JP2022175415A - シール材 - Google Patents
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Abstract
【課題】内径摺動用に好適なシール材を提供する。【解決手段】シール材１０は、ゴム組成物で形成されている。前記ゴム組成物は、水素化ニトリルゴムを主成分とするゴム成分と、脂肪酸アミドと、平均粒子径が６０ｎｍ以下のカーボンブラックとを含有するとともに、前記ゴム成分が有機過酸化物、共架橋剤、及び硫黄が用いられて架橋している。【選択図】図１
Description
本発明は、シール材に関する。
シール材の形成材料として水素化ニトリルゴムを用いることが知られている。例えば、特許文献１には、シール材を形成するゴム組成物として、カルボキシル基含有水素化ニトリルゴムと、水素化ニトリルゴムと、ポリアミド樹脂とを含有したものが開示されている。
本発明の課題は、内径摺動用に好適なシール材を提供することである。
本発明は、ゴム組成物で形成された環状のシール材であって、前記ゴム組成物は、水素化ニトリルゴムを主成分とするゴム成分と、脂肪酸アミドと、平均粒子径が６０ｎｍ以下のカーボンブラックとを含有するとともに、前記ゴム成分が有機過酸化物、共架橋剤、及び硫黄が用いられて架橋している。
本発明によれば、シール材を形成するゴム組成物が、水素化ニトリルゴムを主成分とするゴム成分と、脂肪酸アミドと、平均粒子径が６０ｎｍ以下のカーボンブラックとを含有するとともに、ゴム成分が有機過酸化物、共架橋剤、及び硫黄が用いられて架橋していることにより、内径摺動用に好適に用いることができる。
以下、実施形態について詳細に説明する。
図１は、実施形態に係るシール材１０が装着された構造を示す。このシール材１０は、いわゆるＯリングであって、ハウジング２１内の円筒孔２２の内周面に形成されたシール材収容溝２３に内嵌めされ、その内側に軸方向に可動な内挿部材２４が内径摺動するように挿入されて用いられるものである。具体的には、例えば、このシール材１０は、電磁弁において、弁本体（ハウジング２１）内のスプール挿通孔（円筒孔２２）の内周溝（シール材収容溝２３）に内嵌め装着されるとともにスプール（内挿部材２４）が挿入され、弁本体とスプールとの間に介設されて空気圧パッキンとして用いられる。
実施形態に係るシール材１０は、水素化ニトリルゴム（以下「ＨＮＢＲ」という。）を主成分とするゴム成分と、脂肪酸アミドＡと、平均粒子径が６０ｎｍ以下のカーボンブラックＢとを含有するとともに、ゴム成分が有機過酸化物Ｐ、共架橋剤Ｑ、及び硫黄Ｒが用いられて架橋したゴム組成物Ｘで形成されている。
かかる実施形態に係るシール材１０によれば、シール材１０を形成するゴム組成物Ｘが、ＨＮＢＲを主成分とするゴム成分と、脂肪酸アミドＡと、カーボンブラックＢとを含有するとともに、ゴム成分が有機過酸化物Ｐ、共架橋剤Ｑ、及び硫黄Ｒが用いられて架橋していることにより、内径摺動用に好適に用いることができる。
ゴム成分におけるＨＮＢＲの含有量は、５０質量％よりも多く、内径摺動用に好適な特性を得る観点から、好ましくは８０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上、更に好ましくは１００質量％である。なお、ゴム成分は、ＨＮＢＲ以外に、例えば、ニトリルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ＥＰＤＭ等を含んでいてもよい。
ＨＮＢＲの結合アクリロニトリル量は、内径摺動用に好適な特性を得る観点から、好ましくは１８質量％以上５２質量％以下、より好ましくは３０質量％以上４０質量％以下、更に好ましくは３５質量％以上３７質量％以下である。ＨＮＢＲのヨウ素価は、同様の観点から、好ましくは８ｍｇ／１００ｍｇ以上２８ｍｇ／１００ｍｇ、より好ましくは１０ｍｇ／１００ｍｇ以上１５ｍｇ／１００ｍｇ以下である。
脂肪酸アミドＡとしては、例えば、エルカ酸アミド、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ベヘニン酸アミド、Ｎ－オレイルパルミトアミド、Ｎ－ステアリルエルカアミドエチレンビス・ステアロアミド、メチレンビス・ステアロアミド等が挙げられる。脂肪酸アミドＡは、これらのうちの１種又は２種以上を含むことが好ましく、内径摺動用に好適な特性を得る観点から、不飽和脂肪酸アミドを含むことがより好ましく、ω－９脂肪酸アミドを含むことが更に好ましく、エルカ酸アミドを含むことがより更に好ましい。脂肪酸アミドＡの融点は、同様の観点から、好ましくは７０℃以上９０℃以下、より好ましくは７５℃以上８５℃以下である。
ゴム組成物Ｘにおける脂肪酸アミドＡの含有量ａは、内径摺動用に好適な特性を得る観点から、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは１質量部以上２０質量部以下、より好ましくは２質量部以上６質量部以下である。
カーボンブラックＢとしては、例えば、ＦＥＦ、ＳＡＦ、Ｎ２３４、ＩＳＡＦ、Ｎ３３９、Ｎ３５１、ＨＡＦ、ＭＡＦ等が挙げられる。カーボンブラックＢは、これらのうちの１種又は２種以上を含むことが好ましく、内径摺動用に好適な特性を得る観点から、ＦＥＦを含むことがより好ましい。
カーボンブラックＢの平均粒子径は、６０ｎｍ以下であるが、内径摺動用に好適な特性を得る観点から、好ましくは２０ｎｍ以上５５ｎｍ以下、より好ましくは２５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、更に好ましくは４０ｎｍ以上４５ｎｍ以下である。このカーボンブラックＢの平均粒子径は、算術平均粒子径である。
ゴム組成物ＸにおけるカーボンブラックＢの含有量ｂは、内径摺動用に好適な特性を得る観点から、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは１０質量部以上８０質量部以下、より好ましくは３５質量部以上６０質量部以下、更に好ましくは５０質量部以上５８質量部以下である。ゴム組成物ＸにおけるカーボンブラックＢの含有量ｂの脂肪酸アミドＡの含有量ａに対する比（ｂ／ａ）は、同様の観点から、好ましくは５以上２０、より好ましくは７以上１５以下、更に好ましくは１２以上１４以下である。
有機過酸化物Ｐとしては、例えば、ジクミルパーオキサイド、１，３－ジ（ｔ－ブチルパーオキシ）ジイソプロピルベンゼン、１，４－ジ（ｔ－ブチルパーオキシ）ジイソプロピルベンゼン、ｔ－ブチルクミルパーオキサイド、２，５－ジメチル－２，５－ジ（ｔ－ブチルパーオキシ）ヘキサン、２，５－ジメチル－２，５－ビス（ｔ－ブチルパーオキシ）ヘキサン－３などのジアルキルパーオキサイド；１，１－ジ（ｔ－ヘキシルパーオキシ）シクロヘキサン、１，１－ジ（ｔ－ブチルパーオキシ）シクロヘキサン、ｎ－ブチル－４，４－ジ（ｔ－ブチルパーオキシ）バレレートなどのパーオキシケタール；２，５－ジメチル－２，５－ジ（ベンゾイルパーオキシ）ヘキサン、ｔ－ヘキシルパーオキシベンゾエート、ｔ－ブチルパーオキシベンゾエートなどのパーオキシエステル等が挙げられる。
有機過酸化物Ｐは、これらのうちの１種又は２種以上を含むことが好ましく、内径摺動用に好適な特性を得る観点から、ジアルキルパーオキサイドを含むことがより好ましく、分子内に芳香環を有するジアルキルパーオキサイドを含むことが更に好ましく、分子内に芳香環を１個有するジアルキルパーオキサイドを含むことがより更に好ましく、１，３－ジ（ｔ－ブチルパーオキシ）ジイソプロピルベンゼンを含むことがより更に好ましい。
有機過酸化物Ｐの架橋前の未架橋ゴム組成物における配合量ｐは、内径摺動用に好適な特性を得る観点から、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは０．５質量部以上５質量部以下、より好ましくは１質量部以上４質量部以下、更に好ましくは２質量部以上３質量部以下である。
共架橋剤Ｑとしては、例えば、Ｎ，Ｎ’－ｍ－フェニレンビスマレイミド、マレイミド、フェニルマレイミドなどのマレイミド系共架橋剤；トリメチロールプロパントリメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレートなどのメタクリレート系共架橋剤；トリアリルシアヌレート、ジアリルフマレート、ジアリルフタレート、テトラアリルオキシエタン、トリアリルイソシアヌレート、トリメタリルイソシアヌレートなどのアリル系共架橋剤；１，２－ポリブタジエン等が挙げられる。共架橋剤Ｑは、これらのうちの１種又は２種以上を含むことが好ましく、内径摺動用に好適な特性を得る観点から、マレイミド系共架橋剤を含むことがより好ましく、Ｎ，Ｎ’－ｍ－フェニレンビスマレイミドを含むことが更に好ましい。
共架橋剤Ｑの架橋前の未架橋ゴム組成物における配合量ｑは、内径摺動用に好適な特性を得る観点から、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは０．５質量部以上１０質量部以下、より好ましくは１質量部以上５質量部以下である。
共架橋剤Ｑの架橋前の未架橋ゴム組成物における配合量ｑの有機過酸化物Ｐの配合量ｐに対する比（ｑ／ｐ）は、内径摺動用に好適な特性を得る観点から、好ましくは０．８以上３以下、より好ましくは１以上１．５以下である。共架橋剤Ｑの架橋前の未架橋ゴム組成物における配合量ｑは、同様の観点から、有機過酸化物Ｐの配合量ｐよりも多いことが好ましい。
硫黄Ｒの架橋前の未架橋ゴム組成物における配合量ｒは、内径摺動用に好適な特性を得る観点から、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは０．１質量部以上１質量部以下、より好ましくは０．２質量部以上０．６質量部以下である。
硫黄Ｒの架橋前の未架橋ゴム組成物における配合量ｒの有機過酸化物Ｐの配合量ｐに対する比（ｒ／ｐ）は、内径摺動用に好適な特性を得る観点から、好ましくは０．０３以上０．３以下、より好ましくは０．１以上０．５以下、更に好ましくは０．１５以上０．２以下である。硫黄Ｒの架橋前の未架橋ゴム組成物における配合量ｒの共架橋剤Ｑの配合量ｑに対する比（ｒ／ｑ）は、内径摺動用に好適な特性を得る観点から、好ましくは０．０４以上０．２以下、より好ましくは０．１以上０．１５以下である。
ゴム組成物Ｘは、その他に、加工助剤、老化防止剤、可塑剤、加硫促進剤、加硫促進助剤等を含有していてもよい。
ゴム組成物Ｘの硬さＨｓは、Ａ６０以上Ａ９５以下であることが好ましい。この硬さＨｓは、ＪＩＳ Ｋ６２５３－３：２０１２に基づいてタイプＡデュロメータで測定されるものである。
ゴム組成物Ｘの引張強さＴｂは、１０ＭＰａ以上であることが好ましい。ゴム組成物Ｘの伸びＥｂは、２００％以上であることが好ましい。ゴム組成物Ｘの１００％伸びにおける引張応力Ｓ１００は、１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であることが好ましい。これらの引張強さＴｂ、伸びＥｂ、及び１００％伸びにおける引張応力Ｓ１００は、ＪＩＳ Ｋ６２５１：２０１７に基づいて測定されるものである。
ゴム組成物Ｘの圧縮永久ひずみＣＳは、好ましくは２０％以上４０％以下、より好ましくは２５％以上３５％以下である。この圧縮永久ひずみＣＳは、ＪＩＳ Ｋ６２６２：２０１３に基づいて、試験温度を１２０℃及び試験時間を７２時間として測定されるものである。
ゴム組成物Ｘの引裂強さＴＳは、５０Ｎ／ｍｍ以上であることが好ましい。この引裂強さＴＳは、ＪＩＳ Ｋ６２５２－１：２０１５に基づいて測定されるものである。
次に、実施形態に係るシール材１０の製造方法について説明する。
まず、バンバリーミキサー等のゴム混練機にＨＮＢＲを含むゴム成分を投入して素練りし、そこに脂肪酸アミドＡ、カーボンブラックＢ、有機過酸化物Ｐ、共架橋剤Ｑ、及び硫黄Ｒを含む各種のゴム配合剤を添加して混練することにより未架橋ゴム組成物を調製する。
次いで、調製した未架橋ゴム組成物の所定量を金型に形成されたシール材１０の形状のキャビティに充填した後、金型を型締めし、所定温度（例えば１６５℃乃至１７５℃）での加熱及び所定圧力（例えば１０ＭＰａ乃至２０ＭＰａ）での加圧を所定時間（例えば５分乃至１５分）行うプレス成形により、未架橋ゴム組成物のゴム成分を一次架橋させて一次架橋物を得る。
そして、一次架橋物を金型から脱型した後、それをオーブンに入れ、一次架橋よりも低温（例えば１４０℃乃至１６０℃）での加熱を、一次架橋よりも長時間（例えば３乃至５時間）行うアニーリングにより、ゴム成分を二次架橋させて実施形態に係るシール材１０を得る。
（未架橋ゴム組成物）
以下の実施例１及び比較例１乃至４の未架橋ゴム組成物を調製した。それぞれの構成については表１にも示す。
以下の実施例１及び比較例１乃至４の未架橋ゴム組成物を調製した。それぞれの構成については表１にも示す。
＜実施例１＞
ＨＮＢＲ（結合アクリロニトリル量：３６．２質量％、ヨウ素価：１１ｍｇ／１００ｍｇ）ゴム成分を構成し、このゴム成分１００質量部に対して、脂肪酸アミドのエルカ酸アミド４質量部、カーボンブラックのＦＥＦ（平均粒子径：４３ｎｍ）５５質量部、加工助剤５．５質量部、老化防止剤３質量部、可塑剤５質量部、加硫促進助剤５質量部、有機過酸化物の１，３－ジ（ｔ－ブチルパーオキシ）ジイソプロピルベンゼン２．４質量部、共架橋剤のＮ，Ｎ’－ｍ－フェニレンビスマレイミド３質量部、及び硫黄０．４質量部を配合して混練した未架橋ゴム組成物を実施例１とした。
ＨＮＢＲ（結合アクリロニトリル量：３６．２質量％、ヨウ素価：１１ｍｇ／１００ｍｇ）ゴム成分を構成し、このゴム成分１００質量部に対して、脂肪酸アミドのエルカ酸アミド４質量部、カーボンブラックのＦＥＦ（平均粒子径：４３ｎｍ）５５質量部、加工助剤５．５質量部、老化防止剤３質量部、可塑剤５質量部、加硫促進助剤５質量部、有機過酸化物の１，３－ジ（ｔ－ブチルパーオキシ）ジイソプロピルベンゼン２．４質量部、共架橋剤のＮ，Ｎ’－ｍ－フェニレンビスマレイミド３質量部、及び硫黄０．４質量部を配合して混練した未架橋ゴム組成物を実施例１とした。
＜比較例１＞
脂肪酸アミドのエルカ酸アミドを配合せず、加工助剤の配合量をゴム成分１００質量部に対して１．５質量部としたことを除いて実施例１と同様にして調製した未架橋ゴム組成物を比較例１とした。
脂肪酸アミドのエルカ酸アミドを配合せず、加工助剤の配合量をゴム成分１００質量部に対して１．５質量部としたことを除いて実施例１と同様にして調製した未架橋ゴム組成物を比較例１とした。
＜比較例２＞
カーボンブラックのＦＥＦに代えて、カーボンブラックのＳＲＦ（平均粒子径：６６ｎｍ）を配合したことを除いて実施例１と同様にして調製した未架橋ゴム組成物を比較例２とした。
カーボンブラックのＦＥＦに代えて、カーボンブラックのＳＲＦ（平均粒子径：６６ｎｍ）を配合したことを除いて実施例１と同様にして調製した未架橋ゴム組成物を比較例２とした。
＜比較例３＞
共架橋剤のＮ，Ｎ’－ｍ－フェニレンビスマレイミドを配合していないことを除いて実施例１と同様にして調製した未架橋ゴム組成物を比較例３とした。
共架橋剤のＮ，Ｎ’－ｍ－フェニレンビスマレイミドを配合していないことを除いて実施例１と同様にして調製した未架橋ゴム組成物を比較例３とした。
＜比較例４＞
硫黄を配合していないことを除いて実施例１と同様にして調製した未架橋ゴム組成物を比較例４とした。
硫黄を配合していないことを除いて実施例１と同様にして調製した未架橋ゴム組成物を比較例４とした。
（試験方法及びその結果）
上記未架橋ゴム組成物からゴム組成物の試験片を作製し、それを用いて以下の試験を実施した。その結果を表１に示す。
上記未架橋ゴム組成物からゴム組成物の試験片を作製し、それを用いて以下の試験を実施した。その結果を表１に示す。
＜硬さ＞
実施例１及び比較例１乃至４のそれぞれの未架橋ゴム組成物を用いて所定の試験片を作製し、ＪＩＳ Ｋ６２５３－３：２０１２に基づいて、タイプＡデュロメータで硬さＨｓを測定した。なお、試験片作製時の一次架橋における温度条件は１７０℃及び時間条件は１０分とし、二次架橋における温度条件は１５０℃及び時間条件は４時間とした（以下、同様）。
実施例１及び比較例１乃至４のそれぞれの未架橋ゴム組成物を用いて所定の試験片を作製し、ＪＩＳ Ｋ６２５３－３：２０１２に基づいて、タイプＡデュロメータで硬さＨｓを測定した。なお、試験片作製時の一次架橋における温度条件は１７０℃及び時間条件は１０分とし、二次架橋における温度条件は１５０℃及び時間条件は４時間とした（以下、同様）。
＜引張特性＞
実施例１及び比較例１乃至４のそれぞれの未架橋ゴム組成物を用いて所定の試験片を作製し、ＪＩＳ Ｋ６２５１：２０１７に基づいて、引張強さＴｂ、伸びＥｂ、及び１００％伸びにおける引張応力Ｓ１００を測定した。
実施例１及び比較例１乃至４のそれぞれの未架橋ゴム組成物を用いて所定の試験片を作製し、ＪＩＳ Ｋ６２５１：２０１７に基づいて、引張強さＴｂ、伸びＥｂ、及び１００％伸びにおける引張応力Ｓ１００を測定した。
＜引裂強さ＞
実施例１及び比較例１乃至２のそれぞれの未架橋ゴム組成物を用いて所定の切込みありの試験片を作製し、ＪＩＳ Ｋ６２５２－１：２０１５に基づいて、試験方法Ｂで引裂強さＴＳを測定した。
実施例１及び比較例１乃至２のそれぞれの未架橋ゴム組成物を用いて所定の切込みありの試験片を作製し、ＪＩＳ Ｋ６２５２－１：２０１５に基づいて、試験方法Ｂで引裂強さＴＳを測定した。
＜圧縮永久ひずみ＞
実施例１及び比較例１乃至４のそれぞれの未架橋ゴム組成物を用いて所定の試験片を作製し、ＪＩＳ Ｋ６２６２：２０１３に基づいて、試験温度を１２０℃及び試験時間を７２時間として圧縮永久ひずみＣＳを測定した。
実施例１及び比較例１乃至４のそれぞれの未架橋ゴム組成物を用いて所定の試験片を作製し、ＪＩＳ Ｋ６２６２：２０１３に基づいて、試験温度を１２０℃及び試験時間を７２時間として圧縮永久ひずみＣＳを測定した。
＜耐摩耗性＞
実施例１及び比較例１乃至２のそれぞれの未架橋ゴム組成物を用いて直径６．３ｍｍ及び高さ８．０ｍｍの円柱状の試験片を作製し、図２に示すように、試験片３１を固定具３２で固定するとともに金属板３３に押接し、その状態で試験片３１の底面が金属板３３に摺接するように金属板３３を往復運動させた。金属板３３の材質はＳＳ４００、表面粗度Ｒｙは３．２、及び仕上げ方向は摺動方向と直交する方法とした。また、試験片３１の金属板３３への押圧圧力は０．１ＭＰａ、金属板３３の往復数は６０回／分、金属板３３の往復のストロークは１０ｍｍ、及び金属板３３の往復回数は１０万回とした。そして、試験前後の試験片３１の質量の減量を試験片３１の比重及び底面積で除すことにより摩耗量（ｍｍ）を算出した。
実施例１及び比較例１乃至２のそれぞれの未架橋ゴム組成物を用いて直径６．３ｍｍ及び高さ８．０ｍｍの円柱状の試験片を作製し、図２に示すように、試験片３１を固定具３２で固定するとともに金属板３３に押接し、その状態で試験片３１の底面が金属板３３に摺接するように金属板３３を往復運動させた。金属板３３の材質はＳＳ４００、表面粗度Ｒｙは３．２、及び仕上げ方向は摺動方向と直交する方法とした。また、試験片３１の金属板３３への押圧圧力は０．１ＭＰａ、金属板３３の往復数は６０回／分、金属板３３の往復のストロークは１０ｍｍ、及び金属板３３の往復回数は１０万回とした。そして、試験前後の試験片３１の質量の減量を試験片３１の比重及び底面積で除すことにより摩耗量（ｍｍ）を算出した。
本発明は、シール材の技術分野について有用である。
１０ シール材
２１ ハウジング
２２ 円筒孔
２３ シール材収容溝
２４ 内挿部材
３１ 試験片
３２ 固定具
３３ 金属板
２１ ハウジング
２２ 円筒孔
２３ シール材収容溝
２４ 内挿部材
３１ 試験片
３２ 固定具
３３ 金属板
Claims (6)
- ゴム組成物で形成された環状のシール材であって、
前記ゴム組成物は、水素化ニトリルゴムを主成分とするゴム成分と、脂肪酸アミドと、平均粒子径が６０ｎｍ以下のカーボンブラックとを含有するとともに、前記ゴム成分が有機過酸化物、共架橋剤、及び硫黄が用いられて架橋しているシール材。 - 請求項１に記載されたシール材において、
前記水素化ニトリルゴムの結合アクリロニトリル量が１８質量％以上５２質量％以下であるシール材。 - 請求項１又は２に記載されたシール材において、
前記脂肪酸アミドが不飽和脂肪酸アミドを含むシール材。 - 請求項１乃至３のいずれかに記載されたシール材において、
前記カーボンブラックがＦＥＦを含むシール材。 - 請求項１乃至４のいずれかに記載されたシール材において、
前記有機過酸化物がジアルキルパーオキサイドを含むシール材。 - 請求項１乃至５のいずれかに記載されたシール材において、
前記共架橋剤がマレイミド系共架橋剤を含むシール材。
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