JP6269849B2 - ウエザストリップのガラス摺接部位用摺動材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウエザストリップのガラス摺接部位用摺動材の製造方法に関するものである。

ウエザストリップは、一般的にオレフィン系ポリマー（ゴム、熱可塑性樹脂又は熱可塑性エラストマー）により形成されており、特に窓枠部に取り付けられてガラスが摺接するガラスラン、インナーウエザストリップ、アウターウエザストリップ等のウエザストリップでは、ガラスの摺動性を高めるために、次のような手段が知られている。

（１）シリコーン化合物の添加
特許文献１には、オレフィン系ポリマーにシリコーン化合物を５〜２０重量％配合した原料の押し出しにより得られる摺動材料と、それを使用してガラスと摺接する部位の表面部分を成形したウエザストリップが記載されている。
しかし、シリコーン化合物は、摺動性は付与するが、その背反事項として、配合量が多いと型部との接着性を低下させるため、断面の切り出し工程が必要になるという問題がある。

（２）樹脂微粒子の混合
特許文献２には、ウエザストリップ本体の材料としてオレフィン系熱可塑性エラストマーを使用し、薄保護膜の材料としてオレフィン系樹脂のベース材料にポリエチレン粉末又は粒子を混合した合成樹脂を使用して、二台の押し出し成形機で同時押し出し成形するウエザストリップの製造方法が記載されている。ポリエチレン粉末又は粒子は、高粘度・低流動性のものを用いるので、ある程度の粉末又は粒子の形状を維持したままで押し出し成形され、表面に細かい凹凸の粗面部を形成するとしている。
しかし、本発明者らの検討によると、薄保護膜のベース材料が樹脂であるため、柔軟性に劣るという問題があった。

特許文献３には、オレフィン系樹脂にエチレン系共重合ゴムが動的に分散・混練により架橋されたポリマーからなるオレフィン系熱可塑性エラストマーに、アクリル変性オルガノポリシロキサンを配合し、さらにポリエチレン系微粒子パウダー、ポリスチレン系微粒子パウダー、アクリル系微粒子パウダーから選ばれる少なくとも一種の微粒子パウダー（平均粒子径が３０〜８０μｍ）を配合してなる組成物と、それを使用してウエザストリップのガラスと摺接する箇所を成形することが記載されている。
しかし、本発明者らの検討によると、この手法によっても十分な摺動性は得られなかった。

ＷＯ２００８／００７７９８Ａ１国際公開パンフレット 特公平７−７３８９３号公報 特許第４２９７４５９号公報

そこで、本発明の目的は、摩擦係数、摺動抵抗、摩耗量等が小さく、摺動性の良いウエザストリップのガラス摺接部位用摺動材を提供することにある。

熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ：Thermoplastic Elastomer）は熱可塑性樹脂とゴムからなるポリマーであり、そのうち動的架橋（Dynamic Vulcanization）というリアクティブプロセスによって製造されるＴＰＥが、動的架橋型熱可塑性エラストマー（ＴＰＶ：Thermoplastic Vulcanizates）である。動的架橋とは、熱可塑性樹脂とゴムを溶融混練すると同時に、せん断下でゴムを架橋するプロセスであり、通常のゴムを静的に架橋成形するプロセスに対して呼称されるものである。ＴＰＶは、マトリックス（海相）である熱可塑性樹脂中に架橋ゴムがドメイン（島相）として分散した海島構造をなす。ウエザストリップに一般的に使用されているのは、オレフィン系熱可塑性樹脂の一つであるポリプロピレン（ＰＰ）と、オレフィン系ゴムの一つであるエチレン・プロピレン・ジエン共重合ゴム（ＥＰＤＭ）とを組み合わせたオレフィン系ＴＰＶである。

本発明者らが、特許文献３の手法を確認するため、図４（ａ）に示すように、押出機５０に、動的架橋後のオレフィン系ＴＰＶのペレットとポリエチレン（ＰＥ）粒子とを投入し、混練して押し出し、押し出したオレフィン系ＴＰＶ５２を観察したところ、図４（ｂ）に模式的に示すように、マトリックスであるＰＰ５３におけるドメインであるＥＰＤＭ５４の粒径が不均一であるだけでなく、ＰＥ粒子５５の分散性が悪く、粒径も不均一であった。このような状態が原因で、上記のとおり十分な摺動性が得られなかったものと考察された。

本発明者らは、この考察をふまえ、ＰＰと架橋前のＥＰＤＭとポリエチレン（ＰＥ）粒子とを混練することで、ＰＥ粒子の分散性とサイズの均一化を高めることができることを見出し、さらに検討のうえ本発明に到った。

本発明は、ガラスが摺接するガラスラン、インナーウエザストリップ又はアウターウエ ザストリップのガラス摺接部位用摺動材であって、ＰＰと架橋前のＥＰＤＭとＰＥ粒子とを二軸押出機に投入して溶融混練しながらＥＰＤＭを動的架橋することにより、ＰＥ粒子が分散し、該ＰＥ粒子が摺動材表面を凹凸化したオレフィン系ＴＰＶよりなるガラス摺接 部位用摺動材を製造する方法である。

ＰＰと架橋前のＥＰＤＭとＰＥ粒子とを二軸押出機に投入することで、ＰＥ粒子がマトリックスであるＰＰに分散しやすくなる。また、ＰＰと架橋前のＥＰＤＭとＰＥ粒子とが二軸押出機を通って溶融混練される過程で、ＰＥ粒子は、二軸の回転によるせん断により微細化され、粒径が均一化されるため、より分散しやすくなる。このＰＥ粒子は、ウエザストリップのガラス摺接部位に用いたウエザストリップ用摺動材の表面を、均等なピッチ及び凸高さで凹凸化し、ガラスとの接触面積を減らすため、摩擦係数や摩耗量が減少し、摺動性が向上する。

ここで、ＰＥ粒子は、ＥＰＤＭの動的架橋がさほど進行していない二軸押出機の軸長の前半部にあるホッパに投入すればよく、例えば、ＰＰ及び架橋前のＥＰＤＭと同一ホッパに同時に投入したり、ＰＰ及び架橋前のＥＰＤＭのホッパに隣接するホッパに投入したりすることができる。

ＰＰとＥＰＤＭとの合計１００質量部に対して、ＰＥ粒子の配合量が１０〜９０質量部であることが好ましい。ＰＥ粒子の配合量が１０質量部未満になると摩擦係数及び摺動抵抗が大きくなり、９０質量部を超えると摺接するガラスの摩耗が多くなる。

ＰＥ粒子の平均粒径は、投入前に３０〜２００μｍであり、溶融混練で微細化し、製造されたウエザストリップ用摺動材中において１０〜５０μｍであることが好ましい。ＰＥ粒子の粒径が、この範囲で微細化することにより、均一化されるからである。
なお、本発明におけるＰＥ粒子の平均粒径は、ＪＩＳ Ｚ８８０１で規定された９種類の篩（目開き：７１０μｍ、５００μｍ、４２５μｍ、３００μｍ、２１２μｍ、１５０μｍ、１０６μｍ、７５μｍ、５３μｍ）を用いて、１００ｇの粒子を分級した際に得られる各篩に残った粒子の重量を目開きの大きい側から積分した積分曲線において、５０％の重量になる粒子径を測定することにより得られた値である。

ＰＥ粒子の材料としては、前記のとおり超高分子量ＰＥ（ＵＨＭＷＰＥ）を用いる。Ｐ Ｅには、中密度ＰＥ（ＭＤＰＥ）、高密度ＰＥ（ＨＤＰＥ）、高分子量ＰＥ（ＨＭＷＰＥ）、超高分子量ＰＥ（ＵＨＭＷＰＥ）等があるが、一般のＭＤＰＥ等に比べ数倍以上の耐摩耗性を有しているＵＨＭＷＰＥが好ましいからである。

ウエザストリップ用摺動材は、ガラスの摺動性を高めるために、ＰＰとＥＰＤＭとの合計１００質量部に対して、さらに３０質量部以下のシリコーン化合物を配合したものでもよい。シリコーン化合物の配合量を３０質量部以下とするのは、ウエザストリップ用摺動材をウエザストリップのガラス摺接部位に用いるとき、そのガラス摺接部位とウエザストリップ本体との接着性を悪化させないためである。この場合、
（１）シリコーン化合物を前記二軸押出機に投入してＰＰと架橋前のＥＰＤＭとＰＥ粒子とともに混練してもよいし、
（２）前記二軸押出機で得られたＰＥ粒子が分散したオレフィン系ＴＰＶとシリコーン化合物とを新たに二軸押出機に投入して溶融混練してもよい。

シリコーン化合物としては、シリコーンオイル、シリコーンガム、シリコーン系共重合体等を例示することができる。

なお、ウエザストリップ用摺動材には、ＥＰＤＭを架橋するための薬品（架橋剤、架橋促進剤等）を適宜配合することは言うまでもなく、さらに他の配合物を適宜配合することもできる。他の配合物としては、相溶化剤、カーボンブラック、酸化防止剤、加工助剤、着色剤等を例示できる。

製造されたウエザストリップ用摺動材は、静摩擦係数が０．４以下、動摩擦係数が０．２以下、且つ摺動抵抗が５００００回で１０．０Ｎ以下であることが好ましく、摺動抵抗が５００００回で５．０Ｎ以下であることがより好ましい。

本発明の摺動材の用途は、前記のとおり、窓枠部に取り付けられてガラスが摺接するガラスラン、インナーウエザストリップ又はアウターウエザストリップのガラス摺接部位の成形である。

本発明によれば、摩擦係数、摺動抵抗、摩耗量等が小さく、摺動性の良いウエザストリップのガラス摺接部位用摺動材を提供することができる。

実施例に係るウエザストリップ用摺動材の製造方法を示し、（ａ）はＰＰと架橋前のＥＰＤＭとＰＥ粒子とを二軸押出機に投入して溶融混合するときの概略図、（ｂ）は（ａ）で得られたＰＥ粒子が分散したオレフィン系ＴＰＶのペレットとシリコーン化合物とを新たに二軸押出機に投入して溶融混練するときの概略図、（ｃ）は（ｂ）で得られたウエザストリップ用摺動材の組織を示す模式図である。 （ａ１）は摩耗試験の側面図、（ａ２）は摩耗試験後の試験片の断面図、（ｂ１）は摺動抵抗測定の側面図、（ｂ２）は摺動抵抗測定の平面図である。 実施例のウエザストリップ用摺動材をガラスとの摺接部位に用いて成形した、（ａ）はガラスランの断面図、（ｂ）はインナーウエザストリップ及びアウターウエザストリップの断面図である。 従来例に係るウエザストリップ用摺動材の製造方法を示し、（ａ）は架橋後のオレフィン系ＴＰＶとＰＥ粒子とを二軸押出機に投入して溶融混合するときの概略図、（ｂ）は（ａ）で得られたウエザストリップ用摺動材の組織を示す模式図である。

ＰＰと架橋前のＥＰＤＭとＰＥ粒子とを二軸押出機に投入して溶融混練しながらＥＰＤＭを動的架橋することにより、ＰＥ粒子が分散したオレフィン系ＴＰＶよりなるウエザストリップ用摺動材を製造する。ＰＰとＥＰＤＭとの合計１００質量部に対して、ＰＥ粒子の配合量を１０〜９０質量部とする。ＰＥ粒子の平均粒径は、投入前に３０〜２００μｍであり、溶融混練で微細化し、製造されたウエザストリップ用摺動材中において１０〜５０μｍであることが好ましい。ＰＥ粒子の材料は、超高分子量ＰＥが好ましい。

ウエザストリップ用摺動材は、ＰＰとＥＰＤＭとの合計１００質量部に対して、さらに３０質量部以下のシリコーン化合物を配合したものでもよい。シリコーン化合物は前記二軸押出機に投入してＰＰと架橋前のＥＰＤＭとＰＥ粒子とともに混練することができる。または、前記二軸押出機で得られたＰＥ粒子が分散したオレフィン系ＴＰＶとシリコーン化合物とを新たに二軸押出機に投入して溶融混練することもできる。

次の表１に示す配合組成の実施例１〜７及び比較例１の各オレフィン系ＴＰＶ（ウエザストリップ用摺動材）を作製した。配合数値は、ＰＰとＥＰＤＭとの合計を１００質量部とし、それに対する他の材料の質量部を示した。

ここで、各材料の詳細は次のとおりである。
・ＰＰ：ブロックＰＰ、日本ポリプロ株式会社の商品名「ノバテックＰＰ ＥＣ７」
・ＥＰＤＭ：ＪＳＲ株式会社の商品名「ＥＰ９８」
・ＰＥ粒子：ＵＨＭＷＰＥ粒子、三井化学株式会社の商品名「ハイゼックスミリオン２４０Ｓ」（平均分子量約２００万、平均粒径約１２０μｍ）
・相溶化剤：三井化学株式会社の商品名「タフマー７０８０」
・カーボンブラック：カーボンブラックマスターバッチ（ＭＢ）、三福工業株式会社の商品名「ＭＦＰ−ＣＢ４５Ｌ」
・架橋剤：フェノール樹脂、田岡化学工業株式会社の商品名「タッキロール２５０Ｉ」
・酸化防止剤：ヒンダードフェノール系酸化防止剤、ＢＡＳＦ社の商品名「ＩＲＧＡＮＯＸ１０１０」
・シリコーン化合物：ペレット状シリコーン、東レ・ダウコーニング株式会社の商品名「ＢＹ２７−００１」

次の２つのステップにより、実施例１〜７及び比較例１の各オレフィン系ＴＰＶを作製した。
（１）ＰＥ粒子が分散したオレフィン系ＴＰＶの作製ステップ
図１（ａ）に示すように、二軸押出機１０の基端の第１ホッパ１１に、ＰＰと架橋前のＥＰＤＭとを相溶化剤、カーボンブラック、架橋剤及び酸化防止剤とともに投入し、その隣の第２ホッパ１２（二軸押出機の軸長の前半部にある）にＰＥ粒子を投入して、二軸押出機１０を通る過程で二軸の回転によるせん断によりＰＰと架橋前のＥＰＤＭとＰＥ粒子とを溶融混練しながらＥＰＤＭを動的架橋することにより、ＰＥ粒子が分散したオレフィン系ＴＰＶ１を押し出した。そして、このオレフィン系ＴＰＶ１をペレット化した。
なお、第１ホッパ１１に、これらの材料をまとめて投入してもよい。

（２）さらにシリコーン化合物を含むオレフィン系ＴＰＶの作製ステップ
図１（ｂ）に示すように、前記二軸押出機１０で得られたオレフィン系ＴＰＶ１のペレットを、新たに二軸押出機２０の基端の第１ホッパ２１に投入し、その隣の第２ホッパ２２にシリコーン化合物を投入して、これらを混練し、シリコーン化合物を含むオレフィン系ＴＰＶ２を押し出した。
なお、第１ホッパ２１に、これらの材料をまとめて投入してもよい。

図１（ｃ）に、作製した実施例１〜７のオレフィン系ＴＰＶ２の組織を拡大して模式的に示す。実施例１〜７のオレフィン系ＴＰＶ２は、マトリックス（海相）であるＰＰ３中にＥＰＤＭ４がドメイン（島相）として分散した海島構造をなし、さらにＰＥ粒子５が分散していた。前述した図４（ｂ）の従来例と比べ、ＥＰＤＭ４も、ＰＥ粒子５も分散性がよかった。また、ＰＥ粒子５の平均粒径は、投入前に約１２０μｍであったものが、溶融混練で微細化し、作製されたオレフィン系ＴＰＶ２中においては約５０μｍでありしかも均一化していた。

実施例１〜７及び比較例１の各オレフィン系ＴＰＶの常態物性を、次のように試験・測定して評価し、上記の表１に記した。

１．引張強度及び伸び
ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠し、常温で引張試験を行い、引張強度と伸び（切断時伸び）を測定した。引張強度は６．０ＭＰａ以上を「良」、６．０ＭＰａ未満を「不可」と評価した。伸びは７０％以上を「良」、７０％未満を「不可」と評価した。

２．静摩擦係数、動摩擦係数
ＪＩＳ Ｋ７１２５に準拠し、１００ｍｍ／分で移動させたときの荷重から算出した。静摩擦係数は０．４以下を「良」、０．４超を「不可」と評価した。動摩擦係数は０．２以下を「良」、０．２超を「不可」と評価した。

３．摺動抵抗
図２（ａ１）（ａ２）に示すように、オレフィン系ＴＰＶ２で成形した幅５ｍｍ、長さ１６０ｍｍ、厚さ２ｍｍの試験片２ａを作製し、試験片２ａを保持具１５の上に取り付け、試験機にセットした。板状で摺動方向長さ３０ｍｍのガラス製摩耗子１６を試験片２ａに載せ、１０Ｎの荷重を加え、試験片２ａの表面をその長さ方向に摺動速度１５０ｍｍ／秒で往復摺動させた。往復摺動回数５００００回目の水平方向の荷重を測定して摺動抵抗の値とした。摺動抵抗は１０Ｎ以下を「良」、１０Ｎ超を「不可」と評価した。

４．ガラスによる磨耗量
図２（ｂ１）に示すように、オレフィン系ＴＰＶ２で成形した幅２０ｍｍ、長さ１６０ｍｍ、厚さ２ｍｍの試験片２ｂを作製し、試験片２ｂを保持具１７の上に取り付け、試験機にセットした。底面が幅５０ｍｍ×摺動方向長さ２０ｍｍ（Ｒ１０ｍｍ付）のガラス製摩耗子１８を試験片２ｂに載せ、３０Ｎの荷重を加え、試験片２ｂの表面をその長さ方向に摺動速度６０回／分で往復摺動させた。図２（ｂ２）に示すように、往復１００００回摺動後の試験片２ｂの磨耗量（ｍｍ）を測定した。摩耗量は０．１０ｍｍ以下を「良」、０．１０ｍｍ超〜０．１１ｍｍ以下を「可」、０．１１ｍｍ超を「不可」と評価した。

実施例１〜７の各オレフィン系ＴＰＶ２は、例えば、図３の（ａ）に示すようなガラスラン３１や、（ｂ）に示すようなインナーウエザストリップ３２及びアウターウエザストリップ３３の、ガラス４０との摺接部位に、ウエザストリップ用摺動材として用いることができる。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することができる。
（１）実施例ではシリコーン化合物を２ステップ目で混練したが、シリコーン化合物を１ステップ目の二軸押出機１０に投入して前記ＰＰと架橋前のＥＰＤＭとＰＥ粒子とともに混練してもよい。

１ オレフィン系ＴＰＶ
２ オレフィン系ＴＰＶ（シリコーン化合物を含む）
２ａ 試験片
２ｂ 試験片
３ ＰＰ
４ ＥＰＤＭ
５ ＰＥ粒子
１０ 二軸押出機
１１ 第１ホッパ
１２ 第２ホッパ
１５ 保持具
１６ ガラス製摩耗子
１７ 保持具
１８ ガラス製摩耗子
２０ 二軸押出機
２１ 第１ホッパ
２２ 第２ホッパ
３１ ガラスラン
３２ インナウエザストリップ
３３ アウタウエザストリップ

Claims (8)

1. ガラスが摺接するガラスラン、インナーウエザストリップ又はアウターウエザストリッ プのガラス摺接部位用摺動材であって、ＰＰと架橋前のＥＰＤＭと超高分子量ＰＥよりな るＰＥ粒子とを二軸押出機に投入して溶融混練しながらＥＰＤＭを動的架橋することにより、ＰＥ粒子が分散し、該ＰＥ粒子が摺動材表面を凹凸化したオレフィン系ＴＰＶよりなるガラス摺接部位用摺動材を製造する方法。
2. ＰＰとＥＰＤＭとの合計１００質量部に対して、ＰＥ粒子の配合量が１０〜９０質量部である請求項１記載のウエザストリップのガラス摺接部位用摺動材を製造する方法。
3. ＰＥ粒子の平均粒径は、投入前に３０〜２００μｍであり、溶融混練で微細化し、製造されたガラス摺接部位用摺動材中において１０〜５０μｍである請求項１又は２記載のウエザストリップのガラス摺接部位用摺動材を製造する方法。
4. ＰＰの配合量がＥＰＤＭの配合量よりも大きい請求項１〜３のいずれか一項に記載のウエザストリップのガラス摺接部位用摺動材を製造する方法。
5. ガラス摺接部位用摺動材は、ＰＰとＥＰＤＭとの合計１００質量部に対して、さらに３０質量部以下のシリコーン化合物を配合したものである請求項１〜４のいずれか一項に記載のウエザストリップのガラス摺接部位用摺動材を製造する方法。
6. シリコーン化合物は前記二軸押出機に投入してＰＰと架橋前のＥＰＤＭとＰＥ粒子とともに混練する請求項５記載のウエザストリップのガラス摺接部位用摺動材を製造する方法。
7. 前記二軸押出機で得られたＰＥ粒子が分散したオレフィン系ＴＰＶとシリコーン化合物とを新たに二軸押出機に投入して溶融混練する請求項５記載のウエザストリップのガラス 摺接部位用摺動材を製造する方法。
8. 製造されたガラス摺接部位用摺動材が次の特性（ア）、（イ）及び（ウ）を有する請求 項１〜７のいずれか一項に記載のウエザストリップのガラス摺接部位用摺動材を製造する 方法。
   （ア）ＪＩＳ Ｋ７１２５に準拠して測定された静摩擦係数が０．４以下、動摩擦係数が ０．２以下である。
   （イ）ガラス摺接部位用摺動材で成形した試験片に該試験片との接触面積が１５０ｍｍ ² であるガラス製摩耗子を試験片に載せ、１０Ｎの荷重を加え、試験片の表面を摺動速度１ ５０ｍｍ／秒で往復摺動させ、往復摺動回数５００００回目の水平方向の荷重を測定して 摺動抵抗とし、該摺動抵抗が１０．０Ｎ以下である。
   （ウ）ガラス摺接部位用摺動材で成形した試験片に底面が幅５０ｍｍ×摺動方向長さ２０ ｍｍ（Ｒ１０ｍｍ付）のガラス製摩耗子を載せ、３０Ｎの荷重を加え、試験片の表面を摺 動速度６０回／分で往復摺動させ、往復１００００回摺動後の試験片の磨耗量を測定し、 該摩耗量が０．１０ｍｍ以下である。

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