JP6470827B1 - 自動車用シール材 - Google Patents
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Abstract
【課題】ウェザーストリップ等のゴムスポンジ材の軽量化を図りつつ、遮音性を高める。【解決手段】ゴムスポンジ材４の表面をセルロース繊維５を分散して含有する樹脂塗膜６によって覆う。【選択図】図２
Description
本発明は自動車用シール材に関する。
基材表面への機能性の付与や外観を高めるために、基材表面にコーティングを施すことが広く行われている。例えば、自動車用ウェザーストリップでは、耐摩耗性、滑り性（摺動性）などの機能の付与及び外観向上を目的として、表面に硬化型ウレタン系塗料等が塗装されている。例えば、特許文献１には、ウェザーストリップにウレタン系水性塗料を塗布し、乾燥硬化させた後にアミノ基を含有するシリコーン化合物を塗布することが記載されている。
一方、繊維材を基材表面に吹付け塗布して基材の吸遮音性を高めることも一般に行われている。例えば、特許文献２には、天然繊維及び合成樹脂を主成分とする吸遮音材を車体パネルに吹き付けて車両用吸遮音構造を得ること、その天然繊維として、平均繊維長が０．５〜４．０ｍｍであるセルロース系繊維を用いること、合成樹脂として、液状接着剤を１〜３０質量％の範囲で混合すること、目付け重量を０．２〜３ｋｇ／ｍ２にすることが記載されている。特許文献３，４には、結晶性セルロースを含有するポリウレタン樹脂を防音材として用いることが記載されている。
一般に各種の機械器具では軽量化が求められることが多い。例えば、自動車では、その燃費向上のために自動車を構成する部品単位での軽量化が求められる。上述のウェザーストリップでは、ゴム材料の比重を下げることによって軽量化が図られているが、その結果、音を透過させ易くなり、遮音性が低下するという問題が出てくる。これに対して、ウェザーストリップの厚肉化、シール面積の増加、遮音用リップ、或いは中空内リップの追加等によって、音対策がなされているが、ウェザーストリップの断面設計や製造の難易度が高くなるため、製品コストの上昇を招く。
本発明は、ウェザーストリップ等の自動車用シール材の遮音性を高めることを課題とする。
本発明は、上記課題を解決するために、ゴムスポンジ材の遮音性向上にセルロース繊維を利用するようにした。
すなわち、ここに開示する自動車用シール材は、ゴムスポンジ材の表面がセルロース繊維を分散して含有する樹脂塗膜で覆われてなり、
上記ゴムスポンジ材は、比重が０．４８以上０．７以下である遮音性スポンジ材を少なくとも一部に備えてなることを特徴とする。
上記ゴムスポンジ材は、比重が０．４８以上０．７以下である遮音性スポンジ材を少なくとも一部に備えてなることを特徴とする。
これによれば、ゴムスポンジ材表面の樹脂塗膜中にセルロース繊維が分散していることにより、遮音性が高くなる。その理由は定かではないが、樹脂とセルロース繊維の複合化によって樹脂塗膜の内部損失が大きくなり、ゴムスポンジ材の内部損失と相俟って、遮音性が高くなるものと推測される。また、樹脂塗膜におけるセルロース繊維の分散により、当該スポンジ材の耐摩耗性及び滑り性が向上し、当該スポンジ材が、例えば、自動車の車体やウィンドガラスなど別の物体と擦れあったときのきしみ音が低減し、さらに、それら物体を傷つけることがない。なお、乾燥硬化した樹脂塗膜層の表面にはセルロース繊維に由来した微小凹凸が形成されるが、シール機能（自動車の車体などに当接した際の止水性など）は劣ることなく維持される。
また、一般に遮音材ないし吸音材の比重が小さくなると、質量法則により遮音性が低下する。しかし、後に示す実験データによれば、比重が小さくなるほど遮音性は確かに低下するものの、セルロース繊維を分散させた樹脂塗膜の存在により、比重の低下に伴う遮音性の低下が抑制される。すなわち、ゴムスポンジ材は比重が０．４８以上０．７以下である遮音性スポンジ材を少なくとも一部に備えてなることにより、軽量化と遮音性向上という相反する要求を同時に応える上で有利になる。
一実施形態では、自動車用シール材は、中空シール部を備え、該中空シール部の車体又はウインドガラスと接触する部分が上記遮音性スポンジ材によって形成されている。
一実施形態では、自動車用シール材は、上記ゴムスポンジ材がＥＰＤＭよりなり、ウェザーストリップとして用いられる。
一実施形態では、上記樹脂塗膜における上記セルロース繊維の含有量が０．２質量％以上５０質量％以下である。この含有量の下限としては、１質量％がより好ましく、５質量％がさらに好ましい。一方、この含有量の上限としては、３０質量％がより好ましい。
セルロース繊維の含有量が少なくなると、樹脂塗膜におけるセルロース繊維の分散による遮音性、耐摩耗性及び滑り性の向上効果が薄れてくる。その観点から、当該含有量は上記下限以上であることが好ましい。一方、セルロース繊維の含有量が多くなると、塗装する際に塗料の粘度が上昇して塗装性が悪くなる。その観点から、当該含有量は上記上限以下であることが好ましい。
一実施形態では、上記セルロース繊維の比表面積が５ｍ２／ｇ以上６００ｍ２／ｇ以下である。これにより、遮音性の向上に有利になる。
一実施形態では、上記樹脂塗膜の樹脂成分がウレタン樹脂又はシリコーン樹脂である。
上記遮音性スポンジ材は、自動車用シール材として有用であり、例えば、ドアウェザーストリップとして、ガラスランチャンネルとして、或いはドアパネルのドア装備品組付用のサービスホールを塞ぐシール材として、又はその一部として利用することができる。
本発明によれば、ゴムスポンジ材の表面を覆う樹脂塗膜中にセルロース繊維が分散し、このゴムスポンジ材は比重が０．４８以上０．７以下である遮音性スポンジ材を少なくとも一部に備えてなることにより、自動車用シール材の遮音性を高めることが可能になる。
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
＜自動車用シール材＞
図１に概略的に示す自動車用シール材としての自動車のドアウェザーストリップ１において、２はドアの周縁部に取り付けられる取付基部、３は取付基部２と一体になった中空シール部である。中空シール部３は、図２に示すように、ゴムスポンジ材４の表面がセルロース繊維５を分散して含有する樹脂塗膜６によって覆われてなる。
図１に概略的に示す自動車用シール材としての自動車のドアウェザーストリップ１において、２はドアの周縁部に取り付けられる取付基部、３は取付基部２と一体になった中空シール部である。中空シール部３は、図２に示すように、ゴムスポンジ材４の表面がセルロース繊維５を分散して含有する樹脂塗膜６によって覆われてなる。
ゴムスポンジ材４のゴム材料としては、例えば、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエン共重合体）を好ましく用いることができる。ＩＲ（イソプレンゴム）、ＣＲ（クロロプレンゴム）、熱可塑性エストラマー（オレフィン系またはスチレン系熱可塑性エストラマー）、軟質のポリ塩化ビニルなど、他のゴム材料ないしゴム様弾性を有する他の弾性材料を用いることもできる。また、ウェザーストリップ１は、部分的に、ソリッド状の材料で形成してもよい。
樹脂塗膜６によって覆われるゴムスポンジ材４は、比重が０．７以下である。
樹脂塗膜６の樹脂成分（塗膜形成要素）としては、ウレタン樹脂又はシリコーン樹脂を好ましく用いることができる。ウレタン樹脂とシリコーン樹脂を併用してもよい。アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、エポキシ樹脂など、他の樹脂を用いてもよい。
樹脂塗膜６は、塗膜形成要素である樹脂とセルロース繊維５との化学的結合による界面接着を得る観点から、カルボジイミド、イソシアネート、シランカップリング剤等のカップリング剤を含有することができる。
セルロース繊維５はパルプ等の植物原料から得られる繊維である。セルロース繊維の原料となるパルプとしては、化学パルプ、機械パルプ、古紙パルプ等を採用することができる。
化学パルプとしては、広葉樹晒クラフトパルプ（ＬＢＫＰ）、広葉樹未晒クラフトパルプ（ＬＵＫＰ）等の広葉樹クラフトパルプ（ＬＫＰ）、針葉樹晒クラフトパルプ（ＮＢＫＰ）、針葉樹未晒クラフトパルプ（ＮＵＫＰ）等の針葉樹クラフトパルプ（ＮＫＰ）等が挙げられる。
機械パルプとしては、ストーングランドパルプ（ＳＧＰ）、加圧ストーングランドパルプ（ＰＧＷ）、リファイナーグランドパルプ（ＲＧＰ）、ケミグランドパルプ（ＣＧＰ）、サーモグランドパルプ（ＴＧＰ）、グランドパルプ（ＧＰ）、サーモメカニカルパルプ（ＴＭＰ）、ケミサーモメカニカルパルプ（ＣＴＭＰ）、晒サーモメカニカルパルプ（ＢＴＭＰ）等が挙げられる。
古紙パイプは、茶古紙、クラフト封筒古紙、雑誌古紙、新聞古紙、チラシ古紙、オフィス古紙、段ボール古紙、上白古紙、ケント古紙、模造古紙、地券古紙、更紙古紙等から製造される。古紙パルプを脱墨処理した脱墨パルプ（ＤＩＰ）を採用することもできる。
上記パルプは一種単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。
その他の植物原料としては、リンターパルプ、麻、バガス、ケナフ、エスパルト草、竹、籾殻、わら等から得られるパルプなどが挙げられる。また、パルプの原料となる木材、麻、バガス、ケナフ、エスパルト草、竹、籾殻、わら等を直接植物原料として用いることもできる。
本実施形態に係る水性塗料のセルロース繊維は、レーザー回折法により測定される体積基準の疑似粒度分布曲線において５μｍ以上に最頻値を有している。「擬似粒度分布曲線」とは、粒度分布測定装置として堀場製作所の粒度分布測定装置「ＬＡ−９６０Ｓ」を用い、分散媒である水に分散させて超音波処理した分散液について測定される体積基準粒度分布を示す曲線を意味する。
また、セルロース繊維５としては、繊維径がナノサイズ（１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下）から２０μｍ以下程度のものを好ましく採用することができる。セルロース繊維５の繊維長は、１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。セルロース繊維５の比表面積は５ｍ２／ｇ以上６００ｍ２／ｇ以下であることが好ましい。
このようなセルロース繊維は、通常、植物原料（繊維原料） を公知の方法により解繊することにより得ることができる。パルプを植物原料として用いた場合の製造方法として、例えば水分散状態のパルプを機械的処理による解繊に付してよく、酵素処理、酸処理等の化学的処理による解繊に付してもよい。機械的処理による解繊方法としては、例えばパルプを回転する砥石間で磨砕するグラインダー法、高圧ホモジナイザーを用いた対向衝突法、高速解繊機、振動ミル、高速回転下でのホモミキサー、せん断型ミキサー、遊星回転型ミキサー、超音波分散機、ビーズミル、ロッドミル、リングミル、アトリションミル、ボールミル、ロールミル、カッターミル等を用いる粉砕法などが挙げられる。通常、パルプが解繊されて得られるセルロース繊維が所望のサイズになるまで、解繊処理が繰り返し行われる。パルプ以外の植物原料の場合も、同様の方法でセルロース繊維を得ることができる。
樹脂塗膜６におけるセルロース繊維５の含有量は、０．２質量％以上５０質量％以下であることが好ましい。樹脂塗膜６にはセルロース繊維５の原料に係る植物由来のヘミセルロースやリグニンなどが残存していても構わない。
＜自動車用シール材の製法＞
上記自動車用シール材は、ゴムスポンジ材４の表面に樹脂塗膜６を塗装によって形成することで得ることができる。その塗装方法としては、次の塗装方法を採用することができる。
上記自動車用シール材は、ゴムスポンジ材４の表面に樹脂塗膜６を塗装によって形成することで得ることができる。その塗装方法としては、次の塗装方法を採用することができる。
［塗装方法］
セルロース繊維５を水に分散させたセルロース分散液と水性塗料を混合してセルロース繊維含有塗料を調製する第１工程と、セルロース繊維含有塗料をゴムスポンジ材４の表面に塗布する第２工程と、該第２工程で得られた塗膜を乾燥硬化させる第３工程とを備えている。セルロース繊維含有塗料の塗布には、例えば塗装ガン（スプレーガン）用いることができ、或いはブレード等を用いてもよい。
セルロース繊維５を水に分散させたセルロース分散液と水性塗料を混合してセルロース繊維含有塗料を調製する第１工程と、セルロース繊維含有塗料をゴムスポンジ材４の表面に塗布する第２工程と、該第２工程で得られた塗膜を乾燥硬化させる第３工程とを備えている。セルロース繊維含有塗料の塗布には、例えば塗装ガン（スプレーガン）用いることができ、或いはブレード等を用いてもよい。
この塗装方法によれば、セルロース繊維５が全体にわたって均等に分散した樹脂塗膜６を得ることができる。
［その他］
塗装方法において、第３工程（乾燥硬化）の後、樹脂塗膜６を厚くするために、或いは、第３工程（乾燥硬化）の後、別の工程を経てから未塗装箇所へ塗装が必要となった際、既に塗装された箇所へ重ねて塗装するために、再度塗装を行なう重ね塗りをすることもできる。先に乾燥硬化した樹脂塗膜層の表面にセルロース繊維５に由来する微小凹凸が形成されるため、層間の結合力が強くなり、このように一旦乾燥硬化させた後に重ね塗りをしたとしても、塗膜の層間剥離は抑制され、剥がれることはない。
塗装方法において、第３工程（乾燥硬化）の後、樹脂塗膜６を厚くするために、或いは、第３工程（乾燥硬化）の後、別の工程を経てから未塗装箇所へ塗装が必要となった際、既に塗装された箇所へ重ねて塗装するために、再度塗装を行なう重ね塗りをすることもできる。先に乾燥硬化した樹脂塗膜層の表面にセルロース繊維５に由来する微小凹凸が形成されるため、層間の結合力が強くなり、このように一旦乾燥硬化させた後に重ね塗りをしたとしても、塗膜の層間剥離は抑制され、剥がれることはない。
＜実施例・比較例＞
［実施例］
実施例は上述の塗装方法によってゴムスポンジ材の表面にセルロース繊維含有樹脂塗膜を形成するケースである。
［実施例］
実施例は上述の塗装方法によってゴムスポンジ材の表面にセルロース繊維含有樹脂塗膜を形成するケースである。
表１の組成からなるセルロース繊維含有塗料及び厚さ２ｍｍの押出加硫成形されたＥＰＤＭゴムスポンジ板（比重０．４８）を準備した。このセルロース繊維含有塗料は、セルロース分散液と水性塗料を混合したものである。
セルロース分散液は、表１における広葉樹晒クラフトパルプを原料とする２％セルロース繊維スラリー（２４０重量部）をイオン交換水（３００重量部）で希釈したものであり、セルロース繊維の濃度は０．９質量％である。希釈には自転公転ミキサーを用いた。セルロース繊維の繊維径は数十ｎｍであり、繊維長は１〜１００μｍである。
シンナーを用いてゴムスポンジ板の表面を脱脂した後、塗装ガンによって表１の組成からなるセルロース繊維含有塗料をゴムスポンジ板に塗布した。しかる後、オーブンにて９０℃の温度に１０分間保持することにより、塗膜の乾燥硬化を行なった。
以上によって得た遮音性スポンジ材の樹脂塗膜は、乾燥膜厚が６〜９μｍであり、セルロース繊維の含有量は約１０質量％である。
［比較例］
実施例と同じゴムスポンジ板を準備し、シンナーを用いてゴムスポンジ板の表面を脱脂した後、表２の組成からなる水性塗料を塗装ガンで塗布した。しかる後、オーブンにて９０℃の温度に１０分間保持することにより、塗膜の乾燥硬化を行ない、セルロースを含有しない樹脂塗膜を形成した。
実施例と同じゴムスポンジ板を準備し、シンナーを用いてゴムスポンジ板の表面を脱脂した後、表２の組成からなる水性塗料を塗装ガンで塗布した。しかる後、オーブンにて９０℃の温度に１０分間保持することにより、塗膜の乾燥硬化を行ない、セルロースを含有しない樹脂塗膜を形成した。
［物性評価］
実施例及び比較例の自動車用シール材（評価用塗装サンプル）の物性を調べた。結果を表３に示す。
実施例及び比較例の自動車用シール材（評価用塗装サンプル）の物性を調べた。結果を表３に示す。
表３の耐摩耗性は、図３に示す要領で耐摩耗性試験用ガラス摩耗子（ｔ＝３．５ｍｍ）を備えた学振式摩耗試験器（ストローク：１５０ｍｍ、スピード：６０回／分）を用いて試験し、評価用塗装サンプルの塗装面が摩耗あるいは剥離し、基材が露出したときの回数を調べた。この回数が多いほど塗膜の耐摩耗性が優れていることを示す。
表３の静摩擦係数及び動摩擦係数は以下の手順で求めた。ヘイドン試験器（ＨＥＩＤＯＮ ＴＲＩＢＯＧＥＡＲ ＴＹＰＥ３２，測定子：ガラス時計皿，荷重：２０Ｎ）を用い、摺動速度１０００ｍｍ／ｍｉｎにて２回摺動させた後、３回目に摺動させた測定値を取得した。これらの摩擦係数が小さいほど塗膜の滑り性が優れていることを示す。
セルロース繊維が樹脂塗膜中に分散した実施例は、セルロース繊維不含有の比較例に比べて、耐摩耗性が１．５倍以上優れている。摩擦係数も、実施例は比較例に比べて小さくなっており、滑り性が優れていることがわかる。
表面粗さをみると、実施例は、比較例に比べて粗く、これが優れた耐摩耗性及び滑り性の一因になっていると認められる。
＜遮音性評価＞
［実施例と比較例の比較］
実施例及び比較例各々の条件及び方法によって、図４に示すように、ウェザーストリップ１の中空シール部３の表面に塗装を施したサンプルを作製し、遮音性を評価した。ウェザーストリップ１は厚さ２ｍｍの押出しスポンジ材（比重０．４８）である。
［実施例と比較例の比較］
実施例及び比較例各々の条件及び方法によって、図４に示すように、ウェザーストリップ１の中空シール部３の表面に塗装を施したサンプルを作製し、遮音性を評価した。ウェザーストリップ１は厚さ２ｍｍの押出しスポンジ材（比重０．４８）である。
図５は遮音性試験設備を示す。上下の治具２１，２２間にウェザーストリップ１を挟んでその全高が３４％低くなるように圧縮し、残響室側に音源（残響室内９０ｄＢ均一）を配置し、無響室側に無指向マイク２３を配置して透過音を測定した。治具２１，２２の残響室側には遮蔽板２４，２５を設けた。測定周波数は１００Ｈｚ〜１００００Ｈｚである。
透過音の測定により、実施例は、比較例に比べて、１０００Ｈｚ〜４０００Ｈｚの周波数の範囲において２ｄＢ程度音圧が低くなることがわかった。
［ゴムスポンジ材の比重と遮音特性との関係］
比重がそれぞれ０．４８、０．５３、０．５７、０．７０であるウェザーストリップ（厚さ２ｍｍのＥＰＤＭ押出加硫スポンジ材）を準備した。比重が異なるこれらウェザーストリップに、セルロース繊維含有塗料の実施例及び比較例（セルロース繊維不含有）の条件及び方法で樹脂塗膜を形成した。但し、塗膜の乾燥硬化条件は、温度を９０℃、乾燥時間を１０分間とした。得られた各ウェザーストリップについて、図５に示す遮音性試験設備にて、透過音の測定を行なった。音源側の音圧を９０ｄＢ、測定周波数は１００Ｈｚ〜１００００Ｈｚの範囲とした。１ｋＨｚ〜４ｋＨｚ帯域でのオーバーオール（ＯＡ）値の結果を図６に示す。
比重がそれぞれ０．４８、０．５３、０．５７、０．７０であるウェザーストリップ（厚さ２ｍｍのＥＰＤＭ押出加硫スポンジ材）を準備した。比重が異なるこれらウェザーストリップに、セルロース繊維含有塗料の実施例及び比較例（セルロース繊維不含有）の条件及び方法で樹脂塗膜を形成した。但し、塗膜の乾燥硬化条件は、温度を９０℃、乾燥時間を１０分間とした。得られた各ウェザーストリップについて、図５に示す遮音性試験設備にて、透過音の測定を行なった。音源側の音圧を９０ｄＢ、測定周波数は１００Ｈｚ〜１００００Ｈｚの範囲とした。１ｋＨｚ〜４ｋＨｚ帯域でのオーバーオール（ＯＡ）値の結果を図６に示す。
図６によれば、セルロース繊維含有塗料及びセルロース繊維不含有塗料のいずれにおいて、ゴムスポンジ材の比重が小さくなるに従って、透過音が大きくなる（遮音性が低下する）傾向が見られる。しかし、実施例のセルロース繊維含有塗料では、比重０．４８以上０．７以下において、セルロース繊維不含有塗料の比較例よりも遮音性が良く、且つ比重が小さくなるほどセルロース繊維不含有塗料の比較例よりも遮音効果が高くなっている。
［セルロース繊維の繊維径の影響］
セルロース繊維の繊維径がそれぞれ１０ｎｍ、１００ｎｍ、１μｍ、１０μｍである各２％セルロース繊維スラリーを用い、実施例の条件及び方法により、セルロース繊維の繊維径が異なる各ウェザーストリップを作製した。そうして、それらウェザーストリップの透過音を図５に示す設備で測定した。
セルロース繊維の繊維径がそれぞれ１０ｎｍ、１００ｎｍ、１μｍ、１０μｍである各２％セルロース繊維スラリーを用い、実施例の条件及び方法により、セルロース繊維の繊維径が異なる各ウェザーストリップを作製した。そうして、それらウェザーストリップの透過音を図５に示す設備で測定した。
その結果、多少ばらつきはあるが、セルロース繊維の繊維径が異なっても略同じ遮音特性が得られることを確認した。
１ ウェザーストリップ（自動車用シール材）
２ 取付基部
３ 中空シール部
４ ゴムスポンジ材
５ セルロース繊維
６ 樹脂塗膜
１１ セルロース分散液
１２ 水性塗料
１３ 塗装ガン
１５ 樹脂単独層
２ 取付基部
３ 中空シール部
４ ゴムスポンジ材
５ セルロース繊維
６ 樹脂塗膜
１１ セルロース分散液
１２ 水性塗料
１３ 塗装ガン
１５ 樹脂単独層
Claims (5)
- ゴムスポンジ材の表面がセルロース繊維を分散して含有する樹脂塗膜で覆われてなり、
上記ゴムスポンジ材は、比重が０．４８以上０．７以下である遮音性スポンジ材を少なくとも一部に備えてなることを特徴とする自動車用シール材。 - 請求項１において、
中空シール部を備え、該中空シール部の車体又はウインドガラスと接触する部分が上記遮音性スポンジ材によって形成されていることを特徴とする自動車用シール材。 - 請求項１又は請求項２において、
上記ゴムスポンジ材がＥＰＤＭよりなり、ウェザーストリップとして用いられることを特徴とする自動車用シール材。 - 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
上記樹脂塗膜における上記セルロース繊維の含有量が０．２質量％以上５０質量％以下であることを特徴とする自動車用シール材。 - 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
上記セルロース繊維の比表面積が５ｍ２／ｇ以上６００ｍ２／ｇ以下であることを特徴とする自動車用シール材。
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