JP2795849B2 - ポリマーアロイ配合物及びその製造方法 - Google Patents

ポリマーアロイ配合物及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、スチレン系ゴムと超高分子量ポリエチレ
ン(以下UHMPEという)から成るタイヤ用スパイクピン
やホッパーのライニング用のポリマーアロイ配合物及び
その製造方法に係り、主として耐摩耗性に優れる配合物
を提供するにある。
〔従来の技術〕
超高分子量ポリエチレン(UHMPE)は樹脂の中で特定
の条件下で最も摩擦係数の低いものであり、各種のホッ
パーのライニング等に広く用いられている。しかし、近
年ライニング部材として用いる場合、被ライニング部の
複雑化及び低摩擦係数で衝撃吸収性のよいゴムが要求さ
れるようになり、材料としての柔軟性、高い接着強度が
必要となってきた。
このようなニーズに対応し、超高分子量ポリエチレン
とゴムのポリマーブレンドが行なわれてきている。その
例としては、溶解度パラメータの近い、エチレン・α−
オレフィンゴムとブレンドした特開昭49−2842号公報や
特開昭61−7348号公報等に記載のものが挙げられる。
また、上記の目的とは違うゴムの衛生的な充填剤とし
て用いる例が特開昭60−208335号公報に挙げられてい
る。
前者においては、溶解度パラメータが非常に近いため
に、両ポリマーは均質なミクロ分散が形成されゴムの柔
軟性、超高分子量ポリエチレンの低摩擦係数を兼ね備え
た配合物が得られるが、両者が非極性のポリマーである
ために金属等と異種材料との化学的接着が困難であり、
特殊な表面処理等で接着できたとしても、絶対的接着強
度は低いものになってしまう。
また、後者においては超高分子量ポリエチレンが単
に、充填剤として添加されているため組成物の絶対的強
度が非常に低く、工業用ゴム製品,タイヤ類等には、使
用することが不可能である。
言い換えるならば、ゴムの長所である低い弾性率,低
圧縮永久歪、UHMPEの長所である低摩擦係数、高い引き
裂き強度等を兼ね備え且つ簡単に、金属等の異種材料と
接着ができる配合物は未だに存在しなかった。
〔解決しようとする問題点〕
本発明は、かかるゴムの性状とUHMPEとの性状を兼ね
備えたポリマーアロイについて鋭意研究した結果完成さ
れたものであり、例えば、前述のライニングばかりでな
く、従来のタイヤ用スパイクピンの金属製品に代わって
使用でき、耐摩耗性に優れた樹脂製品を提供することを
目的としてこの発明が開発された。
〔問題点を解決するための手段〕
上述の目的を達成するため、この発明は、スチレ系ゴ
ムと分子量50万以上、500万以下である超高分子量ポリ
エチレンとを超高分子量ポリエチレンの軟化点以上で混
練すると共に、スチレン系ゴムの架橋を行うことにより
タイヤ用スパイクピンやライニング用のポリマーアロイ
配合物を得た。
このポリマーアロイ配合物の製造方法としては、架橋
剤の添加されたスチレン系ゴムを分子量50万以上、500
万以下である超高分子量ポリエチレンに混練するに際し
て、そのポリエチレンの軟化点以上の温度にこれを加熱
し、この条件下でかかるスチレン系ゴムを混練するのが
最適であることが判明したものである。
〔実施例〕
この発明において使用するスチレン系ゴムとしては、
スチレンブタジエンゴム,スチレンブタジエンブロック
ポリマー,スチレンイソプレンブロックポリマー,スチ
レンエチレンブチレンスチレンブロックポリマー等の使
用が可能であり、特にスチレンブタジエンゴムが好適で
ある。また、スチレン系ゴム配合物の結合スチレン量は
10〜70%のもので、好ましくは15〜50%のものがよい。
また、スチレン系ゴム配合物にはイオウ等の架橋剤が0.
5〜4部配合されている。超高分子量ポリエチレンとし
ては分子量が約50万以上、好ましくは約80万〜500万以
下のものが好適である。分子量が小さ過ぎると、ポリエ
チレンの粘度が小さくなり過ぎるために良好な分散が得
られず、得られた配合物の耐摩耗性も悪くなる。また、
分子量が500万を越えるようなものでは、超高分子量ポ
リエチレンが溶融しないために混練することができない
という不都合がある。また、スチレン系ゴムと分子量50
万〜500万の超高分子量ポリエチレンとの配合比率は、
スチレン系ゴム1〜99%に対し、超高分子量ポリエチレ
ン99〜1%の範囲内であり、好ましくはスチレン系ゴム
が25〜75%、超高分子量ポリエチレンが75〜25%程度で
ある。スチレン系ゴムと超高分子量ポリエチレンとの配
合物に、加工性向上,増量,補強,耐候性向上,耐酸化
劣化防止性向上等の目的により各種配合剤を添加するこ
とが可能である。例えば、カーボンブラック,タルク,
シリカ,プロセスオイル,ステアリン酸,亜鉛華,アグ
ネシア,ガラス繊維,炭化珪素,窒化珪素,アルミナ等
のセラミックス、炭酸カルシウム,炭酸マグネシウム,
クレー,発泡剤,酸化アンチモン系等の難燃剤、酸化チ
タン等の着色剤及び顔料等がある。これらの配合剤は、
スチレン系ゴムと超高分子量ポリエチレンとの合計量に
対して1〜100重量部程度添加することが可能である。
スチレン系ゴムと超高分子量ポリエチレン、更には配合
剤を混練するには、バンバリー,ブラベンダ,ニーダー
ルーダー等のスクリュータイプの混練機を使用して混練
することができる。混練に際しては、最初に超高分子量
ポリエチレンを軟化点以上(135℃)に予熱撹拌し、次
いでプロゴム(架橋前の架橋剤入り練ゴム)を加える。
ゴムの発熱とシェアーで超高分子量ポリエチレンが溶融
し、それと共にゴムが架橋し、良好な分散のポリマーア
ロイ配合物を得ることができる。なお、スチレン系ゴム
配合物としては、ノンプロゴム(架橋剤の入っていない
ゴム)を用い、混練り過程で架橋剤を加え動的架橋して
も構わないが、好ましくは前述の如く架橋剤の添加され
たスチレン系ゴム配合物(プロゴム)を用いるのがよ
い。即ち、プロゴムを用いた場合は混練時ゴムが動的架
橋をし、粘度が上昇してその結果超高分子量ポリエチレ
ンにシェアーがかかり、両者の分数が良好なものとな
る。このときの練り温度は、140〜180℃であり、好まし
くは150〜170℃程度である。このような練り温度の設定
により、ゴムの架橋速度と分散効率のバランスがとれ
る。一方、超高分子量ポリエチレンが単に充填剤として
ではなく、そのポリマーの表面においてスチレン系ゴム
配合物との間に何らかの化学的な結合が形成されると予
想される。練り時間は、通常1.5分〜30分程度である。
実施例1 実施例1において、スチレン系ゴム配合物と超高分子
量ポリエチレンの配合列とその基本特性及びスチレン系
ゴム配合物のみ及びUHMPEのみの基体特性を表1に示
す。表1に示すスチレン系ゴム配合物:UHMPE≒60:40,ス
チレン系ゴム配合物:UHMPE≒40:60のものは、それぞれ1
40℃〜180℃の範囲内で、1.5分〜30分混練したポリマー
アロイ配合物である。このようにして得られたポリマー
アロイ配合物を製品化するには、熱可塑性樹脂の一般的
成形方法でスパイクピンやゴムロール,ゴムシート(ラ
イニング材)等に成形することができる。例えば、プレ
ス成形であれば、160℃〜200℃の温度で1分〜15分程度
加圧し、賦形することができる。なお、表1中のSBRは
スチレン系ゴム配合物を示す。
この実施例で用いられるスチレン系ゴム配合物の組成
は表2に示す通りである。なお、使用したスチレンブタ
ジエンゴムはSBR1500(日本合成ゴム社製)であった。
また、超高分子量ポリエチレンの分子量は約300万の
ものを用いた。
実施例2 ここでは、超高分子量ポリエチレンにスチレン系ゴム
配合物以外のゴム(NR,BR)を混練したものと、この発
明のポリマーアロイ配合物との違いを示す。第1図は、
スチレン系ゴム配合物とUHMPEとの配合比率の違いによ
る特性を示し、第2図はブタジエンゴム配合物とUHMPE
とのそれ、第3図は天然ゴム配合物とUHMPEとのそれぞ
れを示す。これらの図面に示すグラフから明らかなよう
に、スチレン系ゴム配合物を用いた配合物は他のガムが
大きく下に凸になっているにも関わらず、略直線になっ
ていることが判る。第1図乃至第3図の中で、Tbとは引
張り破断強度、Ebとは引張り破断伸びを示す。
実施例3 ここでは、UHMPEの分子量の違いによるポリマーアロ
イ配合物の引張り特性を観察した。このときのスチレン
系ゴム配合物は実施例1と同じものを用いた。その結果
は、次の表3に示す通りである。なお、表3中のSBRは
スチレン系ゴム配合物である。
実施例4 ここでは、混練温度の違いによる引張り強度の変化を
観察した。スチレン系ゴム配合物とUHMPEとの混練方法
は第4図に示す通りであり、このうち良好な配合物を得
るためには混練中(動的架橋中)の温度が重要である。
観察結果は第5図に示す通りであり、160℃近傍が最適
であることが判明した。このときのスチレン系ゴム配合
物は実施例1と同一であり、UHMPEの分子量を300万,ス
チレン系ゴム配合物:UHMPE=40:60とした。
実施例5 ここでは、表4に示すI,IIのポリマーアロイ配合物か
らタイヤ用スパイクピンを成形し、POM製やUHMPE製のス
パイクピンとの特性比較を行った。POM製スパイクピン
は射出成形により成形し第6図以下において符号Xで示
し、分子量300万と450万のUHMPE製スパイクピンは圧縮
成形により成形し第6図以下において符号Yで示した。
これをタイヤに装着し、アスファルト上の実走試験を行
った結果が第6図乃至第8図に示すグラフである。な
お、表4中SBRはスチレン系ゴム配合物である。
第6図中における突出し率は、 で計算した。このように第6図乃至第8図に示す如く、
POM製やUHMPE製のスパイクピン(X,Y)に比較して、ス
チレン系ゴム配合物と超高分子量がポリエチレンとの配
合物(I,II)から成るスパイクピンが耐摩耗性の面で遥
かに優れていることが判る。
実施例6 ここでは、超高分子量ポリエチレンにEPDM配合物を混
練した組成物とスチレン系ゴム配合物を混練した組成物
の金属に対する接着性の違いを示す。その接着強度の値
を表5に示す。
UHMPEとスチレン系ゴム配合物の組成物は、実施例1
のスチレン系ゴム配合物:UHMPE=60:40と同一のものを
用いた。
また、UHMPEとEPDMの組成物は、表6に示すEPDM配合
物を作成しそれをEPDM配合物:UHMP=60:40の組成比で、
ブラベンダにて160℃、5分混練し、その後200℃、10分
プレス成形し平板とした。
金属としては、表面をブラスト加工した鉄を用いた。
接着方法としては、鉄板表面を、フェノール系下塗剤
と、ハロゲン化ゴム系上塗接着として処理し、それに19
0℃;10分、40kg/cm2の条件で各々のシートを加熱、加圧
接着した。
表5から判るようにスチレン系ゴム配合物とUHMPEの
ポリマーアロイ配合物は高い接着強度が得られることが
判る。
〔効果〕
以上説明したように、この発明のスチレン系ゴム配合
物と分子量50万以上、500万以下の超高分子量ポリエチ
レンとのポリマーアロイ配合物との実験データから明ら
かなように、ゴムの持つ柔軟性,接着性,UHMPEの持つ耐
摩耗性,摩擦特性等を兼ね備えたポリマーとなってい
る。したがって、例えばタイヤ用スパイクピンを成形す
れば従来の金属製スパイクピンの如く路面損傷を生じ、
粉塵公害を引き起こす虞れがなくなり、しかも充分なス
パイク効果が得られると共に、耐摩耗性の面でも従来の
樹脂性スパイクピンに比べて格段に向上した。また、ポ
リマーアロイ配合物は、耐摩耗性に優れているため、各
種材料の表面にコーティング(ライニング)することに
よって摩耗性が向上し、更には摺動性をも向上させるこ
とが可能となったのである。
【図面の簡単な説明】
第1図はスチレン系ゴム配合物とUHMPEとの配合比率の
変化による特性を示すグラフ、第2図はブタジエンゴム
配合物とUHMPEとの配合比率の変化による特性を示すグ
ラフ、第3図は天然ゴム配合物とUHMPEとの配合比率の
変化による特性を示すグラフ、第4図は混練工程図、第
5図は混練中の温度の違いによる引張り強度の変化を示
すグラフ、第6図はこの発明のポリマーアロイ配合物か
ら形成されたタイヤのスパイクピンと従来の樹脂(POM,
UHMPE)製スパイクピンとの走行距離と突出し率の関係
を比較するグラフ、第7図も第6図で使用した各スパイ
クピンの走行距離と重量摩耗率の関係を比較するグラ
フ、第8図も第6図で使用した各スパイクピンの走行距
離と摩耗量の関係を比較するグラフである。なお、第1
図においてSBRはスチレン系ゴム配合物を、第2図にお
いてBRはブタジエンゴム配合物を、第3図においてNRは
天然ゴム配合物を各々表わすものである。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08L 23/00 - 23/08 C08L 25/04 - 25/14

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スチレン系ゴムと分子量50万以上、500万
    以下である超高分子量ポリエチレンと超高分子量ポリエ
    チレンの軟化点以上で混練すると共に、スチレン系ゴム
    や架橋を行うことにより得られるタイヤ用スパイクピン
    やライニング用のポリマーアロイ配合物。
  2. 【請求項2】スチレン系ゴムにおける結合スチレン量は
    10〜70%、好ましくは15〜50%であることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項に記載のポリマーアロイ配合物。
  3. 【請求項3】スチレン系ゴムと超高分子量ポリエチレン
    との配合比率は1〜99:99〜1、好ましくは25〜75:75〜
    25であることを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第
    2項に記載のポリマーアロイ配合物。
  4. 【請求項4】混練温度は140℃〜180℃、好ましくは150
    〜170℃程度であることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項乃至第3項のいずれか1項に記載のポリマーアロイ
    配合物。
  5. 【請求項5】分子量50万以上、500万以下である超高分
    子量ポリエチレンと、架橋剤の添加されたスチレン系ゴ
    ムとを、前記超高分子量ポリエチレンの軟化点以上の温
    度で混練することにより両者の分散を行うと共に、スチ
    レン系ゴムの架橋を行うことを特徴とするポリマーアロ
    イの製造方法。
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