JP4853485B2 - 外幌用ゴム組成物および鉄道車両用の外幌 - Google Patents
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鉄道車両用の外幌の材料に必要とされる特性としては、例えば、人が寄りかかっても座屈しない程度の硬度を有すること、耐候性に優れること、白色または灰色のゴム製品であること、加硫時のゴム流れが良いこと等が挙げられる。
本願出願人は以前白色または着色のゴム製品を提供できるゴム組成物として、特許文献1を提案している。
特許文献1には、EPDMおよびEPMからなる群から選ばれる少なくとも一種のエチレン−プロピレン共重合体100重量部に対し、有機過酸化物1〜15重量部、シリカを20重量%以上含有する白色フィラー50〜200重量部および分子内に硫黄原子を含有するシランカップリング剤0.3〜5重量部を含むことを特徴とするゴム組成物が記載されている。
また、タルクを含有するゴム組成物から得られる鉄道車両用の外幌は、外幌同士の衝突や摩耗によって外幌に傷等がつき外観が損なわれやすいという問題が新たに発生した。
そこで、本発明は、破断伸びおよび耐摩耗性に優れる外幌用ゴム組成物を提供することを目的とする。
また、本発明は、破断伸びおよび耐摩耗性に優れる鉄道車両用の外幌を提供することを別の目的とする。
(1) EPDM100質量部に対して、酸化チタン40〜80質量部と、シリカ10〜30質量部と、ジエチレングリコール0.5〜3.0質量部とを含有する外幌用ゴム組成物。
(2) シランカップリング剤を実質的に含有しない上記(1)に記載の外幌用ゴム組成物。
(3) さらに、有機過酸化物1〜10質量部と、硫黄0.05〜1.0質量部とを含有する上記(1)または(2)に記載の外幌用ゴム組成物。
(4) 上記(1)〜(3)のいずれかに記載の外幌用ゴム組成物を材料として用いた鉄道車両用の外幌。
また、本発明はさらに以下(5)〜(7)を提供する。
(5) さらに、硫黄と、加硫促進剤または有機過酸化物とを含有する上記(1)または(2)に記載の外幌用ゴム組成物。
(6) 前記硫黄の量が0.5〜3.0質量部であり、前記加硫促進剤の量が1.0〜3.0質量部である上記(5)に記載の外幌用ゴム組成物。
(7) 上記(5)または(6)に記載の外幌用ゴム組成物を材料として用いた鉄道車両用の外幌。
本発明の鉄道車両用の外幌は破断伸びおよび耐摩耗性に優れる。
本発明の外幌用ゴム組成物は、EPDM100質量部に対して、酸化チタン40〜80質量部と、シリカ10〜30質量部と、ジエチレングリコール0.5〜3.0質量部とを含有するものである。
本発明の外幌用ゴム組成物に含有されるEPDMは、エチレン、プロピレンおよびジエンモノマーから得られる共重合体であれば特に制限されない。
ジエンモノマーとしては、例えば、ジシクロペンタジエン、メチレンノルボルネン、エチリデンノルボルネン、1,4−ヘキサジエン、シクロオクタジエンが挙げられる。
なかでも、加工性に優れるという観点から、ジシクロペンタジエン好ましい。
EPDM中のエチレン含有量は、破断伸び等の加硫物性に優れるという観点から、90〜40mol%が好ましく、さらには80〜50mol%が好ましい。
また、EPDMの100℃におけるムーニー粘度は、加工性に優れるという観点から、30〜80が好ましく、さらには50〜70が好ましい。
EPDMは、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
EPDMはその製造について特に制限されない。例えば、従来公知のものが挙げられる。
本発明の外幌用ゴム組成物に含有される酸化チタンは特に制限されない。
酸化チタンの量は、破断伸びが高く耐摩耗性に優れ、耐候性、加硫時のゴム流れ性に優れ、駅のプラットホームからの転落防止機能を果たしうる程度の硬度を有し、白色または灰色等のゴムとなりうるという観点から、EPDM100質量部に対して、40〜80質量部である。
また、酸化チタンの量は、破断伸びがより高く耐摩耗性により優れ、耐候性、加硫時のゴム流れ性に優れ、駅のプラットホームからの転落防止機能を果たしうる程度の硬度を有し、白色または灰色等のゴムとなりうるという観点から、EPDM100質量部に対して、40〜70質量部であるのが好ましく、45〜65質量部であるのがより好ましい。
本発明の外幌用ゴム組成物に含有されるシリカは、特に制限されない。例えば、含水シリカ、無水シリカ、沈降法シリカ、ヒュームドシリカが挙げられる。
シリカの量は、破断伸びが高く耐摩耗性に優れ、耐候性、加硫時のゴム流れ性に優れ、駅のプラットホームからの転落防止機能を果たしうる程度の硬度を有し、白色または灰色等のゴムとなりうるという観点から、EPDM100質量部に対して、10〜30質量部である。
また、シリカの量は、破断伸びがより高く耐摩耗性により優れ、耐候性、加硫時のゴム流れ性に優れ、駅のプラットホームからの転落防止機能を果たしうる程度の硬度を有し、白色または灰色等のゴムとなりうるという観点から、EPDM100質量部に対して、10〜25質量部であるのが好ましい。
シリカは、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
本発明の外幌用ゴム組成物に含有されるジエチレングリコールは特に制限されない。
本発明の外幌用ゴム組成物は、ジエチレングリコールを含有することによって、破断伸びが高く耐摩耗性に優れ、耐候性、加硫時のゴム流れ性に優れ、駅のプラットホームからの転落防止機能を果たしうる程度の硬度を有するゴムとなりうる。
また、ジエチレングリコールの量は、破断伸びがより高く耐摩耗性により優れ、耐候性、加硫時のゴム流れ性に優れ、駅のプラットホームからの転落防止機能を果たしうる程度の硬度を有するゴムとなりうるという観点から、EPDM100質量部に対して、0.5〜2.5質量部であるのが好ましく、0.5〜2.0質量部であるのがより好ましい。
本発明の外幌用ゴム組成物がさらに含有することができる有機過酸化物は、ゴムの過酸化物加硫に使用されるものであれば特に制限されない。
例えば、ジクミルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、t−ブチルクミルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、1,3−ビス(t−ブチルペルオキシイソプロピル)ベンゼンが挙げられる。
なかでも、架橋効果に優れるという観点から、ジクミルパーオキサイドが好ましい。
有機過酸化物は、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
共架橋剤の量は、EPDM100質量部に対して、1〜30質量部であるのが好ましい。
本発明の外幌用ゴム組成物がさらに含有することができる硫黄は、ゴムの加硫に使用されるものであれば特に制限されない。
本発明において、硫黄は加硫剤または加硫助剤として使用することができる。本発明において硫黄を加硫剤として使用する場合、加硫促進剤を併用するのが好ましい。また、本発明において有機過酸化物を使用する場合、加硫助剤として硫黄を併用するのが好ましい。
なお、上記の硫黄の量は有機過酸化物と併用する場合のものである。
本発明において、硫黄は加硫助剤として使用され、有機過酸化物を架橋剤として使用する場合において有機過酸化物による架橋で起こりやすい架橋反応中のゴムの分子切断を抑制するという作用をすると考えられる。
硫黄を加硫剤として使用する場合、硫黄の量は、EPDM100質量部に対して0.5〜3.0質量部であるのが好ましく、1.0〜2.5質量部であるのがより好ましく、1.3〜2.5質量部であるのがさらに好ましい。硫黄の量が0.5質量部以上である場合、硬度や耐摩性等の加硫物性に優れる。また、硫黄の量が3.0質量部以下である場合、耐熱性や破断伸びに優れる。
加硫促進剤は、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
破断伸び、耐摩耗性により優れるという観点から、スルフェンアミド系加硫促進剤とチウラム系加硫促進剤との組合せ、ジチオカルバミン酸塩系加硫促進剤とチアゾール系加硫促進剤とチウラム系加硫促進剤との組合せが好ましい。
可塑剤としてのプロセス油は、例えば、パラフィン系、ナフテン系、アロマチック系が挙げられる。破壊特性、EPDMとの相溶性を考慮し、物性低下を避けるためには、特にパラフィン系が好ましい。
無機顔料としては、例えば、二酸化チタン、酸化亜鉛、群青、ベンガラ、リトポン、鉛、カドミウム、鉄、コバルト、アルミニウム、塩酸塩、硫酸塩等が挙げられる。
有機顔料としては、例えば、アゾ顔料、フタロシアニン顔料、キナクリドン顔料、キナクリドンキノン顔料、ジオキサジン顔料、アントラピリミジン顔料、アンサンスロン顔料、インダンスロン顔料、フラバンスロン顔料、ペリレン顔料、ペリノン顔料、ジケトピロロピロール顔料、キノナフタロン顔料、アントラキノン顔料、チオインジゴ顔料、ベンズイミダゾロン顔料、イソインドリン顔料、カーボンブラック等が挙げられる。
顔料は、一種でも二種以上を混合して用いることもできる。
顔料の量は必要に応じて適宜決定すればよく、EPDM100質量部に対して、0.1〜2質量部加えることができる。
加硫促進剤としては、例えば、テトラメチルチウラムジスルフィド(TMTD)、テトラエチルチウラムジスルフィド(TETD)等のチウラム系;ヘキサメチレンテトラミン等のアルデヒド・アンモニア系;ジフェニルグアニジン等のグアニジン系:ジベンゾチアジルジサルファイド(DM)等のチアゾール系;シクロヘキシルベンゾチアジルスルフェンアマイド等のスルフェンアミド系等が挙げられる。さらにアルキルフェノール樹脂やそのハロゲン化物等を用いてもよい。
加硫促進助剤としては、例えば、亜鉛華などの金属化合物や、ステアリン酸、オレイン酸、綿実脂肪酸等の脂肪酸を用いることができる。
シランカップリング剤の量は、破断伸びを低下させないという観点から、EPDM100質量部に対して、0.1〜0.3質量部であるのが好ましい。
なお、本発明においてシランカップリング剤を実質的に含有しないとは、シランカップリング剤の量が、EPDM100質量部に対して、0.3質量部以下であることをいう。
また、本発明において硫黄を加硫剤として使用する場合、本発明の外幌用ゴム組成物はさらにシランカップリング剤を含有することができる。
また、例えば、EPDM、酸化チタン、シリカおよびジエチレングリコールと、必要に応じて使用することができる添加剤とを、ロールミルや密閉式混合機等を用いて、均一に分散、混合し、加硫する前に有機過酸化物または加硫促進剤および硫黄を加えて密閉式混合機等を用いて、均一に分散、混合することにより本発明の外幌用ゴム組成物を得ることができる。
得られたゴム組成物は、加硫時のゴム流れに優れ、加硫後に充分な引張強度を確保できるため、成形方法は射出成形、ブロー成形、プレス成形、押出し成形等、通常ゴム製品の成形加工に用いられる方法により成形加硫することができる。
本発明の外幌用ゴム組成物から得られる加硫物は、破断伸びが高く、耐摩耗性、耐候性、引張強度に優れ、駅のプラットホームからの転落防止機能を果たしうる程度の硬度(JIS 硬度:57〜67)を有することができる。
また、本発明の外幌用ゴム組成物から得られる加硫物は、その色は特に制限されないが、鉄道車両の配色に合わせて美観を向上させるという観点から、白色、灰色が挙げられる。
本発明の鉄道車両用の外幌は、本発明の外幌用ゴム組成物を材料として用いたものであれば特に制限されない。
図1に示されるように、車両1の連結部における車両間の空間部の全周を覆う環状の外幌2は、上下左右(左右側面部、天井部および床部)の四つの直線部材3と、四つの直線部材3を四隅で結ぶ四つの肩部部材4とから構成される。なお、図中、5は車両1内の通路を示している。
図2に示されるように、外幌2の直線部材3は、断面略U字状の可撓性膜体6からなる。直線部材3は、必要に応じて、剛性および復元性を増すために、補強層として、ナイロン、アラミド、PET等の繊維からなる織布に本発明の外幌用ゴム組成物を被覆して使用することができる。
ここで、本発明の外幌は、その断面が略U字状であるのが好ましい。具体的には、U字状のほか、略V字状、略半円状等の形状であってもよい。これらの形状は、用いられる車両の形状等に合わせて変更することができる。例えば、略V字状であっても、等辺ではなく、不等辺にすることもできる。
図3に示されるように、可撓性膜体6は幅方向の中央付近7が薄肉で両端部に向かって徐々に厚肉となり、両端部には車両1に取り付けられるために厚肉のフランジ部分8が形成されている。この可撓性膜体6は、図2に示すように車両1との取り付け部位における厚肉のフランジ部分8と、前後車両1に対向する部位における薄肉の断面略U字状(V字状等)の膜体部分から構成されるものである。
これに対して、本発明の鉄道車両用の外幌は、破断伸びおよび耐摩耗性に優れるものである。
これは、本発明の鉄道車両用の外幌に使用される外幌用ゴム組成物が、ジエチレングリコールを含有することによって、EPDM中でシリカが凝集するのを防ぎシリカをEPDMに効果的に分散させ、シリカとEPDMとの反応点を増やすことによって、シリカとEPDMとが結合し、このため得られるゴムの破断伸びを低下させることなく耐摩耗性が高くなると考えられる。
なお、上記のメカニズムは本願発明者の推測であり上記のメカニズム以外であっても本発明の範囲内である。
得られたゴム組成物について以下の試験を行い、その未加硫または加硫ゴム特性を評価した。結果を第1表、第2表に示す。
(1)ムーニースコーチ試験
JIS K6300−1:2001のムーニースコーチ試験方法に準拠して、ムーニー粘度計(L形ロータ)を用い、125℃におけるムーニー最低粘度(minトルク)およびムーニースコーチ時間を測定した。なお、ムーニースコーチ時間については、minトルクより5ムーニーだけ上昇するのに要する時間(ML5up、単位:分)を表示した。
JIS K6300−2:2001の加硫試験に準拠して、ロータレスレオメータにより、ゴムに振動を与えて応力を測定し、加硫曲線を得た。加硫時の温度が160℃における、得られた応力の最高値と最低値との差の95%に相当する応力に到達するまでの時間T95[分]を求めた。T95の大きい方が加硫速度は遅い。
得られたゴム組成物に、160℃で60分間プレス加硫を行い、JIS規格の3号ダンベル(JIS K6251:2004)に成形し、JIS K6251:2004に準拠して、引張強度(TB)、切断時伸び(EB)を測定した。
引張強度が6.9MPa以上の場合、鉄道車両用の外幌として実用的である。
切断時伸びが400%以上の場合、鉄道車両用の外幌として実用的である。
JIS硬度が57〜67の場合、鉄道車両用の外幌として実用的である。
得られたゴム組成物に、160℃で60分間プレス加硫を行い、JIS K6264−2:2005に記載されるDIN摩耗試験方法に従い、荷重9.8N、40rpmで摩耗距離40m後の摩耗量(mm3)を測定した。
摩耗減量が185mm3以内の場合、鉄道車両用の外幌として実用的である。
第1表に示した配合量(質量部)で同表に示す成分(有機過酸化物および硫黄を除く。)を、20Lのニーダーミキサーに投入し約15分混合させた。その後、得られたゴム混合物を18インチ練りロールに巻きつけて有機過酸化物と硫黄を添加し、約10分混練りし、ゴム組成物を得た。
・EPDM:ESPRENE305(住友化学工業社製)
・SiO2:ニップシールVN3(日本シリカ社製)
・TiO2:R−650(堺化学工業社製)
・タルク:Nタルク(日本タルク社製)
・水酸化アルミニウム:ハイジライトH−42M(昭和電工社製)
・ジエチレングリコール:丸善石油化学社製
・シランカップリング剤:ビニル−トリス(2−メトキシ−エトキシ)シラン(商品名A−172、日本ユニカー社製)
・有機過酸化物:パークミルD−40(日本油脂社製)
・硫黄:粉末硫黄(軽井沢精錬所社製)
また、ジエチレングリコールを含有しない比較例1およびシリカを含有しない比較例2は、破断伸びが低く耐摩耗性に劣った。
これらに対して、実施例1〜7は破断伸びが高く耐摩耗性に優れる。
第2表に示した配合量(質量部)で同表に示す成分(硫黄および加硫促進剤を除く。)を、20Lのニーダーミキサーに投入し約15分混合させた。その後、得られたゴム混合物を18インチ練りロールに巻きつけて硫黄および加硫促進剤1〜4を添加し、約10分混練りし、ゴム組成物を得た。
加硫促進剤1〜4の詳細は以下のとおりである。
・加硫促進剤1:加硫促進剤CZ(スルフェンアミド系加硫促進剤)、大内新興化学工業社製
・加硫促進剤2:加硫促進剤BZ(ジチオカルバミン酸塩系加硫促進剤)、大内新興化学工業社製
・加硫促進剤3:加硫促進剤M(チアゾール系加硫促進剤)、三新化学工業社製
・加硫促進剤4:加硫促進剤TS(チウラム系加硫促進剤)、三新化学工業社製
また、実施例8、9は、実施例1〜7よりも耐摩耗性により優れる。
2、23 外幌
3 直線部材
4 肩部部材
5 通路
6 可撓性膜体
7 中央付近
8 フランジ部分
9 貫通孔
Claims (6)
- EPDM100質量部に対して、酸化チタン40〜80質量部と、シリカ10〜30質量部と、ジエチレングリコール0.5〜3.0質量部とを含有する外幌用ゴム組成物。
- さらに、硫黄と、加硫促進剤または有機過酸化物とを含有する請求項1に記載の外幌用ゴム組成物。
- 前記硫黄の量が0.5〜3.0質量部であり、前記加硫促進剤の量が1.0〜3.0質量部である請求項2に記載の外幌用ゴム組成物。
- 前記有機過酸化物1〜10質量部と、前記硫黄0.05〜1.0質量部とを含有する請求項2に記載の外幌用ゴム組成物。
- シランカップリング剤を実質的に含有しない請求項1〜4のいずれかに記載の外幌用ゴム組成物。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の外幌用ゴム組成物を材料として用いた鉄道車両用の外幌。
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