JP2022106110A

JP2022106110A - ホース用樹脂材料およびホース

Info

Publication number: JP2022106110A
Application number: JP2021000859A
Authority: JP
Inventors: 剛侯; Takeshi Ko
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2021-01-06
Filing date: 2021-01-06
Publication date: 2022-07-19
Also published as: US11976750B2; US20220213989A1; CN114719096A

Abstract

【課題】主に車両に搭載されるエアコンディショナー用ホースに使用されて、高温環境下での耐久性を向上させたホース用樹脂材料およびこのホースを提供する。【解決手段】１００℃以上１５０℃以下の所定温度Ｔの環境条件下での破断伸びが５０％以上、可塑剤の含有率が樹脂材料Ｍの全体質量に対して３質量％以下であり、さらに、この所定温度Ｔの環境条件下での破断強度が５ＭＰａ以上、破断伸びが５００％以下、１０％モジュラスが３ＭＰａ以下である樹脂材料Ｍを筒状に形成して、ホース１の内面層２、中間層４および外面層５として使用して、エアコン６の構成機器６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄどうしをホース１を介して連結する。【選択図】図２

Description

本発明は、ホース用樹脂材料およびホースに関し、主に車両に搭載されるエアコンディショナー用ホースに用いられる樹脂材料およびこのホースに関するものである。

自動車などの車両に搭載されるエアコンディショナーでは、冷媒を循環させる循環経路が形成されている。この循環経路は、圧縮機、凝縮器、分離乾燥器（レシーバドライヤ）、蒸発器などの構成機器どうしを、ホースを介して連結することで形成されている。

このホースには流通する冷媒による内圧に耐え得る耐圧性が要求されるので、金属管やゴムホースが多用されている。近年、環境への負荷低減やエネルギ効率の向上の観点などから自動車の軽量化が要望されている。

自動車のエアコン用ホース（エアコンディショナー用ホース）として樹脂ホースが種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような樹脂ホースは、金属管やゴムホースに比して軽量化するには有利である。ところで、このようなホースは長期間高温の環境で使用される。昨今においは、ホースに対して１００℃以上のより高温環境下での耐久性が要求される傾向があり、高温環境下でのホースの耐久性を向上させるには改善の余地がある。

特開２０１３－１５５７９３号公報

本発明の目的は、主に車両に搭載されるエアコンディショナー用ホースに使用されて、高温環境下での耐久性を向上させたホース用樹脂材料およびこのホースを提供することにある。

上記目的を達成するため本発明のホース用樹脂材料は、１００℃以上１５０℃以下の所定温度の環境条件下での破断伸びが５０％以上、可塑剤の含有率が全体質量に対して３質量％以下であることを特徴とする。

本発明のホースは、上記のホース用樹脂材料が筒状に形成されていて、ホースの構成部材として用いられていることを特徴とする。

本発明のホース用樹脂材料によれば、１００℃以上１５０℃以下の所定温度の環境条件下での破断伸びが５０％以上の特性を有している。そのため、ホースの使用条件が１００℃以上の高温環境であっても、実用に耐え得る耐久性を確保することが可能になる。また、樹脂材料の全体質量に対して可塑剤の含有率が極僅か、或いは、可塑剤が含有されていない。可塑剤は経時的に樹脂材料の中から徐々に消失するので、含有率が高い程、樹脂材料の物性の経時変化が顕著になる。本発明のホース用樹脂材料では、可塑剤を実質的に含んでないので、物性の経時変化が抑制されて、高温環境での耐久性を長期間維持するには有利になる。

本発明のホースによれば、高温の使用条件であっても、ホースの構成部材の物性の経時変化が抑制されるので、良好な耐久性を長期に渡って維持できる。

本発明のホースを備えたエアコンディショナーを平面視で模式的に例示する説明図である。図１のホースを一部切り欠いて例示する説明図である。図２のホースの横断面図である。ホースの別の実施形態を一部切り欠いて例示する説明図である。図４のホースの横断面図である。

以下、本発明のホース用樹脂材料およびホースを、図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１に例示する本発明のホース１は、自動車７に搭載されるエアコンディショナー６（以下、エアコン６という）に用いられている。このホース１は自動車７に限らず、建設重機車両や農業用車両など、その他の種類の車両に搭載されるエアコン６に用いることもできる。ホース１の内径は例えば２．０ｍｍ以上５２．０ｍｍ以下である。

エアコン６は、高温状態になるエンジンルーム８に配置されている。エアコン６の構成機器６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄがホース１によって連結されることで、冷媒Ｃを循環させる循環経路が形成されている。構成機器６Ａ～６Ｄとして、圧縮機、凝縮器、分離乾燥器、膨張バルブおよび蒸発器等が挙げられる。エアコン６には必要に応じて、その他の構成機器が備わる。冷媒ＣとしてはＨＦＣ－１３４ａ、ＨＦＯ－１２３４ｙなどを例示できる。

図２、図３に例示するようにホース１は、本発明のホース用樹脂材料Ｍ（以下、樹脂材料Ｍという）によってホース壁面が形成されている。即ち、この樹脂材料Ｍが筒状に形成された円筒体がホース１の構成部材になっている。詳述すると、ホース１の内面層２、中間層４および外面層５が樹脂材料Ｍにより形成されている。中間層４は必須ではなく、必要に応じて任意で設けることができる。

樹脂材料Ｍは樹脂成分、または、樹脂成分と微量の可塑剤とを有している。ここで樹脂成分とは、すべてが樹脂である場合に限らず、その一部がエラストマーやゴムである場合も含まれる。また、樹脂成分は１種類の樹脂だけの場合も、複数種類の樹脂がブレンドされている場合もある。樹脂材料Ｍにはその他に、後述する所定温度Ｔの環境条件下での破断伸び５０％を低下させない範囲で、難燃剤、老化防止剤、着色剤などを配合することができる。

可塑剤の含有率は、樹脂材料Ｍの全体質量に対して３質量％以下であり、好ましくは、２質量％以下、さらに好ましくは１重量％以下或いは０質量％である。即ち、樹脂材料Ｍには可塑剤が実質的に含まれていない仕様になっている。樹脂材料Ｍの射出や押出に必要な可塑性を確保するために必要最小量の可塑剤を配合することができる。

内面層２は、流通する流体が直接接する部位であり、ホース１の最内周層である。外面層５は外部に露出する部位であり、ホース１の最外周層である。中間層４は内面層２と外面層５との間に介在している。即ち、内面層２、中間層４、外面層５が内周側から順に同軸上に積層されている。

このホース１はさらに、内面層２と中間層４の間、中間層４と外面層５との間のそれぞれに介在する補強層３を有している。この実施形態では、補強線材３ａが編組されたブレード構造の補強層３であるが、補強線材３ａが螺旋状に巻き付けられたスパイラル構造の補強層３を採用することもできる。補強線材３ａとしては、ポリエステル、ナイロン、ポリウレタン、アクリル、ポリ塩化ビニル、レーヨン、キュプラ、ポリノジック、綿、アラミドなどの樹脂繊維や天然繊維等の非金属線材、或いはスチール、鋼線ワイヤなどの金属線材を例示できる。補強層３の仕様や配置密度は、主にホース１に要求される耐内圧性に基づいて決定される。ホース１では、隣接する層どうしが接合されて一体化している。

この樹脂材料Ｍは、１００℃以上１５０℃以下の所定温度Ｔの環境条件下での破断伸びが５０％以上の特性を有している。この所定温度Ｔは樹脂材料Ｍを用いるホース部位によって異ならせることが好ましく、例えば内面層２に対しては１００℃、より好ましくは１２０℃、外面層５に対しては１３５℃、より好ましくは１５０℃に設定される。ホース内圧（使用内圧）が３．９ＭＰａ以上の場合は、内面層２と外面層５とは異なる仕様の樹脂材料Ｍで形成されることが好ましい。尚、中間層４に対しては、この所定温度Ｔは内面層２と同じ温度に設定にされるが、ホース１の使用条件によっては外面層５と同じ温度に設定されることもある。

ホース内圧（使用内圧）が３．９ＭＰａ未満の場合など、所定温度Ｔをホース部位毎に異ならせない場合は、所定温度Ｔは例えば１３５℃、より好ましくは１５０℃に設定する。即ち、内面層２と外面層５とが同じ仕様の樹脂材料Ｍで形成される場合は、所定温度Ｔを１３５℃或いは１５０℃にするとよい。

この破断伸びが５０％未満では、ホース１として十分な耐久性を確保できないためであり、より好ましくは１００％以上にする。この破断伸びを必要以上に大きくしてもオーバースペックになるだけなので、この破断伸びの上限は５００％、より好ましくは３００％である。この破断伸びは、ＪＩＳＫ６２５１：２０１７に規定された方法に準拠して測定した値である。詳述すると、この破断伸びは、樹脂材料Ｍのダンベル状６号形の試験片を５０ｍｍ／分の速度で引張り、試験片が切断したときの伸びであり、試験前の試験片の試験長さに対する比率（％）で表される。

可塑剤を実質的に含有することなく、所定温度Ｔの破断伸び５０％以上の特性を有する樹脂材料Ｍを得るには、例えば、熱可塑性樹脂とエラストマー（或いはゴム）とをブレンドして製造するとよい。そして、熱可塑性樹脂を海、エラストマー（或いはゴム）を島にした海島構造のアロイ材を樹脂材料Ｍに用いることが好ましい。

例えば、熱可塑性樹脂に対するエラストマー（或いはゴム）の配合割合を複数通りに異ならせてアロイ材を製造し、所定温度Ｔの破断伸び５０％以上の特性を満足するアロイ材におけるエラストマー（或いはゴム）の配合割合を把握する。これにより、熱可塑性樹脂に対するエラストマー（或いはゴム）の配合割合の適正範囲を把握する。そして、この適正範囲内で、後述するその他の要件（破断強度や１０％モジュラスなど）を考慮して、熱可塑性樹脂に対するエラストマー（或いはゴム）の配合割合が決定される。樹脂材料Ｍとして、このような海島構造のアロイ材を用いることで、所定温度Ｔの破断伸び５０％以上と、後述する１０％モジュラス３ＭＰａ以下との特性を両立し易くなる。

樹脂材料Ｍに使用される熱可塑性樹脂としては例えば、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、テフロン（登録商標）、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリエステル、ポリフェニレンスルファイド、ポリテトラフロロエチレン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、非晶ポリアリレート、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリビニルアルコール、エチレン-ビニルアルコール共重合体などを例示できる。

樹脂材料Ｍに使用されるエラストマーとしては例えば、オレフィン系熱可塑性エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマー、エチレン－不飽和カルボン酸エステル共重合体、ポリアミドエラストマー、ポリエステルエラストマーおよびこれらの変性品などを例示できる。

樹脂材料Ｍに使用されるゴムとしては例えば、天然ゴム、スチレン-ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ブチルゴム、エチレン-プロピレン-ジエンゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、シリコンゴム、フッ素ゴムおよびこれらの変性品などを例示できる。

可塑剤としては例えば、フタル酸エステル、トリメリット酸エステル、アジピン酸エステル、リン酸エステル、安息香酸エステル、エポキシ化植物油、多価アルコール、多価アルコールエステル、ブチルベンゼンスルホンアミド、などを例示できる。

代表的な樹脂材料Ｍの配合および配合割合を例示すると、ポリアミド樹脂１００質量部に対して臭素化ブチルゴムを１００重量部、或いは、エチレン-ビニルアルコール共重合体樹脂１００質量部に対して酸変性エチレン-α-オレフィン共重合体エラストマーを１００重量部にする。

さらに、樹脂材料Ｍは、所定温度Ｔの環境条件下での破断強度が５ＭＰａ以上であることが好ましい。この破断強度が５ＭＰａ未満では、ホース１に突発的または／および局部的に力に作用した場合に、この力に十分に対抗することが困難になるためであり、より好ましくは８ＭＰａ以上にする。この破断強度を必要以上に大きくしてもオーバースペックになるだけなので、この破断強度の上限は例えば２０ＭＰａである。この破断強度は、上記の破断伸び測定において、試験片を切断するまで引っ張ったときに記録される最大の引張力を、試験片の試験前の断面積で除した値である。

樹脂材料Ｍは、所定温度Ｔの環境条件下での１０％モジュラスが３ＭＰａ以下であることが好ましい。この１０％モジュラスが３ＭＰａ超では、ホース１の柔軟性が不足する。また、この１０％モジュラスが３ＭＰa超になると、構成機器６Ａなど起因する振動に対するホース１による振動減衰効果が損なわれるためである。

自動車７に搭載されるエアコン６に使用されるホース１は、伸びが１０％程度の範囲で設置、使用されることが多いため、このように１０％モジュラスの適正範囲が設定するとよい。この１０％モジュラスの下限は例えば１ＭＰａである。この１０％モジュラスは、上記の試験片に１０％伸びを与えたときの引張力を、試験片の試験前の断面積で除した値である。

ホース１は１００℃以上の高温環境で使用されることがあるので、樹脂材料Ｍは融点が１７０℃以上２３０℃以下、より好ましくは１８０℃以上２１０℃以下の樹脂を含むことが好ましく、この融点を有する材料を主成分にする。樹脂材料Ｍにはポリアミド（ナイロン１１、１２など）が含まれることが好ましい。

内面層２には冷媒Ｃが直接接触するので、冷媒Ｃに対する耐久性等を考慮しつつ、所定温度Ｔの環境条件下での破断伸びが５０％以上を満足する適切な樹脂が採用される。例えばポリアミドとゴム系材料のアロイ材が用いられる。冷媒ＣとしてＨＦＯ－１２３４ｙが使用される場合には、内面層２にナイロン系樹脂と臭素系イソブチレン－パラメチルスチレン共重合体とのアロイ材を用いることで、この冷媒Ｃに対する非透過性を向上させることができる。

外面層５には耐外傷性や耐候性等を考慮しつつ、所定温度Ｔの環境条件下での破断伸びが５０％以上を満足する適切な樹脂が採用される。例えばポリアミドと、熱可塑性ポリエステルエラストマー（ＴＥＥＥ）とのアロイ材が用いられる。

可塑剤が配合された樹脂材料では、経時的に可塑剤がブルームして徐々に樹脂材料から消失する。これに伴い、樹脂材料の特性（特に柔軟性や伸び）が経時的に変化する。そのため、このような樹脂材料を用いてホース１を形成した場合、特に高温環境で使用されるホース１では長期に渡って良好な耐久性を確保することが難しくなる。そして、樹脂材料に対する可塑剤の含有率が高い程、樹脂材料の物性の経時変化が顕著になる。

本発明の樹脂材料Ｍは、可塑剤による上記のデメリットを回避するために、可塑剤の含有率を極僅か、或いは、可塑剤が含有されていない仕様にしている。そのため、この樹脂材料Ｍでは、物性の経時変化が抑制されて、高温環境での耐久性を長期間維持するには有利になっている。その結果、長期に渡って、所定温度Ｔの高温環境での破断伸びを５０％以上に維持することが可能になっている。

そして、このホース１は、樹脂材料Ｍを用いて形成されているので、高温の使用条件であっても良好な耐久性を長期に渡って維持できる。スペースが狭いエンジンルーム８であっても、樹脂材料Ｍは所定温度Ｔの高温環境での破断伸びが５０％以上の特性を有しているので、ホース１を適宜屈曲させて構成機器６Ａ～６Ｄに接続して、長期間使用することができる。

さらにこのホース１は、金属管やゴムホースに比して熱伝導性が低いので、ホース１から放出される熱によってエンジンルーム８の温度上昇を抑えるには有利になる。これに伴い、ホース１の外部環境温度を下げる効果がある。

優れた耐久性を長期間維持するために最も理想的なのは、ホース１を構成するすべての樹脂層（この実施形態では内面層２、中間層４および外面層５）を、所定温度Ｔを１５０℃として、この環境条件下での破断伸びが５０％以上５００％以下、破断強度が５ＭＰａ以上、１０％モジュラスが３ＭＰａ以下、可塑剤の含有率がゼロの樹脂材料Ｍを用いて形成されていることである。さらに、外面層５は内面層２よりも所定温度Ｔ（１５０℃）での破断伸びが大きい樹脂材料Ｍで形成されているとよい。

図４、図５に例示するホース１の実施形態は、同軸上に積層された内面層２および外面層５を有している。内面層２および外面層５は樹脂材料Ｍで形成されている。内面層２の外周面と外面層５の内周面とが接合されて両者は一体化している。内面層２と外面層５とは上述したとおり、所定温度Ｔを異ならせた伸びが５０％以上である樹脂材料Ｍにすることが好ましい。

このホース１では、外面層５のみに補強材３ｂが分散して埋設されている。この補強材３ｂは非金属の短繊維であり、ホース１の耐内圧性を向上させる。補強材３ｂには例えばガラス繊維やカーボン繊維等が用いられる。補強材３ｂの仕様や外面層５での配合割合は、主にホース１に要求される耐内圧性に基づいて決定される。

このホース１にも、先の実施形態で記載された様々な仕様、アレンジを適用することができる。

１ホース
２内面層
３補強層
３ａ補強線材
３ｂ補強材
４中間層
５外面層
６エアコンディショナー（エアコン）
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ構成機器
７自動車
８エンジンルーム
Ｍホース用樹脂材料
Ｃ冷媒

Claims

１００℃以上１５０℃以下の所定温度の環境条件下での破断伸びが５０％以上、可塑剤の含有率が全体質量に対して３質量％以下であることを特徴とするホース用樹脂材料。
前記所定温度の環境条件下での破断強度が５ＭＰａ以上である請求項１に記載のホース用樹脂材料。
前記所定温度の環境条件下での破断伸びが５００％以下である請求項１または２に記載のホース用樹脂材料。
前記所定温度の環境条件下での１０％モジュラスが３ＭＰａ以下である請求項１～３のいずれかに記載のホース用樹脂材料。
融点が１７０℃以上２３０℃以下の樹脂を含む請求項１～４のいずれかに記載のホース用樹脂材料。
ポリアミドを含む請求項１～５のいずれかに記載のホース用樹脂材料。
筒状に形成されている請求項１～６のいずれかに記載のホース用樹脂材料。
請求項７に記載の筒状に形成されているホース用樹脂材料が構成部材として用いられているホース。
筒状に形成されている前記ホース用樹脂材料が内面層および外面層として用いられている請求項８に記載のホース。
車両に搭載されるエアコンディショナーの構成機器どうしを連結して、冷媒を流通させる請求項９に記載のホース。