JP3711098B2

JP3711098B2 - ゴム組成物

Info

Publication number: JP3711098B2
Application number: JP2002280213A
Authority: JP
Inventors: 博道斉藤; 朗一長野; 正道藤山
Original assignee: Arai Seisakusho Co Ltd
Current assignee: Arai Seisakusho Co Ltd
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2005-10-26
Anticipated expiration: 2022-09-26
Also published as: JP2004115637A; US20050180664A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴム組成物に係り、特に、低フリクションおよびその保持を要求される摺動部位に用いられるゴム製品の成型材料として好適なゴム組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ニトリルゴム（ＮＢＲ）は、耐油性に優れているとともに、適度の強度とゴム弾性と耐熱性とを有し、価格も比較的安価であるため、種々の工業分野で用いられている。このニトリルゴムの利用分野の例として、例えば、Ｏリング、オイルシールに代表される運動箇所の密封に用いられる運動用シール（パッキン）、弾性軸受に代表される摺動部材などのように、相手部材との摺接部位を備えた分野のゴム製品の成型材料がある。このような摺接部位に用いられるゴム製品（摺接部位をニトリルゴムとし、他の部位をニトリルゴム以外のゴムや金属や樹脂などにより形成した構成を含む）の成型材料たるゴム組成物としては、耐摩耗性などの観点から、ニトリルゴムに補強剤としてのカーボンブラックを含有させたゴム組成物が一般的に用いられている。
【０００３】
ところで、近年においては、世界的に、省資源化、省エネルギ化や起動性の向上などの要求により摺接部位の低フリクション化が求められている。このような摺接部位のフリクションを低下させる方法の一つとして、成型金型の相手部材との摺接部位相当面に荒び模様（凹凸）を設けて粗面化し、この荒び模様を摺接部位に転写することでゴム製品たる成型品の摺接部位を粗面化した構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
実開平６−８４０６７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の摺接部位を粗面化したゴム製品においては、使用初期では摺接部位の粗面化により、摺接部位の表面粗さが粗く（大きく）、動摩擦係数が低いためフリクションを低下させることができるものの、使用時間の経過にともなって、摺接部位の摩耗が徐々に進行し、その結果、摺接部位の表面が徐々に平滑になってフリクションが増加するという問題点があった。
【０００６】
すなわち、従来のゴム組成物を成型材料としたゴム製品においては、外的付加により、使用初期の低フリクション化は実現できるものの、この低フリクション状態を長期間に亘り一定に保持することができないという問題点があった。
【０００７】
本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、摺接部位に用いられるゴム製品の使用初期における低フリクション化を実現できるとともに、この低フリクション状態を長期間に亘り一定に保持することのできるゴム組成物を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するため特許請求の範囲の請求項１に記載の本発明のゴム組成物の特徴は、ニトリルゴム１００重量部に対して、平均粒径が２２〜６５μｍの範囲のセルロースおよび平均粒径が１２〜７５μｍの範囲のセライトよりなる群から選ばれた少なくとも一つの扁平状充填剤を３〜１００重量部含有してなる点にある。そして、このような構成を採用したことにより、摺接部位に用いられるゴム製品の使用初期における低フリクション化を実現できるとともに、この低フリクション状態を長期間に亘り一定に保持することが確実にできる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施形態により説明する。
【００１１】
本発明のゴム組成物におけるニトリルゴムのアクリロニトリル含有量としては、特に制限されるものでなく、低ニトリルから極高ニトリル、すなわちアクリロニトリル含有量が２０から５０％までの各種のものを用いることができる。
【００１２】
本発明のゴム組成物における加硫後の硬さとしては、特に制限されるものではなく、使用目的、設計目的、好ましい物理特性、加工性のバランスなどに応じて設定される。例えば、本発明のゴム組成物を潤滑油の密封に用いる運動用のリップシールとして使用する場合、加硫後のデュロメータ硬さ（タイプＡ）が６０〜９５の範囲とすることが好ましい。
【００１３】
本発明に用いられる扁平状充填剤としては、セルロースおよびセライトを単独もしくは組み合わせて用いることができる。すなわち、本発明のゴム組成物には、ニトリルゴムに、セルロースおよびセライトよりなる群から選ばれた少なくとも一つを含有させることが肝要である。
【００１４】
本発明において、ニトリルゴムに対する扁平状充填剤の含有量としては、ニトリルゴムを１００重量部とした場合、扁平状充填剤を３〜１００重量部の範囲、好ましくは５〜６０重量部の範囲とするとよい。この範囲より扁平状充填剤が少なくなると、使用初期における低フリクション化の機能と、この低フリクション状態を長期間に亘り一定に保持する機能とがともに低下する傾向がある。また、この範囲より扁平状充填剤が多くなると加硫したゴムの物理特性が低下する傾向がある。
【００１５】
本発明において、扁平状充填剤としてセルロースを用いる場合には、セルロースの平均粒径を２２〜６５μｍの範囲とすることが好ましい。後に例示する実施例では平均粒径が４０μｍのセルロースを用いた。
【００１７】
本発明において、扁平状充填剤としてセライトを用いる場合には、セライトの平均粒径を１２〜７５μｍの範囲とすることが好ましい。後に例示する実施例では平均粒径が３５μｍのセライトを用いた。
【００１８】
本発明のゴム組成物には、使用目的、設計目的、好ましい物理特性、加工性のバランスなどの必要性に応じてセルロースおよびセライト以外の充填剤、増量充填剤、老化防止剤、加硫剤、加硫促進剤、スコーチ防止剤、可塑剤、顔料などを配合することができる。
【００１９】
本発明のゴム組成物の加硫剤としては、硫黄または過酸化物が使用可能である。
【００２０】
本発明のゴム組成物は、ゴム工業で一般的に用いられる圧縮成型、射出成型などにより成型金型を用いて加硫成型される。
【００２１】
以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２２】
実施例１
ゴム原料としてのニトリルゴムであるＮＢＲ（ＮｉｐｏｌＤＮ３０６：日本ゼオン株式会社製商品名）の１００重量部に対して、扁平状充填剤としてのセルロース（ＫＣフロックＷ−２５０：平均粒径４０μｍ：日本製紙株式会社製商品名）を５重量部、酸化亜鉛２種（堺化学工業株式会社製）を５重量部、老化防止剤（アンテージＯＤ：川口化学工業株式会社製商品名）を１重量部、ＦＥＦカーボン（旭＃６０：旭カーボン株式会社製商品名）を８０重量部、可塑剤（ＴＣＰ：大八化学工業株式会社製）を２０重量部、加硫剤（サルファクスＰＭＣ：鶴見化学工業株式会社製）を１．２重量部、第１加硫促進剤（アクセルＴＭＴ：川口化学工業株式会社製商品名）を２重量部、第２加硫促進剤（アクセルＣＺ：川口化学工業株式会社製商品名）を１重量部の割合で計量し（合計２１５．２重量部）、それぞれを周知の練りロールで混練りした後に、周知の成型金型と加硫機とにより加硫成型し、性能評価のためのＪＩＳＫ６２５１およびＪＩＳＫ６２５３に準拠した本実施例のゴム組成物からなる試験片と、外径４０ｍｍ、内径３０ｍｍ、高さ６ｍｍの本実施例のゴム組成物を用いた耐久試験用のＵパッキンを形成した。なお、試験片成型用金型としては、キャビティの表面粗さが鏡面（０．３Ｒｚ程度）のものを用いた。また、Ｕパッキン成型用金型としては、Ｕパッキン成型用金型のキャビティの相手部材との摺接部位相当面を鏡面（０．３Ｒｚ程度）としたもの（以下、鏡面金型と記す）を用いた。
【００２３】
実施例２
セルロースの変量試験として、前記実施例１のセルロースの配合割合を１０重量部（合計２２０．２重量部）とし、実施例１と同様に試験片を形成した。
【００２４】
実施例３
セルロースの変量試験として、前記実施例１のセルロースの配合割合を１５重量部（合計２２５．２重量部）とし、実施例１と同様に試験片を形成した。
【００２５】
実施例４
セルロースの変量試験として、前記実施例１のセルロースの配合割合を３０重量部（合計２４０．２重量部）とし、実施例１と同様に試験片を形成した。
【００２７】
実施例５
扁平状充填剤として、セルロースのかわりにセライト（ラジオライト＃５００：平均粒径３５μｍ：昭和化学工業株式会社製商品名）を６０重量部（合計２７０．２重量部）とし、実施例１と同様に試験片を形成した。
【００２９】
実施例６
扁平状充填剤として、セルロースを５重量部と、セライトを５重量部（合計２２０．２重量部）とし、実施例１と同様に試験片を形成した。
【００３２】
比較例１
比較のため、前記実施例１の配合から扁平状充填剤を除いた配合（合計２１０．２重量部）、すなわち、一般的なニトリルゴムの配合とし、実施例１と同様に試験片およびＵパッキンを形成した。なお、Ｕパッキンとしては、実施例１と同様の鏡面金型と、Ｕパッキン成型用金型の摺接部位相当面を粗面化（１０．０Ｒｚ程度）したもの（以下、粗面金型と記す）との２種類の金型を用いて２種類のＵパッキンを形成した。
【００３３】
つぎに、実施例１から実施例６、比較例１のゴム組成物の性能試験として、試験片による常態物性（硬さ、引張強さ、伸び）の評価と、試験片による初期性能評価と、Ｕパッキンの耐久試験を行った。
【００３４】
そして、試験片による初期性能評価は、試験片の表面粗さ（Ｒｚ）および動摩擦係数を測定し評価した。
【００３５】
ここで、表面粗さは、試験片の表面を粗さ測定器（ＳＵＲＦＣＯＭ５５４Ａ：株式会社東京精密製）を用いて測定した。
【００３６】
また、動摩擦係数は、バウデン試験により測定した。このバウデン試験による動摩擦係数は、摩擦の基本式（Ｆ＝μＮ（Ｎ：垂直抗力、Ｆ：摩擦力：μ：摩擦係数））に基づいて算出した。具体的には、図１の摩擦係数の測定方法の模式図に示すように、ステンレスにより球径８ｍｍで半球状に形成された圧子の頂部を垂直抗力としての荷重５００ｇ（Ｎ＝５００）にて試験片の表面に当接させ、圧子と試験片との相対速度を１３ｍｍ／秒としたときの摩擦力Ｆを図示しない力センサで測定し、摩擦力Ｆを荷重Ｎで除算することにより得た値を動摩擦係数μとした。
【００３７】
またさらに、試験片による初期性能評価の一つとして、実施例１の試験片の表面状態と、比較例１の試験片の表面状態を顕微鏡（倍率２０倍）により観察した。
【００３８】
さらにまた、Ｕパッキンの耐久試験には、Ｕパッキンのリップ部にオイルを塗布して外径（軸径）３０ｍｍのロッドを装着し、常温（２３℃）下で、ストローク±３０ｍｍで速度（Ｕパッキンとロッドとの相対速度）５Ｈｚの条件で連続的に往復動させた場合の開始時点と１００時間後の摺動抵抗を力センサにより測定し評価した。
【００３９】
前記実施例１〜６および比較例１の配合割合（組成物配合）と、試験片による常態物性、表面粗さ、動摩擦係数の評価結果を併せて以下の表１および表２に示す。
【００４０】
【表１】

【００４１】
【表２】

【００４２】
なお、上記表１および表２において、常態物性のＨ_Sはデュロメータ硬さ（タイプＡ）を示し、Ｔ_Bは引張強さを示し、Ｅ_Bは伸びを示す。
【００４３】
また、実施例１の試験片の表面状態を図２に、比較例１の試験片の表面状態を図３に示す。
【００４４】
さらに、Ｕパッキンの耐久試験の評価結果を図４に示す。なお、図４において、本発明品１とは、実施例１のゴム組成物を鏡面金型を用いて形成したＵパッキンを示し、従来品１とは比較例１のゴム組成物を鏡面金型を用いて形成したＵパッキンを示し、従来品２とは、比較例１のゴム組成物を粗面金型を用いて形成したＵパッキンを示す。
【００４５】
表１および表２、図４に示すように、本発明の全実施例は、使用初期における低フリクション化を実現できるとともに、この低フリクション状態を長期間に亘り一定に保持し得ることが判明した。
【００４６】
さらに説明すると、試験片による初期性能評価の結果によれば、前記実施例１から実施例６に示すゴム組成物は、比較例１のゴム組成物に比べて、表面粗さが粗く（大きく）、動摩擦係数が小さいことが判明した。
【００４７】
実施例１のゴム組成物は、全実施例中扁平状充填剤の配合量が最も少ないものであるが、図２の実施例１の試験片の表面状態に示すように、図３の比較例１の試験片の表面状態に比較して凹凸が大きいことが確認できた。
【００４８】
また、Ｕパッキンの耐久試験において、実施例１のゴム組成物により形成されたＵパッキン（鏡面金型により形成したもの：図４中の本発明品１）は、初期の摺動抵抗を長時間（本耐久試験では１００時間）に亘りほぼ一定に保持できることが判明した。これに対し、比較例１のＵパッキン（鏡面金型により形成したもの：図４中の従来品１）は、初期の摺動抵抗が本発明品より大きいとともに、時間の経過にともなって摺動抵抗がやや上昇する傾向があるので、使用初期における低フリクション化およびこの低フリクション状態を長期間に亘り一定に保持することができないことが判明した。
【００４９】
なお、Ｕパッキンの耐久試験結果によれば、従来品２のＵパッキン（粗面金型により形成された比較例１のＵパッキン：図４中の従来品２）は、初期の摺動抵抗が本発明品の摺動抵抗とほぼ同一であるものの、時間の経過にともなって摺動抵抗が本発明品より大きく上昇するので、前述したように、使用初期における低フリクション化を実現することはできるものの、この低フリクション状態を長期間に亘り一定に保持することができないことが確認できた。
【００５０】
このように、本発明に係るゴム組成物によれば、ゴム組成物を成型すると、成型金型の表面が鏡面であっても、加硫後の成型面が扁平状充填剤によって粗面化される。その結果、ゴム自身によってゴム製品の表面を粗面化できるので、摺接部位を備えたゴム製品の相手部材と摺接する摺接部位の動摩擦係数が低下し、ゴム製品の使用初期における低フリクション化を確実に実現できる。この加硫成形後の成型面が粗面化するのは、加硫成型時に未加硫のニトリルゴム中に分散している他の配合物より粒径が一桁以上大きい扁平状充填剤の一部が金型の表面に当接した状態で加硫が行われることで、成型面にゴム分に比べて固い扁平状充填剤が様々な面積で配置されるとともに、成型面の扁平状充填剤の間に位置するゴム分が加硫後に熱収縮して表面に凹凸を形成するためと推考している。さらに、ニトリルゴムに配合された扁平状充填剤は、時間の経過にともなって摺接部位の摩耗が進行しても、ゴムの内部に存在する新たな扁平状充填剤が摺接部位の表面に近いものから順次露出するので、全体として摺接部位の表面の状態を使用初期と同一に保持できる。その結果、摺接部位が摩耗によって平滑になるのを防止できるので、低フリクション状態を長期間に亘り一定に保持できると推考している。
【００５１】
なお、本発明に係るゴム組成物は、ゴム製品の摺接部位を外的付加により粗面化する構成とを組み合わせてもよい。この時、ゴム製品の摺接部位を外的付加により粗面化する方法としては、成型金型のキャビティの表面を粗面化する方法や、成型した後のゴム製品の摺動面を後加工により粗面化する方法であってもよい。
【００５２】
また、本発明に係るゴム組成物は、Ｏリング、オイルシール、Ｕパッキンなどに代表される運動箇所の密封に用いられる運動用シール（パッキン）、弾性軸受に代表される摺動部材などのように、相手部材との摺接部位を備えた分野のゴム製品の成型材料として適用することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のゴム組成物によれば、摺接部位に用いられるゴム製品の使用初期における低フリクション化を実現できるとともに、この低フリクション状態を長期間に亘り一定に保持することができるなどの極めて優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るゴム組成物の摩擦係数の測定方法の要部を示す模式図
【図２】実施例１の試験片の表面状態を拡大して示す拡大図
【図３】比較例１の試験片の表面状態を拡大して示す拡大図
【図４】Ｕパッキンの耐久試験の評価結果を示す線図

Claims

ニトリルゴム１００重量部に対して、平均粒径が２２〜６５μｍの範囲のセルロースおよび平均粒径が１２〜７５μｍの範囲のセライトよりなる群から選ばれた少なくとも一つの扁平状充填剤を３〜１００重量部含有してなることを特徴とするゴム組成物。