CN102037262A - 垫料材料 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于廉价地提供能够保持高度的可挠性并提高了强度的垫料材料。所述垫料材料由通过压延辊将混合了橡胶、增强纤维和填充材料的原料加压、层叠并硫化而形成的接合垫片(1)构成。所述原料的基本组成包括：作为橡胶的NBR：16-28％重量比、作为增强纤维的芳纶纤维：4-8％重量比、作为增强纤维的针状白云石：10-20％重量比、作为填充材料的二氧化硅颗粒：8-20％重量比、以及作为填充材料的无机填充物：余量。

Description

垫料材料
技术领域
本发明涉及用于车辆等所搭载的发动机、变速器等的垫料的材料，特别涉及由通过压延辊将混炼了橡胶、增强纤维和填充材料的原料加压、层叠并硫化而成形的接合垫片构成垫料材料。
背景技术
由于发动机反复进行转/停动作，和发动机结合的变速器的壳体与通过螺栓固定于该壳体的变速器罩之间的垫料插入部分发生较大的温度变化。因此，在所述垫料插入部分使用垫料的情况下，由于温度反复变化而导致壳体及变速器罩与垫料之间的接合面反复产生相对位移(微动磨损)。此外，结构体的刚性因轻量化而降低，从而导致因施加在变速器罩上的外力而产生微动磨损的情况。
因此，如专利文献1所记载，在基材层上组合粘合力不同的表层、内层，从而以3层结构的方式大幅提高密封耐久性；或者，如专利文献2所记载，在基材层上组合摩擦系数不同的表层、内层，从而以3层结构的方式大幅提高密封耐久性。
此外，通过增加增强纤维对橡胶材料或填充材料的混合量，或者增大增强纤维的纤维长度来实现强度的提高。但是，芳纶纤维的成本较高，因而为了降低成本故需要减少芳纶纤维的混合量。
专利文献1：日本国专利申请公开公报“特开2004-036808号公报”
专利文献2：日本国专利申请公开公报“特开2002-105437号公报”
专利文献2：日本国专利申请公开公报“特愿2004-035806号公报”
发明内容
但是，芳纶纤维是目前用于代替禁止使用的石棉纤维使橡胶的拉伸强度等提高的增强材料，因此难以降低其混合量。
此外，现有的片材为3层结构，而3层结构必然导致原料成本上升，材料的混合、混炼步骤以及片材成型步骤变得复杂，该步骤的复杂性又与高成本化有关。
为了解决这些问题，专利文献3的片材为2层结构，其在橡胶材料中混炼芳纶纤维、硫酸钡等，从而提高接合垫片的可挠性并提高了强度，但是，需要将芳纶纤维的混合量设定20％重量比以上而芳纶纤维较为昂贵，因而阻碍了低成本化。
本发明为顺利解决上述问题而完成，本发明的垫料材料由通过压延辊将混合了橡胶、增强纤维和填充材料的原料加压、层叠并硫化而成形的接合垫片构成，其特征在于，所述原料的基本组成包括：作为橡胶的NBR：16-28％重量比、作为增强纤维的芳纶纤维：4-8％重量比、作为增强纤维的针状白云石：10-20％重量比、作为填充材料的二氧化硅颗粒：8-20％重量比、和作为填充材料的无机填充物：余量。
即，本发明的垫料材料的目的在于，维持接合垫片的性能并降低成本。通常，如果减少芳纶纤维的混合量，则将导致拉伸强度的降低、可挠性降低引起的密封性能的降低以及耐热性的降低。在该方面，在本发明的垫料材料中，作为增强纤维的芳纶纤维的混合量为4-8％重量比，对于该芳纶纤维而言，优选使用例如芳香族聚酰胺纤维(浆粕型)来提高原纤度，其中，上述芳香族聚酰胺纤维的作为原纤度指标的比表面积为6m2/g-12m2/g。此外，在本发明的垫料材料中，作为填充材料的二氧化硅颗粒的混合量为8-20％重量比，且优选使用一次粒径为例如32nm-48nm的二氧化硅颗粒。
而且，通常，对于使用玻璃纤维作为增强纤维的情况而言，使用该玻璃纤维时，片材表面变得粗糙，因此为将其覆盖而形成3层结构的情况较多。而在本发明的垫料中，优选将作为其它增强纤维的针状白云石的混合量设定为10-20％重量比并将该针状白云石的平均粒径设定为4μm-12μm以形成微小的针状。根据该针状白云石，由于能够平滑地完成而不使片材表面粗糙，因此能够维持片材性能并形成2层结构。
为了降低混合的单价，作为余量的填充材料的无机填充材料可包含粘土颗粒(水合硅酸铝)、硫酸钡、碳酸钙、硅藻土及氧化镁等。
根据本发明的垫料材料，由于在混合时增强纤维相互缠绕，因此接合垫片的拉伸强度提高。此外，能够通过提高压缩回弹性、应力松弛特性使耐热性提高。
而且，根据本发明的垫料材料，由于不谋求增加增强纤维的组成混合量或增大增强纤维的纤维长度，因此能够使垫料表面变得平滑并充分提高密封性，此外，由于不是通过接合垫片的层叠形成时的辊压的上升或热轧辊的温度上升方法来实现强度提高，因此能够将接合垫片的硬度维持在较低水平，能够充分提高密封性，并能够提高垫料的密封性。
而且，根据本发明的垫料材料，由于不是通过增加增强纤维的组成混合量来实现强度提高，或者增大增强纤维的纤维长度来实现形态效应的增大，也没有通过改变中间层用和表层用的橡胶、增强纤维和填充材料的混合比例，从而以较之于中间层使表面层更具可挠性的方式形成，因此，能够避免原料成本的高涨或由原料混合步骤的复杂化引起的制造成本的高涨的问题。
附图说明
图1是表示本发明的垫料材料的一个实施方式的剖面图。
图2是表示当改变芳纶纤维的原纤度时，作为上述实施方式的垫料材料的接合垫片的拉伸强度的说明图。
图3是表示当改变二氧化硅粒径时，作为上述实施方式的垫料材料的接合垫片的螺栓载荷下降率的说明图。
图4是表示当改变针状白云石粒径时，作为上述实施方式的垫料材料的接合垫片的拉伸强度的说明图。
符号说明
1接合垫片(垫料材料)
1a主层
1b表层
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行详细说明。这里，图1是表示本发明的垫料材料的一个实施方式的剖面图，图中符号1表示作为该实施方式的垫料材料的接合垫片，该接合垫片1为2层结构，其中，上述2层结构包括：含有所谓的芯材的主层1a和含有所谓的表材(皿材)的表层1b。
该实施方式的接合垫片1如下形成：将混合了作为橡胶的NBR、作为增强纤维的原纤化(微细部纤维化)后的芳纶纤维、同样作为增强纤维的针状白云石、作为填充材料的二氧化硅颗粒以及同样作为填充材料的例如粘土等的无机填充物的原料供给至压延辊的热轧辊上，通过这些轧辊混炼并进行加压，由此在热轧辊上层叠，然后通过该加热辊的热进行硫化，并在固化后从热轧辊上剥离，其中，上述压延辊具有热轧辊和冷轧辊的一对轧辊。而且，此时，通过使增强纤维或填充材料的混合量不同，从而如图1所示形成主层1a和表层1b的2层。
另外，在该实施方式的接合垫片1中，上述原料的基本组成包括：NBR：16-28％重量比、芳纶纤维：4-8％重量比、针状白云石：10-20％重量比、二氧化硅颗粒：8-20％重量比以及无机填充物：余量。
这里，上述芳纶纤维使用作为原纤度的指标的比表面积为6m2/g以上12m2/g以下的纤维，例如芳香族聚酰胺(浆粕型)。如果芳纶纤维的比表面积小于6m2/g，则不能充分提高接合垫片以及之后形成的垫料的拉伸强度及屈曲疲劳表面压力，如果超过12m2/g，则将导致芳纶纤维分散在原料中从而发生缺陷。
此外，上述二氧化硅颗粒使用一次粒径为32nm以上48nm以下的二氧化硅颗粒。如果使用一次粒径小于32nm或超过48nm的二氧化硅颗粒，则接合垫片以及之后形成的垫料的螺栓载荷下降率增大。
而且，上述针状白云石使用平均粒径为4μm以上12μm以下的针状白云石。如果针状白云石的平均粒径小于4μm，则不能充分提高接合垫片以及之后形成的垫料的拉伸强度及屈曲疲劳表面压力，如果超过12μm，则接合垫片的表面粗糙。
根据本实施方式的接合垫片，由4-8％重量比的芳纶纤维和10-20％重量比的针状白云石组成的增强纤维在混合时相互缠绕，能够将接合垫片的可挠性维持在较高水平并提高强度，因此即使在壳体或罩等的结构体中产生微动磨损，也能够确保密封性能。
而且，由于不是通过增加增强纤维的组成混合量或增大增强纤维的纤维长度来实现强度提高，因此能够将垫料的原料成本维持在较低水平，能够使垫料表面平滑并充分提高密封性，此外，由于不是通过提高接合垫片的层叠形成时的辊压或提高热轧辊的温度来实现强度提高，因此能够将接合垫片的硬度维持在较低水平，确保垫料对反复压缩应力的耐久性，并能够防止由垫料的屈曲疲劳引起的密封性降低。
而且，由于不是通过增加增强纤维的组成混合量来实现强度提高，或者通过增大增强纤维的纤维长度来实现形态效应的增大，也非通过橡胶、增强纤维和填充材料的混合比例来进行改变，从而以较之于中间层使表面层更具可挠性的方式形成，因此，能够避免原料成本的高涨或由原料混合步骤的复杂化引起的制造成本的高涨的问题。
因此，根据将该实施方式的接合垫片1裁切、形成为预定轮廓形状的车辆用密封垫圈等的垫料，在变速器等的结构体的刚性较低，且赋予该结构体(例如壳体和罩之间)的接合垫片插入部高螺栓紧固力的情况下，即使对该结构体施加较大的力，也能够发挥优良的密封耐久性。即，在结构体的刚性较低的情况下，虽然在紧固螺栓下面及其附近，在垫料插入部产生的表面压力增高，但却在紧固螺栓的跨距间降低。因此在该垫料插入部插入的垫料需要高耐屈曲性和由良好的可挠性产生的密封性，根据使用了本实施方式的接合垫片1的垫料，能够得到高耐屈曲性和由良好的可挠性产生的密封性。
而且，在对结构体的通过上述垫料进行密封的部位进行设计时，由本实施方式的接合垫片1所形成的、车辆用密封垫圈等垫料的上述特性能够提高紧固螺栓等的螺距或尺寸以及罩厚度等的自由度，并能够实现结构体的轻量化。
实施例
按照表1所示的比较例1-8及本发明的实施例1-12，使芳纶纤维、针状白云石、二氧化硅、橡胶以及无机填充材料的混合比例进行变化，分别制备接合垫片，通过拉伸强度试验、螺栓载荷下降率试验、极限密封压力试验进行性能确认。
(拉伸试验)
按照JIS K 6251中规定的条件进行拉伸试验。
(螺栓载荷下降率试验)
以500kgf的螺栓载荷将接合垫片紧固并夹持在极限密封压力试验用夹具上，然后，放置在电炉中，通过应变片测定150℃下经过32小时之后的螺栓载荷下降率。
(极限密封压力试验)
以11.8Nm的螺栓扭矩将接合垫片夹持在具有4根M6螺栓的螺栓间距为100mm的正方形夹具上，在150℃下加热32小时，冷却后，通过油对框状的接合垫片的内侧进行加压并调查有无泄漏，其中，上述接合垫片是沿着夹具轮廓的正方形框状。
在上述条件下，分别对这些接合垫片进行拉伸试验、螺栓载荷下降试验以及极限密封压力测定试验，并将结果示于表1，由该结果能够确认，按照一般的判定标准，实施例1-16是具有16MPa以上的拉伸强度、0.7MPa以上的极限密封性能、12％以下的螺栓载荷下降率的、具有良好特性的垫料材料。而比较例1-8不满足16MPa以上的拉伸强度、0.7MPa以上的极限密封性能、12％以下的螺栓载荷下降率中的任意一项以上。
[表1]
Figure BPA00001258092800071
如表1所示，接合垫片的基本组成优选为：
NBR：16-28％重量比，更优选为16-24％重量比、
芳纶纤维：4-8％重量比，更优选为4-6％重量比、
针状白云石：10-20％重量比、
二氧化硅颗粒：8-20％重量比，更优选为10-15％重量比、以及
无机填充物：余量。
使作为芳纶纤维的原纤度的指标的比表面积发生变化，对上述实施方式的接合垫片1进行与上述相同的拉伸试验，并将结果示于图2。由该图可知，在上述实施方式的接合垫片1中，芳纶纤维的原纤度为6m2/g以上，接合垫片1的拉伸强度为16MPa以上。此外，如果小于6m2/g则接合垫片1的拉伸强度急剧降低。因此判明，芳纶纤维的比表面积优选为6m2/g以上，6m2/g-12m2/g是有效的。
此外，使二氧化硅粒径发生变化，对上述实施方式的接合垫片1进行与上述相同的螺栓载荷下降率试验，并将结果示于图3。由该图可知，在上述实施方式的接合垫片1中，二氧化硅粒径为32nm-50nm，接合垫片1的螺栓载荷下降率减少至12％以下。此外，如果粒径小于32nm则接合垫片1的螺栓载荷下降率急剧上升。因此判明，优选二氧化硅的粒径为32nm以上，32nm-50nm是有效的。
而且，使针状白云石粒径发生变化，对上述实施方式的接合垫片1进行与上述相同的拉伸试验，并将结果示于图4，由该图可知，在上述实施方式的接合垫片1中，针状白云石的粒径为4.0μm以上，接合垫片1的拉伸强度达到16MPa以上。因此判明，针状白云石的粒径优选为4.0μm以上，4μm-12μm是有效的。
以上，基于附图示例进行了说明，但本发明并不限于上述例子，能够在权利要求的范围内进行适当变更。
工业可利用性
因此，根据本发明的垫料，由于4-8％重量比的芳纶纤维和10-20％重量比的针状白云石形成的增强纤维在混合时相互缠绕，从而将接合垫片的可挠性维持在较高水平并提高强度，因此，即使在壳体或罩等的结构体中产生微动磨损，也能够确保密封性能。
而且，由于不是通过增加增强纤维的组成混合量或增大增强纤维的纤维长度来实现强度提高，因此能够将垫料的原料成本维持在较低水平，能够使垫料表面平滑并充分提高密封性，此外，由于不是通过提高接合垫片的层叠形成时的辊压或提高热轧辊的温度来实现强度提高，因此能够将接合垫片的硬度维持在较低水平，确保垫料对反复压缩应力的耐久性，并能够防止由垫料的屈曲疲劳引起的密封性降低。
而且，由于不是通过增加增强纤维的组成混合量来实现强度提高，或者通过增大增强纤维的纤维长度来实现形态效应的增大，也没有通过橡胶、增强纤维和填充材料的混合比例来进行改变，从而以较之于中间层使表面层更具可挠性的方式形成，因此，能够避免原料成本的高涨或由原料混合步骤的复杂化引起的制造成本的高涨的问题。

Claims (6)

1.垫料材料，由通过压延辊将混炼了橡胶、增强纤维和填充材料的原料加压、层叠并硫化而成形的接合垫片构成，其特征在于，所述原料的基本组成包括：
作为橡胶的NBR：16-28％重量比，
作为增强纤维的芳纶纤维：4-8％重量比，
作为增强纤维的针状白云石：10-20％重量比，
作为填充材料的二氧化硅颗粒：8-20％重量比，以及
作为填充材料的无机填充物：余量。
2.如权利要求1所述的垫料材料，其特征在于，所述芳纶纤维的原纤度以比表面积(BET)计为6m2/g-12m2/g。
3.如权利要求1所述的垫料材料，其特征在于，所述二氧化硅颗粒的一次粒径为32nm-48nm。
4.如权利要求1所述的垫料材料，其特征在于，所述针状白云石的平均粒径为4μm-12μm。
5.使用权利要求1-4中任一权利要求所述垫料材料的车辆用密封垫圈。
6.如权利要求5所述的使用权利要求1-4中任一权利要求所述垫料材料的车辆用密封垫圈，其特征在于，
所述密封垫圈具备由表层和主层组成的2层结构，其中，所述主层含有所述垫料材料。
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