JP6746477B2 - ウェザーストリップスポンジ用epdmゴム組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、自動車のウェザーストリップスポンジの部分に適用されるEPDMゴム組成物に関する。
ウェザーストリップ(weather strip)は、自動車のドア部の周辺に位置してガラス(glass)の周りを覆っている装置である。ウェザーストリップの主要機能は、ドアのガラスが乗降する時、正確な軌道に沿って作動できるようにする作動ガイド機能と離脱防止機能がある。さらに、ウェザーストリップは、ガラスとドアとの間の隙間に位置することによって雪、雨のような外部異質物及び風などの侵入を防止し、車体の緩衝作用などを付与することで自動車の快適性と安楽性を提供する機能も有する。
ウェザーストリップは、エチレン−プロピレン−ジエンモノマー(EPDM)ゴムを主な樹脂として含むゴム素材からなり、車体によって圧縮されるスポンジ状の軟質部とその他の部分の固体形態の硬質部で構成される(図1参照)。
ウェザーストリップの軟質部(スポンジ部)の素材に要求される重要な要素は圧縮永久変形率(Compression set)である。すなわち、長時間使用してもシール性(sealing)をよく維持できるようにするためには圧縮永久変形率(Compression set)を最小化する設計が求められる。
韓国登録特許第10−1155065号「自動車用ウェザーストリップ組成物及びこれを用いた自動車用ウェザーストリップ」
本発明は、自動車のウェザーストリップスポンジに適用される素材として、繰り返し荷重による圧縮永久変形率(Compression set)を改善して耐熱性を向上させることで、EPDMゴムの慢性的な変色問題を解消できる新たなEPDMゴム組成物を提供することをその目的とする。
本発明は、
(1)ムーニー粘度(ML1+8 at 125℃)値が90以上、5−エチリデン−2−ノルボルネン(ENB)含量が9重量%以上、オイルを含んでいないEPDMゴム100重量部と、
(2)遊離硫黄(free sulfur)0.5〜1.0重量部と、
(3)1,6−ビス(N,N−ジベンジルチオカルバモイルジチオ)−ヘキサン(BDBzTH)0.5〜1.5重量部と、
を含むウェザーストリップスポンジ用EPDMゴム組成物を提供する。
本発明のEPDMゴム組成物は、繰り返し荷重による圧縮永久変形率(Compression set)を12%以下に低減した効果がある。
また、本発明のEPDMゴム組成物は、耐熱特性が改善されてEPDMゴムの慢性的な変色問題を解消できる効果がある。
したがって、本発明のEPDMゴム組成物は、自動車用ウェザーストリップスポンジの素材に効果的である。
自動車用ウェザーストリップの例示的な構造を示す概略図である。
本発明は、自動車用ウェザーストリップスポンジの素材に用いられるEPDMゴム組成物に関する。
本発明によるウェザーストリップスポンジ用EPDMゴム組成物は、EPDMゴム、遊離硫黄、1,6−ビス(N,N−ジベンジルチオカルバモイルジチオ)−ヘキサン、及び通常の添加剤を含む。本発明のEPDMゴム組成物を構成する各成分に対して、より具体的に説明すれば下記の通りである。
(1)EPDMゴム
圧縮永久変形率に影響を与える一要素はEPDMゴムである。通常、ウェザーストリップスポンジの素材に用いられるEPDMゴムは、各工場の精錬機器の特性、押出機及び口金を容易に通過(well flow)し、その形状を維持しなければならないという点などを考慮して分子量(Molecular weight)を基準として下記表1に示すように3つの群に分類することができる。
通常のウェザーストリップスポンジの素材としてオイルが含まれていない高分子量のEPDMゴムは、ムーニー粘度(ML1+4 at 125℃基準)が75〜90範囲である。ムーニー粘度が75未満であればドアの開閉時に形状復元に問題があり、ムーニー粘度が90を超えると押出(Extrusion)成形時に流れ性の不良による作業不良の原因となり、または冷却時の時間をたくさん必要とする問題があるため、ムーニー粘度75〜90範囲のものを主に使用している。
しかし、本発明ではムーニー粘度(ML1+8 at 125℃基準)値が90以上のEPDMゴムを使用することを特徴とし、好ましくはムーニー粘度(ML1+8 at 125℃)値が90〜95のEPDMゴムを使用する。
ウェザーストリップ製品は、その特性上、優秀な耐候性(Weather Ability)が要求される。本発明では、通常的なムーニー粘度値よりも高いEPDMゴムを用いるが、ムーニー粘度の高いEPDMゴムの使用による問題点となる混錬・混合・分散及び押出し(Extrusion)成形時の流れ性の不良、冷却時間の増加は混錬条件及び設備工程の調節により解消することができる。
本発明のEPDMゴム組成物は、ムーニー粘度(ML1+8 at 125℃)値が90未満であればウェザーストリップ製品の物性が低下し、または製品を押出する過程で断面形状の維持に制約が発生することがあるため、ムーニー粘度は90以上を維持することが良い。
また、前記EPDMゴムは、不飽和度を決定する5−エチリデン−2−ノルボルネン(ENB)の含量が9重量%以上、好ましくは9〜15重量%のものを使用する。ENBの含量が9重量%未満であれば不飽和度が低くて、求められる圧縮永久変形率が得られるにくい場合もあるため、9重量%以上を維持することが良い。
また、前記EPDMゴムは、エチレン含量が44〜58重量%のものを使用する。EPDMゴムのエチレン含量が前記範囲を超えるとウェザーストリップ製品の圧縮永久変形率が低減し、または製品を押出する過程で断面形状の維持に制約が発生することがある。
(2)遊離硫黄(free sulfur)
本発明のEPDMゴム組成物には、加硫剤として遊離硫黄(free sulfur)を使用する。
前記遊離硫黄は、EPDMゴム100重量部を基準として0.5〜1.0重量部の範囲で含まれる。遊離硫黄の含量が0.5重量部未満であれば架橋が不充分になって完成品の物性及び粘弾性が低下することがあり、1.0重量部を超えると架橋がたくさんできて長期耐久性の低下及び外観に黒点(Fish−eye)のような異質物が観察され、押出成形機の負荷発生及び押出し製品の外観不良の原因となる。
(3)1,6−ビス(N,N−ジベンジルチオカルバモイルジチオ)−ヘキサン(BDBzTH)
本発明のEPDMゴム組成物には1,6−ビス(N,N−ジベンジルチオカルバモイルジチオ)−ヘキサン(BDBzTH)が含まれていることで、圧縮永久変形率(Compression set)を改善させる効果と、耐熱性の改善により変色が生じないという効果を期待することができる。
前記1,6−ビス(N,N−ジベンジルチオカルバモイルジチオ)−ヘキサンは、分子量(MW)が693g/molであり、化学構造式は下記一般式(1)で表される。
前記一般式(1)で表される1,6−ビス(N,N−ジベンジルチオカルバモイルジチオ)−ヘキサンは、EPDMゴム100重量部を基準として0.5〜1.5重量部の範囲で含まれる。前記一般式(1)の1,6−ビス(N,N−ジベンジルチオカルバモイルジチオ)−ヘキサン含量が0.5重量部未満であれば永久圧縮変形率の歪み、架橋密度の低下、及び耐熱性が低下することがあり、1.5重量部を超えるとゴム組成物の引張物性が徐々に悪化することがある。
(4)添加剤
本発明のEPDMゴム組成物には通常の添加剤が含まれる。
本発明では、EPDMゴムに補強性を改善するためにゴム補強剤としてカーボンブラックを含む。前記カーボンブラックは、平均粒径、構造(structure)、表面性質と状態などによりゴムに多様な補強機能を付与するようになるが、本発明ではこのようなカーボンブラックの選択に特に制限はない。例えば、SRF、GPF、FEF、HAF、ISAF、SAF、FT、MTなどの通常のカーボンブラックから選択して使用できるが、本発明では、FTまたはFEFを好適に使用することができる。また、これらのカーボンブラックは、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。これらカーボンブラックの含量は、EPDMゴム100重量部を基準として20〜60重量部の範囲で使用することができる。前記カーボンブラックの含量が20重量部未満で、小量含まれる場合は目的とする機械的物性の補強効果が期待できなく、80重量部を超えると硬度の上昇及び流れ性の問題によって押出成形作業が難しくなる。
本発明では連続押出し加硫方式の製造工程の特性による吸湿剤(Absorbent)として炭酸カルシウム(CaCO)を含む。前記炭酸カルシウムは、EPDMゴム100重量部を基準として10〜50重量部の範囲で使用するが、炭酸カルシウムの含量が1重量部未満であれば内部気泡が発生する現象を十分に防止できなくなり、10重量部を超えると分散不良及び物性低下が発生することがある。
本発明では加硫を促進するために、さらに加硫促進助剤を添加することができる。例えば、酸化亜鉛(ZnO)または脂肪酸を加硫促進助剤として使用することができる。前記脂肪酸は、飽和または不飽和、直鎖または分鎖状の任意の脂肪酸であり得る。また、脂肪酸の炭素数に対しては特に制限はないが、例えば、炭素数1〜30、好ましくは炭素数15〜30の脂肪酸、より具体的にはシクロヘキサン、ヘキサン、オクタン酸、デカン酸(ネオデカン酸などの分枝状カルボン酸を含む)、ドデカン酸、テトラデカン酸、ヘキサデカン酸、オクタデカン酸(ステアリン酸)などの飽和脂肪酸;メタクリル酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸などの不飽和脂肪酸;ロジン、トール油酸、アビエチン酸などの樹脂酸などが含まれる。これら脂肪酸は1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。本発明では加硫促進助剤として酸化亜鉛(ZnO)、ステアリン酸またはこれら混合物を好適に使用することができる。前記加硫促進助剤の含量は、EPDMゴム100重量部を基準として3.0〜8.0重量部、好ましくは4〜7重量部含まれる。前記加硫促進助剤の含量が3.0重量部未満であれば加硫促進効果を期待できなく、8.0重量部を超えると作業性の悪化及び動倍率の悪化などの虞がある。
本発明では加硫促進剤として2−メルカプトベンゾチアゾール(2−Mercapto benzo thiazole、MBT)、テトラ(イソブチル)チウラムジスルフィド(Tetra(iso−butyl)thiuram disulfide、TiBTD)及びジブチルジチオカルバミン酸亜鉛(Zinc dibutyl dithiocarbamate、ZnDBC)、N,N−ジエチルチオ尿素(N.N−diethylthiourea、DETU)、カプロラクタムジスルフィド(caprolactam disulfide、CLD)などからなる群より選択された1種または2種以上の混合物を使用することができる。前記架橋促進剤の含量はEPDMゴム100重量部を基準として2.5〜8重量部、好ましくは2.5〜6重量部含まれる。
本発明では、老化防止剤としてゴム組成物に用いられる通常の添加剤を使用でき、その選択に特に制限はない。老化防止剤は、例えば、フェノール系老化防止剤、イミダゾール系老化防止剤、アミン系老化防止剤などが挙げられる。前記老化防止剤の含量は、EPDMゴム100重量部を基準として10重量部未満、好ましくは0.1〜4.0重量部である。
本発明ではウェザーストリップ製品の表面スリップ性の改善及び耐摩耗性を増加させるために、ポリプロピレン系ワックスを使用することが好ましいが、これに限定されることはない。特に、前記ポリプロピレン系ワックスは、その比重が0.90以下、融点は160℃以上の製品がよい。前記ポリプロピレン系ワックスの含量は、EPDMゴム100重量部を基準として0〜5重量部、好ましくは0.1〜2重量部である。
本発明では充填剤の役割、混錬及び圧延性能の向上、寸法安定性及び素材の単価を低減するために無機フィラーを使用することができる。本発明で用いられる無機フィラーは、粒子サイズが10μm以下で、白色度が95%以上の製品を使用することが好ましく、特に炭酸カルシウムを使用することがよい。前記無機フィラーは、EPDM100重量部を基準として20〜60重量部範囲で使われる。無機フィラーの使用量が20重量部未満であれば材料費の上昇及び充填剤としての役割が微々たるものになり、60重量部を超えると硬度上昇及び素材の流れ性の問題によって押出成形作業が難しくなる。
その他にも通常の発泡剤、通常の加工助剤を含んでもよい。
上述したような組成を有する本発明のEPDMゴム組成物は、各組成成分を適切に配合して製造することができる。すなわち、全ての組成成分を一回に配合して混錬を行ってもよく、または2段階に分けて各成分を配合して混錬を行ってもよい。混錬においては、ロール(roll)、内部ミキサー(Internal mixer)、バンバリー(Banbury)などの混錬機を用いることができる。また、シート(Sheet)状や帯状などに成形する時は、押出成形機、プレス機などの公知の成形機を用いることができる。
このような本発明は、下記の実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明がこれら実施例によって限定されることはない。
[実施例]
参考例1.EPDMゴムの準備
本実施例で使用されたEPDMゴムは、錦湖ポリケム製品KEP−2480、ランクセス(LANXESS)社のKeltan9950Cである。また、ウェザーストリップスポンジの要求物性を満足させるために現代自動車(株)と錦湖ポリケム(株)の共同研究により開発したKEP−9590を用いた。
下記表2にはKEP−9590、KEP−2480、Keltan9950Cのそれぞれの特性を整理した。また、EPDMゴム100重量部に遊離硫黄1.3重量部を配合して試片を製作し、各EPDMゴムを含む基本配合物に対する基本物性と圧縮永久変形率(Compression set)を測定した。
KEP2480とKeltan9950Cは、ムーニー粘度(ML1+8 at 125℃)がそれぞれ81と88である反面、KEP−9590は93であって、相対的に高い分子量を有する。そして、KEP−9590、KEP2480及びKeltan9950Cは、架橋速度も及び圧縮変形を最小化するためにENB含量が高いことがその特徴である。そして、KEP−9590、KEP2480及びKeltan9950Cは、基本配合の物性及び圧縮永久変形率(Compression set)についてはあまり差がなかった。
参考例2.物性測定方法
下記の方法でゴム組成物の試片の物性を測定した。
一般物性は、加硫条件(155℃、20分)で測定し、各試片の耐熱特性を確認するために熱老化(Heat Aging)条件(70℃、70時間)で物性を測定した。
(1)ムーニー粘度:JIS K 6300により測定した。
(2)ショア硬さ:JIS規格のJIS K 6301により測定した。
(3)引張強度:JIS規格のJIS K 6301により測定した。
(4)伸び率:JIS規格のJIS K 6301により測定した。
(5)硬度変化:JIS K 6301により測定した。
(6)引張強度変化率:JIS K 6301により測定した。
(7)伸び率の変化率:JIS K 6301により測定した。
(8)圧縮永久変形率(Compression set):ディスク式(Disk type)70℃×22hr条件、JIS K 6301により測定した。
実施例1〜6.ウェザーストリップスポンジ用EPDMゴム組成物の製造
下記表1に示す組成比でEPDMゴム(KEP2480)に遊離硫黄、1,6−ビス(N,N−ジベンジルチオカルバモイルジチオ)−ヘキサン(BDBzTH)、加硫促進剤として2−メルカプトベンゾチアゾール(MBT)、テトラ(イソブチル)チウラムジスルフィド(TiBTD)、及びジブチルジチオカルバミン酸亜鉛(ZnDBC)、N,N−ジエチルチオ尿素(DETU)、及びカプロラクタムジスルフィド(CLD)の混合物、加硫促進助剤として酸化亜鉛(ZnO)とステアリン酸の混合物、及び通常の添加剤を入れて配合し、混錬してEPDMゴム組成物を製造した。
添加剤は、EPDMゴム100重量部を基準として、カーボンブラックFEF(HS−45、Orion社)50重量部、パラフィンオイル(美昌石油工業(株)P−4、密度0.86g/cm、動粘度(40℃)109.9)65重量部、炭酸カルシウム(密度2.5g/cm、白色度95%以上)40重量部、ポリエチレングリコール2重量部、加工助剤(工程助剤)3重量部、発泡剤としてp,p’−オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジン(OBSH)2.5重量部を使用した。
前記表3によれば、1,6−ビス(N,N−ジベンジルチオカルバモイルジチオ)−ヘキサン(BDBzTH)が配合されていないゴム組成物(比較例1)の圧縮永久変形率は約18.7%程度である。それに反して、1,6−ビス(N,N−ジベンジルチオカルバモイルジチオ)−ヘキサン(BDBzTH)が配合されたゴム組成物は、その圧縮永久変形率が顕著に低減したことが分かる。
また、KEP2480は、ムーニー粘度(ML1+8 at 125℃)が81で低く、ENB含量が8.9重量%のEPDMゴムであって、BDBzTH含量を増加させ、遊離硫黄の含量を減量することにより所望の物性が得られるということを確認することができた。すなわち、実施例6のように遊離硫黄の使用量が多い場合は、BDBzTHの添加効果(圧縮永久変形率の減少効果)が極めて低減し、引張物性及び耐摩耗特性が低下するということが分かる。
実施例1〜5の結果から確認できた結果は、BDBzTH使用量が0.5〜1.5重量部で、最小の圧縮変形率が得られ、また、複数回の内部実験により、主な問題点であった変色問題も改善されたことが確認できた。しかし、KEP2480を使用する実施例1〜5のゴム組成物は、圧縮永久変形率の目標値の12%を満足していないことが分かった。
実施例7〜12.ウェザーストリップスポンジ用EPDMゴム組成物の製造
本実施例では、ムーニー粘度(ML1+8 at 125℃)が95で、ENB含量が10重量%のEPDMゴム(KEP9590)を主なポリマーとして使用するゴム組成物を製造した。
具体的には、下記表4に示す組成比で、EPDMゴム(KEP9590)に遊離硫黄、1,6−ビス(N,N−ジベンジルチオカルバモイルジチオ)−ヘキサン(BDBzTH)、加硫促進剤、加硫促進助剤、及び通常の添加剤を入れて配合し、混錬してEPDMゴム組成物を製造した。
前記表4によれば、実施例7〜10は圧縮永久変形率の目標値の12%以下を満足していることが分かった。具体的には、EPDMゴムとしてムーニー粘度(ML1+8 at 125℃)が95で高く、ENB含量が10重量%で高いKEP9590を使用し、遊離硫黄0.5〜1.0重量部、1,6−ビス(N,N−ジベンジルチオカルバモイルジチオ)−ヘキサン(BDBzTH)0.5〜1.5重量部が配合されていることによって、圧縮永久変形率の目標値の12%を満足することができた。特に、遊離硫黄とBDBzTHは、相互補完関係にあるため、加硫密度を考慮してこれらの含量を決めることが好ましい。本発明者らの数多くの試験結果によれば、物性及び圧縮永久変形率を同時に改善させるためには、EPDMゴム100重量部を基準として遊離硫黄0.5〜1.0重量部を含む場合、DBzTHは0.5〜1.5重量部を使用することが最善の結果が得られた。また、加硫促進剤の含量は、KEP9590ゴム使用時には総含量を4.0重量部以下にすることが重要である。
また、BDBzTHを選択使用することによって、遊離硫黄と促進剤の使用量の調節による結果として汚染問題も改善したことが確認できた。その結果は、製品適用評価の結果(表6)でもよく示されている。
実施例13〜14.ウェザーストリップスポンジ用EPDMゴム組成物の製造
本実施例では、ムーニー粘度(ML1+4 at 125℃)が88で、ENB含量が9重量%のEPDMゴム(Keltan9950C)を主なポリマーとして使用するゴム組成物を製造した。
具体的には、下記表5に示す組成比でEPDMゴム(Keltan9950C)に遊離硫黄、1,6−ビス(N,N−ジベンジルチオカルバモイルジチオ)−ヘキサン(BDBzTH)、加硫促進剤、加硫促進助剤、及び通常の添加剤を入れて配合し、混錬してEPDMゴム組成物を製造した。
前記表5によれば、実施例13〜14は、圧縮永久変形率の目標値である12%以下にはならなかった。しかし、比較例に対して物性及び圧縮永久変形率に優れたことが確認できた。
[押出し用ウェザーストリップに適用評価]
前記比較例、実施例9、実施例13で製造されたEPDMゴム組成物を押出成形した。そして、各成形品に対する圧縮永久変形率及び変色試験結果を下記表6に示す。
前記表6の結果から分かるように、実施例9のゴム組成物を用いた圧縮成形品は、圧縮永久変形率及び変色試験結果の両方共に優れた性能を示している。このような結果は、ムーニー粘度(ML1+8 at 125℃)値が90以上で、5−エチリデン−2−ノルボルネン(ENB)含量が9重量%以上のEPDMゴムに一般式(1)のBDBzTHを添加することによって耐熱特性が改善された効果である。また、BDBzTHのカルバメート基を促進剤として投入することで、小量の促進剤の使用を可能とすることによって白化現象が改善されることを示している。
また、表6によれば、湿式条件下で押出し物の表面状態を比較する時、実施例9のゴム組成物を用いた押出し成形品が比較例または実施例13の成形品に対して優れたことが確認できる。

Claims (6)

  1. ムーニー粘度(ML1+8 at 125℃)値が90以上、5−エチリデン−2−ノルボルネン(ENB)含量が9重量%以上、オイルを含んでいないEPDMゴム100重量部と、
    遊離硫黄(free sulfur)0.5〜1.0重量部と、
    1,6−ビス(N,N−ジベンジルチオカルバモイルジチオ)−ヘキサン(BDBzTH)0.5〜1.5重量部と、
    を含むことを特徴とするウェザーストリップスポンジ用EPDMゴム組成物。
  2. 前記EPDMゴムは、ムーニー粘度(ML1+8 at 125℃)値が90〜95、5−エチリデン−2−ノルボルネン(ENB)含量が9〜15重量%、オイルを含んでいないことを特徴とする請求項1に記載のウェザーストリップスポンジ用EPDMゴム組成物。
  3. 前記組成物は、2−メルカプトベンゾチアゾール(2−Mercapto benzo thiazole、MBT)、テトラ(イソブチル)チウラムジスルフィド(Tetra(iso−butyl)thiuram disulfide、TiBTD)、及びジブチルジチオカルバミン酸亜鉛(Zinc dibutyl dithiocarbamate、ZnDBC)、N,N−ジエチルチオ尿素(N.N−diethylthiourea、DETU)、カプロラクタムジスルフィド(caprolactam disulfide、CLD)からなる群より選択された1種または2種以上の加硫促進剤をEPDMゴム100重量部を基準として2.5〜8重量部さらに含むことを特徴とする請求項1に記載のウェザーストリップスポンジ用EPDMゴム組成物。
  4. 前記組成物は、酸化亜鉛(ZnO)及びステアリン酸からなる群より選択された1種または2種以上の加硫促進助剤をEPDMゴム100重量部を基準として3.0〜8.0重量部をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のウェザーストリップスポンジ用EPDMゴム組成物。
  5. 圧縮永久変形率(Compression set)が12%未満であることを特徴とする請求項1から4のうち何れか1項に記載のウェザーストリップスポンジ用EPDMゴム組成物。
  6. 請求項1から4のうち何れか1項に記載のEPDMゴム組成物がスポンジの素材として用いられることを特徴とする自動車のウェザーストリップ。
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