキを調べたところ、同じ原料を用い、前記特許文献２の従来法の実施例で記載された成形法で得られた比較成形品；すなわちゴムコンパウンドをあらかじめゴム金型内で１２０〜１９０℃（３分）で半加硫状態で成形し、この半加硫状態で成形されたゴムコンパウンドを、上記実施例１で用いた射出成形金型に同様にインサートし、超高分子量ポリエチレンを射出成形温度１３０〜２３０℃、金型温度１００〜１５０℃で実施例1と同様に射出圧縮成形し、成形品を取り出し、オーブン中で１００℃〜１５０℃で約１時間加温して再加硫して得られた比較成形品は、不良品の発生率が７％ほどあったが、上記本発明法の実施品では、ほとんど不良品の発生がなかった。その結果、品質が均一で安定した生産が可能となった。
【００５５】
なお、複合成形品の加硫ゴムと超高分子量ポリエチレンとの界面の接着力のバラツキは、次のようにしてテストした。
【００５６】
図１、図２に示した成形品の加硫ゴム１の部分（図１基準で図１の下方の加硫ゴム１の部分で超高分子量ポリエチレン２との境界のところまで）をバイスでしっかり挟んで固定し（図１基準で加硫ゴム１の部分の表裏からバイスで挟む。図２を基準にして説明すると加硫ゴム１の部分を図２の上面と下面からバイスで挟むことになる。）、体重約７０ｋｇの男性が成形品を手でつかんで引っ張ることにより、加硫ゴム１と超高分子量ポリエチレン２との境界が剥離した場合を不良、剥離が認められなかった場合を合格として、成形品１００個を基準に不良品の発生率を計算したものである。
【実施例２】
【００５７】
実施例１で用いた未加硫ゴムコンパウンドに変えて、ＳＢＲ（スチレン−ブタジエンゴム：結合スチレン量23.5重量％）１００重量部、亜鉛華５重量部、ステアリン酸１重量部、ホワイトカーボン９５重量部、プロセスオイル２０重量部、老化防止剤２重量部、加硫促進剤２重量部、硫黄２重量部、パーオキサイド（１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン）１．５重量部からなる未加硫ゴムコンパウンドを用いた以外は、実施例１と同様の条件で複合成形品を製造した。この射出、圧縮成形に要する成形時間は、実施例１と同様約２００秒〜３００秒であった。従って、金型を１つの成形品が独占する時間は短時間であり、加硫のための加温は、多数個の成形品を一度にまとめて処理するか、連続移動式のオーブン中を通過させれば良く、最も問題となる金型における成形時間を短縮でき生産効率を向上させることができた。
【００５８】
得られた複合成形品の加硫ゴムと超高分子量ポリエチレンとの界面の接着力のバラツキを調べたところ、同じ原料を用い、前記特許文献２の従来法の実施例で記載された成形法で得られた比較成形品は、不良品の発生率が７％ほどあったが、上記本発明法の実施品では、ほとんど不良品の発生がなかった。その結果、品質が均一で安定した生産が可能となった。
【実施例３】
【００５９】
実施例１の超高分子量ポリエチレンを、ティコナジャパン株式会社製“Hostalen GUR”（分子量約３，０００，０００）に変えて用いた以外は、実施例１と同様の条件で複合成形品を製造した。この射出、圧縮成形に要する成形時間は、実施例１と同様約２００秒〜３００秒であった。従って、金型を１つの成形品が独占する時間は短時間であり、加硫のための加温は、多数個の成形品を一度にまとめて処理するか、連続移動式のオーブン中を通過させれば良く、最も問題となる金型における成形時間を短縮でき生産効率を向上させることができた。
【００６０】
得られた複合成形品の加硫ゴムと超高分子量ポリエチレンとの界面の接着力のバラツキを調べたところ、同じ原料を用い、前記特許文献２の従来法の実施例で記載された成形法で得られた比較成形品は、不良品の発生率が７％ほどあったが、上記本発明法の実施品では、ほとんど不良品の発生がなかった。その結果、品質が均一で安定した生産が可能となった。
【実施例４】
【００６１】
実施例１の超高分子量ポリエチレンを、ティコナジャパン株式会社製“Hostalen GUR”（分子量約３，０００，０００）に変え、実施例１で用いた未加硫ゴムコンパウンドを実施例２で用いた未加硫ゴムコンパウンドに変えて用いた以外は、実施例１と同様の条件で複合成形品を製造した。この射出、圧縮成形に要する成形時間は、実施例１と同様約２００秒〜３００秒であった。従って、金型を１つの成形品が独占する時間は短時間であり、加硫のための加温は、多数個の成形品を一度にまとめて処理するか、連続移動式のオーブン中を通過させれば良く、最も問題となる金型における成形時間を短縮でき生産効率を向上させることができた。
【００６２】
得られた複合成形品の加硫ゴムと超高分子量ポリエチレンとの界面の接着力のバラツキを調べたところ、同じ原料を用い、前記特許文献２の従来法の実施例で記載された成形法で得られた比較成形品は、不良品の発生率が７％ほどあったが、上記本発明法の実施品では、ほとんど不良品の発生がなかった。その結果、品質が均一で安定した生産が可能となった。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形方法は、超高分子量ポリエチレンとゴムとの金型内での複合成形が２分〜５分の短時間で行えるため、従来の接着方法に比べて量産が可能になり、コストダウンの効果が大である。
【００６４】
射出成形金型を使用するので、複雑な形状の製品を容易に得られる。本発明方法で得られる超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形品は、特にゴムと超高分子量ポリエチレンとの界面の接着性のバラツキがなく、均一な物性の成形品を提供でき、信頼性の高い超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形品の成形方法を提供できる。従って、本発明方法は、超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形品の成形に好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】図１は本発明方法で成形される超高分子量ポリエチレンとゴムとの複合成形品の一実施形態例である車輪の正面図である。
【図２】図２は図１のＡ−Ａラインにおける断面図である。
【図３】図３は本発明の複合成形方法を説明するための成形工程の一部を示す主として射出成形用金型部分の模式的部分断面図である。
【図４】図４は図３の工程に続く、本発明の複合成形方法の成形工程の一部を示す主として射出成形用金型部分の模式的部分断面図である。
【図５】図５は図４の工程に続く、本発明の複合成形方法の成形工程の一部を示す主として射出成形用金型部分の模式的部分断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１    加硫ゴム
２    超高分子量ポリエチレン
３    ゴム１と超高分子量ポリエチレン２との界面
４    車軸挿入孔
１１  固定金型部
１２  可動金型部の固定部
１３  可動金型部の可動部
１４  可動金型部
１５  可動金型部１４（固定部１２）と固定金型部１１の接触面
１６ａ  最終成形品の厚さを示す矢印
１６ｂ  圧縮成形直前の金型キャビティの厚み方向の距離
１８  スプルー
１９  ランナー
２０  ゲート
２１  最終成形品において加硫ゴムが占めるべき部分
２２  金型キャビティ
３１  ゴムコンパウンド
３２  超高分子量ポリエチレン
【国際調査報告】
2008136485.tif 000008
2008136485.tif 000009
2008136485.tif 000010
2008136485.tif 000011