JP5814785B2 - シール材用発泡ゴム成形体及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、シール材用発泡ゴム成形体及びその製造方法に関する。

近年の車両の軽量化に伴い、シール材にも軽量化が求められている。そこで、気泡を内包することにより軽量化したゴム成形体からなるシール材、すなわち発泡ゴム成形体からなるシール材が用いられている。発泡ゴム成形体からなるシール材は、シール材としての一定の要求性能を満たしながらも気泡を増やすことによりある程度は軽量化することができる。

それに関連し、例えば、特許文献１には、軽量化を目的にゴム原料に熱膨張性のマイクロカプセルを含有させ、加硫時の熱でマイクロカプセルを膨張させて気泡を形成したウェザストリップが開示されている。特許文献１によれば、より緻密に気泡を形成することができ、ウェザストリップを軽量化することができるとされている。

また、例えば、特許文献２には、発泡剤により気泡を形成して軽量化した発泡ゴム成形体が開示されている。特許文献２は、発泡剤を含有したゴム原料を押出成形して比重１．０以下の発泡ゴム成形体を得ようとした場合に、高速で押出成形すると比重１．０以下のものを安定して得難く、また表面粗度が高くなり外観不良を生じ易いという問題点に着眼したものであり、その問題点を解決するために、発泡剤の配合形態と粒径の上限が規定されている。すなわち、熱分解系発泡剤が無機粉体で担持された形態で添加するものとし、無機粉体の粒径を９μｍ以下、熱分解系発泡剤の粒径を８μｍ以下と規定するものである。

特開平６−１８３３０５号公報 特許第３５０５７０１号公報

ところで、車両のドアや窓周りなどに装着されるシール材（いわゆるウェザストリップ）等においては、ボディと部品との隙間から雨などの水分や塵埃が車室内に入るのを防ぐだけでなく、クッション性や遮音性をも兼ね備えているのが望ましい。特許文献１のようにマイクロカプセルのみで気泡を形成する場合、マイクロカプセルの添加量を増やすほど緻密に気泡が形成されてシール材を軽量化することができる。しかし、発泡剤で気泡を形成する場合に比べてシール材が硬くなりクッション性を得にくい傾向がある。

それに対し、特許文献２のように発泡剤により気泡の形成された発泡ゴム成形体は、気泡量を増やすほど軽量化できるとともにクッション性（衝撃吸収性）を高めることができる。しかしながら、気泡量を増やすほど遮音性が低下する傾向がある。これは、発泡剤で気泡を形成する場合、気泡量を増やすと気泡が互いに連通することが要因であると考えられる。そこで、各気泡を独立して形成することで遮音性をも兼ね備えることができるのではないかと鋭意検討したが、従来のように単一粒径の発泡剤を添加して発泡させた場合、気泡量を増やしながら気泡が連通するのを回避することはできなかった。しかし、更に検討を重ねた結果、その理論は必ずしも明らかではないが、気泡の少なくとも一部を発泡剤で形成しながらも、相対的に大径の気泡と、小径の気泡とを形成することで、各気泡が独立して存在する単独気泡となり、従来トレードオフ関係にあった軽量化及びクッション性と遮音性とを同時に向上させることができることが見出された。本発明は、かかる知見に基づきを完成するに至ったものであり、本発明の目的は、軽量でありながら、遮音性及びクッション性を向上させることのできるシール材に好適な発泡ゴム成形体を提供することにある。

本発明は、先ず、気泡を内包するシール材用発泡ゴム成形体であって、前記気泡は少なくとも一部が発泡剤により形成されており、前記気泡として、相対的に大径の気泡と、該大径の気泡よりも小径の気泡とを有し、各気泡がそれぞれ単独気泡として形成されていることを特徴とする。相対的とは、当該シール材用ゴム成形体中の２種の気泡同士の関係であり、一般的な気泡の大きさとは関係ない。

このようなシール材用発泡ゴム成形体によれば、気泡の少なくとも一部が発泡剤により形成されていることで、軽量化しながら優れたクッション性を確保することができる。加えて、気泡が単独気泡として形成されることにより、遮音性をも向上させることができる。

ここで、前記大径の気泡は気泡径が３００〜５００μｍであり、前記小径の気泡は気泡径が５０〜１４０μｍであることが望ましい。

本発明のシール材用発泡ゴム成形体は、原料ゴムに、相対的に粒径の大きい発泡剤と、該粒径の大きい発泡剤よりも粒径の小さい発泡剤との、粒径の異なる２種類の発泡剤を混合し、該２種類の発泡剤を発泡させることで得ることができる。相対的に粒径の大きい発泡剤と粒径の小さい発泡剤との２種類の発泡剤を用いることにより、単一粒径の添加剤と同じ添加量でも、シール材用発泡ゴム成形体中に、相対的に大径の気泡とそれより小径の気泡とをそれぞれ単独気泡として形成することができる。このように大径の気泡と小径の気泡との双方を発泡剤で形成する場合は、よりクッション性を確保しやすい点で好ましい。

前記発泡剤として、４，４´−オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド（ＯＢＳＨ）、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、及びＮ，Ｎ´−ジニトロソペンタメチレンテトラミン（ＤＰＴ）からなる群のうち１種または２以上を組み合わせて用いるのが好ましく、中でも、ＯＢＳＨは発生ガスの臭気が少ない点においてより好ましい。

また、大径の気泡を中空体により形成してもよい。ここで、中空体としては、その内部空洞がそのまま気泡となるマイクロバルーンと、加硫時の加熱により膨張することで気泡を形成する熱膨張性マイクロカプセルとを含む。この場合、前記粒径の大きい発泡剤に代えて原料ゴムに中空体を混合することで、より容易に気泡の大きさをコントロールできる。

すなわち、前記大径の気泡は、発泡剤又は中空体のうち少なくともいずれか一方により形成されており、前記小径の気泡は発泡剤の発泡により形成されているのが望ましい。

また、本発明のシール材用発泡ゴム成形体は、比重が０．３〜０．７であるのが望ましい。

ゴム原料としては、耐熱性や耐候性の点からエチレン−プロピレン−ジエンゴムを好適に用いることができる。

本発明によれば、軽量でありながら、遮音性及びクッション性を向上させることのできるシール材に好適な発泡ゴム成形体を提供することができる。

実施例１の発泡ゴム成形体の気泡形態を示す切断面のデジタル顕微鏡写真である。 比較例１の発泡ゴム成形体の気泡形態を示す切断面のデジタル顕微鏡写真である。

本発明のシール材用発泡ゴム成形体は、特にその気泡径とその気泡の形態とに特徴を有している。すなわち、本発明のシール材用発泡ゴム成形体は、相対的に大径の気泡と、該大径の気泡よりも小径の気泡とが混在しており、各気泡が単独気泡として形成されているものである。

本発明における気泡の大径・小径とは、当該シール材用発泡ゴム成形体に含まれる気泡同士の気泡径の相対的な大きさにより区別されるものである。実際には発泡ばらつきにより気泡径の違いが生じ得るが、それぞれ一定のばらつきを許容する大径レベルの気泡と小径レベルの気泡とが存在するという意味である。小径の気泡は、大径の気泡に対してその平均気泡径が半分以下であるのが好ましい。大径の気泡の気泡径の目安は、クッション性確保の観点から３００〜５００μｍである。小径の気泡はそれよりも小さければよいが、好ましくは５０〜２５０μｍ、より好ましくは、５０〜２００μｍ、最も好ましくは５０〜１４０μｍである。

本発明のシール材用発泡ゴム成形体の望ましい一実施形態として、大径の気泡と小径の気泡の全てが発泡剤で形成されたものがある。従来一般の発泡ゴム成形体の製造方法において、粒径の異なる２種類の発泡剤を用いることにより製造することができる。従来一般の発泡ゴム成形体の製造方法とは、典型的には発泡剤及び硫黄等のその他の添加剤を混合したゴム原料を成形し、加熱して原料ゴムを加硫するとともに発泡剤を発泡させて発泡ゴム成形体を得る製造方法である。ゴム原料の成形方法としては、押出成形法、注型法等の公知の方法を適用することができる。また、加熱手段は、熱風加熱、マイクロ波加熱、スチーム加熱等公知の手段を適用することができ、複数の加熱手段を組み合わせてもよい。

主成分のゴムは特に限定されず、各種ゴムを用いることができる。例えば、エチレン−プロピレンゴム、すなわち、ＥＰＤＭ（エチレンとプロピレンとジエンとのゴム状共重合体）又はＥＰＭ（エチレンとプロピレンとのゴム状共重合体）、ＣＲ（クロロプレンゴム）、ＳＢＲ（スチレンとブタジエンとのゴム状共重合体）、ＮＢＲ（二トリルゴム）等が挙げられる。ウェザストリップ等の耐熱性や耐候性を要するシール材においてはＥＰＤＭが好ましい。

発泡剤としては、各種の化学的発泡剤を用いることができ、例えば、有機分解系発泡剤である、４，４´−オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド（ＯＢＳＨ）、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、及びＮ，Ｎ´−ジニトロソペンタメチレンテトラミン（ＤＰＴ）を用いることができる。これらの発泡剤は、単独で用いてもよいし、組み合わせて用いてもよい。ＯＢＳＨは、発生ガスの臭気が少ない点において好ましい。また、ＯＢＳＨは、一般的な加硫温度で効率よく発泡するため粒径の異なる２種類の発泡剤を加えることにより大きさの異なる気泡を形成しやすい点でも好ましい。

粒径の異なる２種類の発泡剤とは、相対的に粒径の大きい発泡剤（以下、「大きい発泡剤」と記載する。）と、大きい発泡剤よりも粒径の小さい発泡剤（以下、「小さい発泡剤」と記載する。）である。その理論は定かではないが、単一粒径の発泡剤を用いると隣接する気泡同士が繋がり連続気泡を形成しやすいが、粒径の異なる２種類の発泡剤を用いれば大径の気泡と小径の気泡とをそれぞれ単独気泡として形成しやすい。ゴム原料に対する発泡剤の合計の添加量は、目的とするシール材用発泡ゴム成形体の比重と用いる発泡剤のガス発生量を考慮して適宜調整することができるが、ゴム原料１００重量部に対して発泡剤の合計の添加量は１〜５重量部とするのが目安である。１重量部より少ないと軽量化しにくく、５重量部より多いと効率が悪い。なお、この場合、気泡径が３００〜５００μｍ程度の大径の気泡と、気泡径が５０〜１４０μｍ程度の小径の気泡とを得るには、大きい発泡剤の粒径は９〜１６μｍ、小さい発泡剤の粒径は大きい発泡剤に対して粒径が半分以下の範囲内で２〜６μｍとすればよい。また、大きい発泡剤と小さい発泡剤の添加比率（重量比）は大きい発泡剤と小さい発泡剤とを同等添加するのが好ましい。ここでいう同等とは、完全な同量に限られるものではなく、例えば大きい発泡剤１００重量部に対して小さい発泡剤８０〜１２０重量部程度の幅で略同量であればよい。これを外れると、大径の気泡と小径の気泡のバランスが悪く、遮音性、クッション性の双方又は一方が悪くなる可能性がある。以上のように製造されたシール材用発泡ゴム成形体の密度は、例えば、０．３〜０．７ｇ／ｃｍ^３とすることができる。

このようなシール材用発泡ゴム成形体は、その理論は定かではないが、密度の略等しい従来の発泡ゴム成形体に比べて表面粗度も小さいため手触り感が良好であるとともに、圧縮荷重が小さくクッション性に優れる。それに加え、遮音性にも優れる。その理論は必ずしも明らかではないが、気泡がそれぞれ単独気泡として形成されているため、成形体の表裏に気泡が連通しておらず、音の空気伝播が抑制されるため遮音性が向上するものと推察される。また、気泡が単独気泡として形成されているため、透水性も低い。そのため車両のウェザストリップをはじめ、各種のシール材として好適に用いることができる。

また、本発明のシール材用発泡ゴム成形体の望ましい別の実施形態として、大径の気泡の少なくとも一部が、熱膨張性マイクロカプセルで形成されているものがある。上記製造方法において、大きい発泡剤の一部又は全部を加硫時の加熱により膨張する熱膨張性マイクロカプセルに替えることで製造することができる。熱膨張性カプセルが加硫時の加熱により膨張して気泡が形成される。

熱膨張性マイクロカプセルとしては、例えば、加硫時の加熱温度に達するまでに気化する液体（沸点が加熱温度未満の液体）を内包するマイクロカプセルを用いることができる。このようなマイクロカプセルとしては、アクリロニトリル共重合体や塩化ビニリデン共重合体を外殻として、イソブタン、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘキサン等の低沸点炭化水素を内包するものが挙げられる。熱膨張性マイクロカプセルは、加硫時の加熱温度で目的とする大径の気泡の大きさに膨張するものが用いられる。

このようなシール材用発泡ゴム成形体では、熱膨張性マイクロカプセルを用いることで製造時に気泡の大きさをコントロールしやすい利点がある。そして、熱膨張性マイクロカプセルが大径の気泡の形成に用いられていることで、前記利点を活かしながらも熱膨張性マイクロカプセルの添加数量を抑え、クッション性を確保することができる。したがって、軽量であるとともに、クッション性及び遮音性に優れる。

また、本発明のシール材用発泡ゴム成形体は、大径の気泡の少なくとも一部を、内部空洞がそのまま気泡となる中空体をゴム原料に添加することにより形成してもよい。かかる中空体としては、例えば、ガラスバルーンやシリカバルーン等の無機物からなるマイクロバルーンや、フェノールやエポキシ等の熱硬化性樹脂からなるマイクロバルーン等が挙げられる。

ゴム原料としてＥＰＤＭ用い、発泡剤として粒径（メジアン径）１４μｍのＯＢＳＨと、粒径４μｍＯＢＳＨとを用い、表１に示す配合で実施例１及び比較例１，２の発泡ゴム成形体の試験片を作成した。まず、材料を混練し、次に混練した材料をシリンダ径９０ｍｍの押出機で略円筒形状に押出成形し、マイクロ波槽と熱オーブン槽を順に通過させることにより押出成形体を加熱して加硫すると共に発泡剤を発泡させて実施例１及び比較例１，２の発泡ゴム成形体を得た。なお、熱オーブンの終点での発泡ゴム成形体の送り速度は毎分１０ｍであった。

得られた発泡ゴム成形体の切断面を観察すると、実施例１の発泡ゴム成形体は大径の気泡と小径の気泡があり、それらのほとんどがそれぞれ単独気泡として形成されていた（図１参照）。大径の気泡は気泡径が３００〜５００μｍであり、小径の気泡は気泡径が５０〜１４０μｍであった。比較例１の発泡ゴム成形体は従来汎用される粒径１４μｍの発泡剤のみが配合された例であるが、気泡径が約３００〜５００μｍの気泡が連続気泡として形成されていた。ただし、それよりも小さい気泡も発泡剤の粒径のばらつき及び発泡ガス量のばらつき等により生じて混在していた（図２参照）。比較例２は粒径４μｍの発泡剤のみが配合されており、実施例１の小径の気泡と同程度の気泡径を有する気泡が連続気泡として形成されていた。

実施例１及び比較例１，２の発泡ゴム成形体について密度、５０％圧縮時の圧縮荷重、表面粗度（Ｒｚ）を測定した。その測定結果を表２に示す。

表２を見れば明らかなように、実施例１及び比較例１，２の発泡ゴム成形体の密度は同程度である。しかしながら、圧縮荷重と表面粗度には差異があった。圧縮荷重は、１種類の発泡剤のみを配合した比較例１，２に比べ、粒径の異なる２種類の発泡剤を配合した実施例１の方が小さかった。表面粗度は、実施例１，比較例１，比較例２の順に実施例１が最も小さく、従来汎用される粒径１４μｍの発泡剤のみが配合された比較例１の発泡ゴム成形体と比較しても表面粗度が半分近くも小さかった。また、実施例１は他に比べ遮音性がよかった。

Claims (6)

1. 気泡を内包するシール材用発泡ゴム成形体であって、前記気泡は少なくとも一部が発泡
   剤により形成されており、前記気泡として、相対的に大径の気泡と、該大径の気泡よりも
   小径の気泡とを有し、各気泡がそれぞれ単独気泡として形成されており、前記大径の気泡
   は気泡径が３００〜５００μｍであり、前記小径の気泡は気泡径が５０〜１４０μｍであ
   ることを特徴とするシール材用発泡ゴム成形体。
2. 前記大径の気泡は、発泡剤又は中空体のうち少なくともいずれか一方により形成されて
   おり、
   前記小径の気泡は発泡剤の発泡により形成されていることを特徴とする請求項１に記載
   のシール材用発泡ゴム成形体。
3. 比重が０．３〜０．７であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシール材
   用発泡ゴム成形体。
4. 原料ゴムに、相対的に粒径の大きい発泡剤と、該粒径の大きい発泡剤よりも粒径の小さ
   い発泡剤との、粒径の異なる２種類の発泡剤を混合し、該２種類の発泡剤を発泡させて、
   相対的に大径の気泡と、該大径の気泡よりも小径の気泡とを、それぞれ単独気泡として形
   成し、前記大径の気泡は気泡径が３００〜５００μｍであり、前記小径の気泡は気泡径が
   ５０〜１４０μｍであることを特徴とするシール材用発泡ゴム成形体の製造方法。
5. 前記発泡剤として、４，４´−オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド（ＯＢＳＨ）
   、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、及びＮ，Ｎ´−ジニトロソペンタメチレンテトラ
   ミン（ＤＰＴ）からなる群のうち１種または２以上を組み合わせて用いることを特徴とす
   る請求項４に記載のシール材用発泡ゴム成形体の製造方法。
6. 前記ゴム原料がエチレン−プロピレン−ジエンゴムであり、
   前記発泡剤としてＯＢＳＨを用いることを特徴とする請求項５に記載のシール材用発泡
   ゴム成形体の製造方法。