(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
不飽和カルボン酸の金属塩で変性された第１の水素化ニトリル共役ジエンコポリマーを与えること、ここで水素化ニトリル共役ジエンコポリマーが、第１のエチレン性不飽和ニトリル及び第１の共役ジエンを含む第１の組成物から誘導され、不飽和カルボン酸の金属塩が、少なくとも１つのカルボキシル基を有するエチレン性不飽和カルボン酸と、金属及び金属化合物より成る群から選択される少なくとも１種とから誘導される、
第２のエチレン性不飽和ニトリル及び第２の共役ジエンを含む第２の組成物から誘導される第２の水素化ニトリル共役ジエンコポリマーを与えること、
不飽和カルボン酸の金属塩で変性された第１の水素化ニトリル共役ジエンコポリマー、及び第２の水素化ニトリル共役ジエンコポリマーをブレンドして配合物を形成すること、
該配合物を硬化剤で硬化してゴム剪断プライを形成すること、
スカートと複合材ロケットモーターケースとの間にゴム剪断プライを挿入すること
を含む、ロケットモータアセンブリーの、スカートと複合材ロケットモーターケースとの間で荷重を移動する方法。
【請求項２】
第１の水素化ニトリル共役ジエンコポリマーを与えること、及び第２の水素化ニトリル共役ジエンコポリマーを与えることが、それぞれ、アクリロニトリル及びメタクリロニトリルより成る群から選択される少なくとも１種を含むように選択されることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１の水素化ニトリル共役ジエンコポリマーを与えること、及び第２の水素化ニトリル共役ジエンコポリマーを与えることが、それぞれ、ブタジエン、イソプレン、ジメチルブタジエン、１，３−ペンタジエン及びピペリレンより成る群から選択される少なくとも１種を含むように選択されることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
不飽和カルボン酸の金属塩で変性された第１の水素化ニトリル共役ジエンコポリマーを与えることが、少なくとも１種のエチレン性不飽和モノカルボン酸と、金属及び金属化合物より成る群から選択される少なくとも１種とから誘導される不飽和カルボン酸の金属塩を選択することを含み、ここで少なくとも1種のエチレン性不飽和モノカルボン酸は、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸及び３−ブテン酸より成る群から選択される少なくとも１種を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
不飽和カルボン酸の金属塩で変性された第１の水素化ニトリル共役ジエンコポリマーを与えることが、少なくとも１種のエチレン性不飽和ジカルボン酸と、金属及び金属化合物より成る群から選択される少なくとも１種から誘導される不飽和カルボン酸の金属塩を選択することを含み、ここで少なくとも1種のエチレン性不飽和ジカルボン酸は、マレイン酸、フマル酸及びイタコン酸より成る群から選択される少なくとも１種を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
不飽和カルボン酸の金属塩で変性された第１の水素化ニトリル共役ジエンコポリマーを与えることが、亜鉛、マグネシウム、カルシウム及びアルミニウムよりなる群から選択される少なくとも１種の元素を含む不飽和カルボン酸の金属塩を選択することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
不飽和カルボン酸の金属塩で変性された第１の水素化ニトリル共役ジエンコポリマーを与えることが、不飽和カルボン酸の金属塩としてジメタクリル酸亜鉛を選択することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
配合物を硬化剤で硬化することが、配合物をペルオキシド硬化剤で硬化することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
配合物を硬化剤で硬化することが、配合物を2,2'-ビス-(t-ブチルペルオキシ)ジイソプロピルベンゼンで硬化することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
配合物を硬化剤で硬化することが、配合物をクレー担体中に分散されている硬化剤で硬化することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
配合物を硬化剤で硬化してゴム剪断プライを形成することが、１％未満のシリカを含むゴム剪断プライを形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
ゴム剪断プライが、グラファイト／繊維エポキシ複合材料へ結合されたゴム剪断プライのシングル−ラップ剪断検体によって、０．０５０８ｃｍ／分のクロスヘッド速度を使用して２１℃で試験したときに、２４１３２ｋＰａよりも大きい平均剪断強度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
ゴム剪断プライが、グラファイト／繊維エポキシ複合材料へ結合されたゴム剪断プライのシングル−ラップ剪断検体によって、０．０５０８ｃｍ／分のクロスヘッド速度を使用して３８℃で試験したときに、１７２３７ｋＰａよりも大きい平均剪断強度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
ゴム剪断プライが、２１℃において測定された、１．０７〜１．１４の範囲の比重、６０〜７５の範囲のショアＡ硬度、２４１３〜５８６１ｋＰａの範囲の１００％モジュラス、３７９２１〜４４１２６ｋＰａの範囲の引張強度、４００〜５７５の範囲の伸び百分率、及び１８９６ｋＰａ〜２５８６ｋＰａの範囲の引裂抵抗を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
第１の水素化ニトリル共役ジエンコポリマーを与えること、及び第２の水素化ニトリル共役ジエンコポリマーを与えることが、第１の水素化ニトリル共役ジエンコポリマー及び第２水素化ニトリル共役ジエンコポリマーの各々の炭素−炭素二重結合が８５〜９５％飽和に水素化されることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
第１の水素化ニトリル共役ジエンコポリマーを与えること、及び第２の水素化ニトリル共役ジエンコポリマーを与えることが、第１の水素化ニトリル共役ジエンコポリマー及び第２水素化ニトリル共役ジエンコポリマーの各々の炭素−炭素二重結合が９０〜９２％飽和に水素化されることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
複合材ロケットモーターケース、スカート、及び複合材ロケットモーターケースとスカートとの間に挿入されたゴム剪断プライを含むロケットモーターアセンブリーであって、
該ゴム剪断プライが、
前駆組成物であって、該組成物が、
不飽和カルボン酸の金属塩によって変性された第１の水素化ニトリル共役ジエンコポリマー、ここで第１の水素化されたニトリル共役ジエンコポリマーは、第１のエチレン性不飽和ニトリルと第１の共役ジエンとを含む第１の組成物から誘導されており、
第２のエチレン性不飽和ニトリルゴムと第２の共役ジエンとを含む第２の組成物から誘導された、第２の水素化ニトリル共役ジエンコポリマー、及び硬化剤
を含む前駆体組成物
から硬化されたゴム部材を含む
前記のロケットモーターアセンブリー。
【請求項１８】
ゴム剪断プライがゴム成分及び繊維質の材料を含む、請求項１７に記載のロケットモーターアセンブリー。
【請求項１９】
繊維質材料がグラファイト繊維／エポキシ複合材料である、請求項１８に記載のロケットモーターアセンブリー。
【請求項２０】
第１及び第２のエチレン性不飽和ニトリルが、それぞれ、アクリロニトリルとメタクリロニトリルより成る群から選択される少なくとも１種を含むように選択される、請求項１７に記載のロケットモーターアセンブリー。
【請求項２１】
第１及び第２の共役ジエンが、それぞれ、ブタジエン、イソプレン、ジメチルブタジエン、１，３−ペンタジエン、及びピペリレンより成る群から選択される少なくとも１種を含むように選択される、請求項１７に記載のロケットモーターアセンブリー。
【請求項２２】
不飽和カルボン酸の金属塩が、少なくとも１種のエチレン性不飽和モノカルボン酸と、金属及び金属化合物より成る群から選択される少なくとも１種から誘導され、ここでエチレン性不飽和モノカルボン酸は、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸及び３−ブテン酸より成る群から選択される少なくとも１種を含む、請求項１７に記載のロケットモーターアセンブリー。
【請求項２３】
不飽和カルボン酸の金属塩が、少なくとも１種のエチレン性不飽和ジカルボン酸と、金属及び金属化合物より成る群から選択される少なくとも１種とから誘導され、ここでエチレン性不飽和ジカルボン酸は、マレイン酸、フマル酸及びイタコン酸より成る群から選択される少なくとも１種を含む、請求項１７に記載のロケットモーターアセンブリー。
【請求項２４】
不飽和カルボン酸の金属塩の金属塩が、亜鉛、マグネシウム、カルシウム及びアルミニウムよりなる群から選択される少なくとも１種の元素を含む、請求項１７に記載のロケットモーターアセンブリー。
【請求項２５】
不飽和カルボン酸の金属塩が、ジメタクリル酸亜鉛を含む、請求項１７に記載のロケットモーターアセンブリー。
【請求項２６】
硬化剤がペルオキシド硬化剤を含む、請求項１７に記載のロケットモーターアセンブリー。
【請求項２７】
硬化剤が、2,2'-ビス-(t-ブチルペルオキシ)ジイソプロピルベンゼンを含む、請求項１７に記載のロケットモーターアセンブリー。
【請求項２８】
硬化剤がクレー担体中に分散されている、請求項１７に記載のロケットモーターアセンブリー。
【請求項２９】
ゴム剪断プライが１重量％未満のシリカを含む、請求項１７に記載のロケットモーターアセンブリー。
【請求項３０】
ゴム剪断プライが、グラファイト／繊維エポキシ複合材料へ結合されたゴム剪断プライのシングル−ラップ剪断検体によって、０．０５０８ｃｍ／分のクロスヘッド速度を使用して２１℃で試験したときに、２４１３２ｋＰａよりも大きいゴム製品中の平均剪断強度を与えるように、配合される、請求項１７に記載のロケットモーターアセンブリー。
【請求項３１】
ゴム剪断プライが、グラファイト／繊維エポキシ複合材料へ結合されたゴム剪断プライのシングル−ラップ剪断検体によって、０．０５０８ｃｍ／分のクロスヘッド速度を使用して３８℃で試験したときに、１７２３７ｋＰａよりも大きいゴム製品中の平均剪断強度を与えるように、配合される、請求項１７に記載のロケットモーターアセンブリー。
【請求項３２】
ゴム剪断プライが、２１℃において１．０７〜１．１４の範囲の比重、６０〜７５の範囲のショアＡ硬度、２４１３〜５８６１ｋＰａの範囲の１００％モジュラス、３７９２１〜４４１２６ｋＰａの範囲の引張強度、４００〜５７５の範囲の伸び百分率、及び１８９６ｋＰａ〜２５８６ｋＰａの範囲の引裂抵抗を与えるように、配合される請求項１７に記載のロケットモーターアセンブリー。
【請求項３３】
第１の水素化ニトリル共役ジエンコポリマー及び第２水素化ニトリル共役ジエンコポリマーの各々の炭素−炭素二重結合が８５〜９５％飽和に水素化されている、請求項１７に記載のロケットモーターアセンブリー。
【請求項３４】
第１の水素化ニトリル共役ジエンコポリマー及び第２水素化ニトリル共役ジエンコポリマーの各々の炭素−炭素二重結合が９０〜９２％飽和に水素化されている、請求項１７に記載のロケットモーターアセンブリー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願
本出願は、米国特許商標庁に２００１年３月２９日に出願された特許仮出願第60/279560号の優先権の利益を請求する。この出願の全開示は参照によって本出願中に組み込まれる。
【０００２】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、高強度エラストマーの分野に関する。さらに詳細には、本発明は、高温度の剪断プライの用途における使用、例えば、スタンドアローンの複合材ロケットモーターまたはストラップオンの複合材ブースターのいずれかの圧力容器からロケットスカートへ荷重を移すために、適した高強度エラストマーに関する。
【０００３】
２．関連技術の説明
ロケットモーターの形状及び構成には多くのバリエーションが存在するが、ロケットモーターは一般に、エネルギー燃料またはプロペラントを収納するための外側モーターケーシングを含む。固体ロケットモーターの場合において、外側モーターケーシングは、燃焼をうけ、同時にロケットモーターの推進を達成するための適切な推力の生成に寄与するように配合された固体プロペラントを収容する。他のタイプのロケットモーター、例えばハイブリッド、リバース・ハイブリッドモーター、及びバイ−リキッドモーターは、液体酸化剤及び／または液体燃料を使用する。ケーシングとプロペラントの間に配置されたゴム絶縁層及びライナーは、ロケットモーターケーシングをプロペラントが燃焼するときに発生する高温燃焼生成物から保護するために役立つ。
【０００４】
ロケットモーターのケーシングは一般に、金属、複合材料、または金属と複合材料の組合せからできている。複合材料は典型的には、樹脂を含漬した繊維をマンドレルの周りに巻いてロケットモーターケーシングを造形することによって製造される。この樹脂は硬化可能な樹脂であり得、そして通常エポキシかまたはフェノール樹脂のいずれかである。繊維は通常、カーボングラファイト繊維かまたはアラミド繊維である。
【０００５】
ロケットモーターケーシングの機尾末端部分はロケットスカートに向いている。典型的に、ロケットモーターケーシングをスカートに結合するために、複合材ロケットモーターケーシングの外側表面部分は剪断プライ層で覆われている。高強度ゴム組成物はしばしば、複合材ロケットモーターケーシングとロケットスカートを連結する剪断プライ層を形成するために使用される。
【０００６】
シリカ充填ニトリルポリブタジエンゴム（ＮＢＲ）組成物が現在、ロケットモータをスタンドアローンの複合材ロケットモーターケーシングとを連結する剪断プライ層を形成するために使用される。通常のＮＢＲ組成物は、通常２０６４８ｋＰａ（３０００ｐｓｉ）のオーターの引張強度及び及び７００％の極限伸びをそれぞれ示すことが見いだされている。これらの性質は、スタンド・アローンのモーター用途には適切であるが、ロケット工学における新たな開発は広い温度範囲にわたる外部取り付け式（ストラップ−オン：strap-on）のブースターの使用を要求する。この外部取り付け式の設計は、スタンド・アローンのロケットモーターよりも剪断プライに高い荷重を与える。外部取り付け式のブースター用途で遭遇されるこれらのより高い荷重の設計は、慣用のシリカ充填ＮＢＲ組成物と比較して、より高い引張強度及び改善された高温特性を有する新規な剪断プライの必要性をつくり出した。
【０００７】
本発明の目的
従って、硬化すると、十分な屈曲性、強度及び高温特性を、例えばロケット用途のための剪断プライ中でのような用途のために、有することができる高い強度のゴムを形成する前駆組成物を与えることが本発明の目的である。
【０００８】
本発明の他の目的は、十分な屈曲性、強度及び高温特性を、ロケット用途のための剪断プライ中での用途のために有し得るゴム材料を提供することである。この目的によって、ゴム材料が意図する好ましい剪断プライの用途のために満足なものである引張強度及び極限伸びを有することが特に好ましい。
【０００９】
ロケットモーターアセンブリーの結合されたケーシングとスカートとの間で荷重を移動させるために構築され配置された剪断プライを含むロケットモーターアセンブリーを提供することが本発明の他の目的である。
【００１０】
本発明の他の目的は、前駆組成物から高強度ゴム材料を製造する方法、並びに該高強度ゴム組成物を使用した剪断プライ物品を製造し、そして施す方法を提供することである。
【００１１】
本発明の追加の目的及び利点は以下の説明中に詳述され、そして部分的には該説明から明らかであり、または本発明の実施によって習得され得る。本発明の目的及び利点は、添付の特許請求の範囲に指摘された手段及び組合せによって実現され、得られ得る。
【００１２】
発明の概要
前述の目的を達成するために、そしてこの文書に具体化されそして広く記述された本発明の目的に従い、本発明の一面に従い、ゴム部材へと硬化でき、そして（ａ）第１の、金属塩不飽和カルボン酸エステル（不飽和カルボン酸の金属塩）によって変性されたニトリル共役ジエンコポリマー、ここで水素化されたニトリル共役ジエンコポリマーは、第１のエチレン性不飽和ニトリルと第１の共役ジエンとを含む第１の組成物から誘導されており、（ｂ）第２のエチレン性不飽和ニトリルゴムと第２の共役ジエンとを含む第２の組成物から誘導された、第２の水素化されたニトリル共役ジエンコポリマー（ｃ）硬化剤を含み、（ａ）と（ｂ）は混合されている、前駆組成物が提供される。
【００１３】
本発明の他の面に従い、該前駆組成物から形成されたゴム部材が提供される。本発明の他の面に従い、前駆組成物の（ａ）及び（ｂ）成分が混合されてブレンドが形成され、このブレンドを硬化剤（例えばペルオキシド硬化剤）で硬化してゴム部材を形成する方法が提供される。
【００１４】
本発明のさらなる面に従い、ロケットモーターエンジンの複合体ロケットモーターケースにスカートを結合する方法が提供される。本発明のこの面は、本発明のゴム成分を含むゴム剪断プライを用意すること；及びゴム剪断プライをロケットモーターアセンブリーの複合体ロケットモーターケースとスカートとの間に挿入することを含む。
【００１５】
本発明は、種々の用途における使用のために広い温度範囲にまたがって改善された強度を有する高強度ゴム組成物を与えることによって、上に略説した問題を克服し、上記及び他の目的を取り扱い、そして本技術を進歩させる。これらの用途は、ロケット用途、特に剪断プライ層を形成する状況において特に、を含むがこれに限定されない。ここで使用する場合は、「ゴム」は、合成及び天然のエラストマーの両方を含むと定義される。ゴム組成物は、その種々の態様及び方法論において、より強いロケットモーター及び新しいタイプのモーターの使用を容易にすることができる。
【００１６】
図面の簡単な説明
添付の図面は明細書の中に取り込まれ、そしてその一部を構成する。図面は、上に与えられた一般的な記述及び好ましい態様の詳細な説明、及び以下に与えられる方法と共に、本発明の原理を説明するために役立つ。そのような図面において、
図１は本発明を示す例示の好ましいゴム組成物の、顕微鏡的に推測された温度依存性の動的機械特性を示すグラフである。
【００１７】
図２は、図１に示すものに関して対照の情報を示すグラブであるが、このデータは剪断プライ層を製造する際に使用するために最良の入手可能な従来技術の材料から得られた。
【００１８】
図３は、本発明の示す例示の好ましい材料に対して、２２℃（７２°Ｆ）で、従来技術のシリカ充填ゴム組成物の相対剪断強度を示す棒グラフである。
図４は、図３と同一の棒グラフであるが、３８℃（１００°Ｆ）での同一検体から得られたデータを示す。
【００１９】
本発明の好ましい態様及び方法の説明
添付図面によって詳しく説明される本発明の目下の好ましい態様及び方法が詳細に参照される。しかし、本発明はそのより広い面において、特定の詳細なもの、代表的な装置及び方法、並びに好ましい態様及び方法に関連してこの部分に示され説明される例示の実施例に限定されない。本発明のその種々の面に従って、本発明は特に、明細書を考慮して解される特許請求の範囲内に特に明白に開示される。
【００２０】
本発明の態様に従う前駆組成物は、金属塩不飽和カルボン酸エステルで変性された第１の水素化ニトリル共役ジエンコポリマー、及び金属塩不飽和カルボン酸エステルで変性されていない第２の水素化ニトリル共役ジエンコポリマーを含む。水素化ニトリル共役ジエンコポリマーのそれぞれは、少なくとも１つのそれぞれのエチレン性不飽和ニトリル及び少なくとも１つのそれぞれの共役ジエンを含むそれぞれの組成物から誘導される。第１及び第２の水素化ニトリル共役ジエンコポリマーのエチレン性不飽和ニトリルは同じでも異なっていてもよい。代表的なエチレン性不飽和ニトリルはアクリロニトリル及びメタクリロニトリルであり、アクリロニトリルが現在のところ好ましい。ここの参照する場合には、エチレン性不飽和は、少なくとも１つの炭素−炭素二重結合の存在を意味する。
【００２１】
第１及び第２の水素化ニトリル共役ジエンコポリマーの共役ジエンは同じでも異なっていてもよい。本発明において使用するための代表的な共役ジエンは、例えば、ブタジエン、イソプレン、ジメチルブタジエン、１，３−ペンタジエン及びピペリレンより成る群から選択される１種以上を含む。これらのうちブタジエンが現在好ましい。
【００２２】
金属塩不飽和カルボン酸エステルは、エチレン性不飽和カルボン酸、好ましくは少なくとも１つのカルボキシル基を有するα，β−エチレン性不飽和カルボン酸から誘導される。エチレン性不飽和カルボン酸は、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、及び３−ブテン酸より成る群から選択される少なくとも１種の不飽和モノカルボン酸を含み得る。代りに、エチレン性不飽和カルボン酸は、マレイン酸、フマル酸、及びイタコン酸より成る群から選択される少なくとも１種の不飽和ジカルボン酸を含み得る。モノカルボン酸とジカルボン酸の組合せを使用することも可能である。
【００２３】
金属塩不飽和カルボン酸エステルのための代表的な金属は亜鉛、マグネシウム、カルシウム、及びアルミニウム、並びにこれらの組合せを含む。金属塩不飽和カルボン酸エステルは、金属化合物、例えば金属酸化物、特に酸化亜鉛から誘導され得る。現在好ましい金属塩不飽和カルボン酸エステルは、ジメタクリル酸亜鉛を含む。
【００２４】
本発明の一例に従い、前駆組成物中の成分（ａ）の成分（ｂ）に対する重量比は８５：１５〜３０；７０の範囲であり得る。
硬化剤の量及びタイプは、完成ゴム組成物の強度に認識し得る効果を与えるようなものである。例えば、ペルオキシド硬化剤は、前駆組成物の全重量の１〜２重量％を構成し得る。硬化剤は好ましくはクレーまたは他の担体中に分散されており、それ自体は前駆組成物の全重量の１〜３重量％を構成する。ペルオキシド硬化剤は典型的に活性温度に加熱され、ここで硬化剤がペルオキシドのところで開裂して一対の遊離ラジカルを形成し、これが重合反応を開始する。特に好ましいペルオキシド硬化剤は２，２’−ビス（ｔ−ブチルペルオキシ）ジイソプロピルベンゼンであり、これは好ましくは約１４９℃（３００°Ｆ）〜１６０℃（３２０°Ｆ）の活性温度に加熱されて重合を開始する。他の慣用のペルオキシド硬化剤も設計の選択の問題として異なる温度で開始するために使用し得る。代りに、他の開始剤、例えばニトロベンジル光開始剤、も重合を開始するために使用できる。
【００２５】
優秀な機械的特性を有する完成ゴム組成物を提供することに加えて、この前駆体は、該前駆体を使用した関連した製造プロセスを容易にする種々のレオロジー性を有する。上述の種々の前駆配合物は次のレオロジー性を示す。
・ＭＬ１＋４として１００℃（２１２°Ｆ）で測定した、６０〜８０の範囲のムーニー粘度、
・振動ディスクレオメーターによって１６０℃（３２０°Ｆ）において５°の弧にわたって測定した、３．０〜４．５分の範囲のＴＳ２、
・振動ディスクレオメーターによって１６０℃（３２０°Ｆ）において５°の弧にわたって測定した、０．４５〜１．１３Ｎｍ（４．０〜１０．０インチ・ポンド）の範囲の最小トルク（ＭＬ）、
・４．５〜７．９Ｎｍ（４０〜７０インチ・ポンド）の範囲の、２時間後の最大トルク（ＭＨ）、
・振動ディスクレオメーターによって１６０℃（３２０°Ｆ）において５°の弧にわたって測定した、４．０〜６．８Ｎｍ（３５及び６０インチ・ポンド）の範囲のＭｃ（９０）、及び
・振動ディスクレオメーターによって１６０℃（３２０°Ｆ）において５°の弧にわたって測定した、２０〜４５分の範囲のｔｃ（９０）。
【００２６】
好ましい前駆体はまた、前駆組成物の全重量の２〜３重量％の量の抗酸化剤を含む。この抗酸化剤はアミンを含み、そして最も好ましくはジ−ｎ−ブチルアミン、及びフェニル−β−ナフチルアミンより成る群から選択される。イミダゾール抗酸化剤は、アミン抗酸化剤と相乗的に組み合わせて使用でき、そしてイミダゾールは好ましくは亜鉛２−ペルカプトトルオルイミダゾール（zinc 2-percaptotoluolimidazole）を含む。
【００２７】
そのさらなる面において、本発明は、該前駆体から誘導された硬化ゴム組成物に関する。上述の成分の重量百分率の広い範囲に従い、ゴム組成物は、配合されて、グラファイト／繊維エポキシ複合材料へ結合されたゴムのシングル−ラップ（single-lap）剪断検体によって、０．０５１ｃｍ／分（０．０２インチ／分）のクロスヘッド速度を使用して２１℃（７０°Ｆ）〜３８℃（１００°Ｆ）の間で試験したときに、１７２３７ｋＰａよりも大きい完成ゴム製品中の平均剪断強度を与える。この１７２３７ｋＰａ（２５００ｐｓｉ）の剪断強度はほぼ、従来技術で入手できる最良のシリカ充填組成物から得ることができる剪断強度に等しい。たとえそうであっても、剪断強度は通常、約２０６８４ｋＰａ（３０００ｐｓｉ）よりも大きく、そして２４１３２ｋＰａ（３５００ｐｓｉ）の剪断強度はしばしば、上述のゴム組成物から形成された完成剪断プライ材料からえられる。
【００２８】
完成ゴム組成物の他の構造特性は以下の性質の１種以上を含み得る（温度は他に注記しない限り約２１℃（７０°Ｆ）である）。
・１．０７〜１．１４の範囲の比重
・６０〜７５の範囲のショアＡ硬度
・２４１３ｋＰａ（３５０ｐｓｉ）〜５８６１ｋＰａ（８５０ｐｓｉ）の範囲の１００％モジュラス
・３７９２１ｋＰａ（５５００ｐｓｉ）〜４４１２６ｋＰａ（６４００ｐｓｉ）の範囲の引張強度
・４２３〜５６４の範囲の伸び％
・１８９６ｋＰａ（２７５ｐｓｉ）〜２５８６ｋＰａ（３７５ｐｓｉ）の範囲の引裂強度。
【００２９】
前駆体及び完成ゴム組成物は、シリカを実質的に含まないが、これは現在のところ好ましいが単に本発明の例示の態様にすぎない、ここで用語「実質的に」とはここで、シリカの微量成分を除き全く含まないことを意味し、または１％未満のシリカしか含まないことと定義される。
【００３０】
さらに他の面において、本発明は、成分（ａ）及び（ｂ）を混合物へとブレンドすること、及び架橋剤を添加することによってゴム組成物を製造する方法に関する。適切なブレンダーは、BRABENDER及びRELIABLE商標のミキサーのような慣用のゴム混合装置を含む。混合は好ましくは、２パスの手順で実施され、いずれかの硬化触媒または促進剤は第２のパスにおいて添加される。
【００３１】
他の面は、ゴム組成物及び前駆体を使用して剪断プライ材料を製造する方法を含む。ゴム組成物を製造する前述の方法は、ロケットモーターにスカートを結合する際に使用するための剪断プライを製造することを含むように修正され得る。この方法は、上述の前駆組成物を得、硬化剤を加え、硬化剤で活性化して混合物を重合し、該混合物を使用してラミネートを形成し、そしてスカートをロケットモーターと結合する剪断プライとし使用するために該ラミネートを適用する工程を含む。ラミネートを形成する工程は好ましくは、該混合物及び繊維質の材料、例えばグラファイト／エポキシ複合材料から製造されたラミネートを形成することを含む。
【００３２】
本発明は以下の実施例を参照してさらに説明されるが、これらは例示であり、本発明の範囲を余すところがないとは考えられない。
実施例１〜４
表１に示す以下の成分は商業的な販売人から購入し、建築用ゴム組成物を製造する際に使用するための前駆体内に組み込まれた。材料をBRABENDER密閉式ミキサー内に入れて、評価のために３００ｇのバッチサイズを形成した。
【００３３】
ZSC 2295TM及びZetpol 2020TMをケンタッキー州ルイスビルのZeon Chemicalから購入した。Zetpol 2020製品は、製品の６２．５重量％〜６５．１重量％の範囲の量のアミン安定化ブタジエン、３４．９〜３７．５重量％の範囲のアクリロニトリルを含み、製品は９１％飽和に水素化されている。Agerite Stalite Sは、ニューヨーク州ニューヨークのB.F. Goodrich Corporationから購入した。Vanox ZMTIは2-ペルカプトトルオルイミダゾールを含み、これは完成ゴム製品の寿命を延長するためにAgerite Stalite Sと相乗的に働くと知られているイミダゾール抗酸化剤として機能し、Agerite Stalites Sと相乗的に作用して、完成ゴム製品の寿命を延ばすことが知られている。Vul-Cup 40KEはデラウエア州ウイルミントンのHercules Incorporated社から購入した。Vul-Cup 40KEは2,2'-ビス(t-ブチルペルオキシ)ジイソプロピルベンゼンを含み、これは４０重量％の濃度にクレー担体内に分散されている。
【００３４】
実施例はそれぞれ、２パスの手順によって調製された。最初のパスにおいて、硬化剤以外の全ての成分をBRABENDERミキサーに２５〜４０ｒｐｍで添加した。このバッチを９３℃（２００°Ｆ）で取り出した。第２パスは同じ混合速度で実施し、そして７１℃（１６０°Ｆ）で取り出した。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
従って、表１は各混合物に従い、成分の重量％を示す。
それぞれの混合物は各々１００℃でレオロジー測定にかけて、製造工程に使用するためのそれらの安定性を決定し、そして次に物性の試験のためのペルオキシド硬化剤の活性化のために１６０℃（３２０°Ｆ）の温度に加熱した。結果を表２に示す。
【００３７】
【表２】
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【００３８】
表１からの３００ｇのバッチのゴム配合物を強度及び柔軟特性を決定する目的のための評価にかけた。表３に、ゴム配合物の物性をまとめた。
【００３９】
【表３】
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【００４０】
これらの測定値から、実施例２からえられたゴムは、ロケット用途のための剪断プライ層内に使用するための最良の性質を有すると決定された。しかし、試験した全てのゴムは、これらの用途において使用するための屈曲及び強度の十分な性質を示す。
【００４１】
固体ゴム組成物の試験は、実施例２は強度、柔軟性及び接着の優秀な性質を有することを証明したので、実施例２のスケールアップバッチを３０００ｇのバッチサイズで製造した。２パスの手順が再度使用された。RELIABLE商標のミキサー内で４０ｒｐｍの混合速度を採用した。取り出し温度は、第１及び第２のパスについてそれぞれ１０４℃（２２０°Ｆ）及び６８℃（１５５°Ｆ）であった。
【００４２】
スケールアップのバッチは、それぞれ表４及び５に示す以下のレオロジー性及び物性を有する。
【００４３】
【表４】
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【００４４】
【表５】
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【００４５】
図１は、１ラジアン／秒の振動数及び０．２％の歪みでのRheometrics Dynamic Spectrometerを使用して、実施例２のスケールアップ配合物からえたデータのグラフを与える。損失モジュラスＧ”におけるピーク温度は、エラストマーのほぼガラス転移温度と理解される。実施例２について、ピークは−２７．１℃で起こった。比較のために、Thiokol Propulsionが現在その剪断プライ層中に使用している従来技術のシリカ充填ＮＢＲゴム組成物は、図２に示す結果を与えた。ここでガラス転移温度は−３１．５℃と推定された。このデータは、この２種のゴム組成物の低温性能特性がほぼ同じであり、最小温度性能に関して従来技術のシリカ充填組成物の屈曲がわずかに良好であったことを示す。実施例２についての変移ははるかに急であり、これは実施例２が、屈曲性を失う温度範囲がより狭いことを示す。さらに、実施例２の貯蔵モジュラスＧ’は、−１０℃において、従来技術のシリカ充填組成物の貯蔵モジュラスよりはるかに低い。これらの測定値は、実施例２が、改善された強度特性を有すると同時に、従来技術の配合物に匹敵する屈曲−温度性能を有することを示す。
【００４６】
本発明の他の面に従い、前述の前駆体を剪断プライ層を製造するために使用した。該固体ゴム組成物を含む剪断プライ層の、加重受け構造容量は、ゴム試料を硬化し、ゴム試料をグラファイト／エポキシ複合材料に積層し、次に該複合材料を硬化することによって試験される。同様のラミネートをつくり、そして従来技術のシリカ充填組成物を使用して試験した。試料を２２℃（７２°Ｆ）及び３８℃（１００°Ｆ）において、０．０５１ｃｍ／分（０．０２インチ／分）のクロスヘッド速度で、慣用のラップ剪断試験機を使用して試験した。図３はシリカ充填組成物（グラフの左側の棒）についての「ＮＢＲ対照」を含む試料についての剪断強度値の比較、並びにシリカ充填組成物を含むThiokol Propulsion品質管理手順に基づく多数のシリカ充填試料（グラフの中央の棒）についてのヒストリカル平均を与える。これらの値は１７３２７ｋＰａ（２５００ｐｓｉ）を越えず、そして実施例２の試料（グラフの右側の棒）についての２５９２４ｋＰａ（３７６０ｐｓｉ）に匹敵する。
【００４７】
図４は、図３に示すものへの同一の比較を示すが、図４に示す結果が３８℃（１００°Ｆ）で得られたことを除く。シリカ充填検体は１３７８９ｋＰａ（２０００ｐｓｉ）未満への剪断強度性能の減少を示すが、実施例２は１７２３７ｋＰａ（２５００ｐｓｉ）を超える性能を示し続ける。
【００４８】
本発明の好ましい態様の前述の詳細な説明は、例示及び説明の目体のために与えられ、そして開示された正確な態様に本発明を限定するものであるとか網羅的であることを意図するものではない。この態様は本発明の原理及びその実際の用途を最も適切に説明するために選択・説明され、それによって本技術における他の当業者が種々の態様について、及び企図される特別の用途に適している種々の修正と共に本発明を理解することを可能にする。本発明の範囲は、特許請求の範囲の精神及び範囲内に含まれる種々の修正及び均等物を含む。
【図面の簡単な説明】
添付の図面は明細書の中に取り込まれ、そしてその一部を構成する。図面は、上に与えられた一般的な記述及び好ましい態様の詳細な説明、及び以下に与えられる方法と共に、本発明の原理を説明するために役立つ。そのような図面において、
【図１】  図１は本発明を示す例示の好ましいゴム組成物の、顕微鏡的に推測された温度依存性の動的機械特性を示すグラフである。
【図２】  図２は、図１に示すものに関して対照の情報を示すグラブであるが、このデータは剪断プライ層を製造する際に使用するために最良の入手可能な従来技術の材料から得られた。
【図３】  本発明の示す例示の好ましい材料に対して、２２℃（７２°Ｆ）で、従来技術のシリカ充填ゴム組成物の相対剪断強度を示す棒グラフである。
【図４】  図４は図３と同一の棒グラフであるが、３８℃（１００°Ｆ）での同一検体から得られたデータを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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