JPH07188470A - 潤滑性ゴム組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 静・動摩擦特性及び耐摩耗性に優れ、長寿命
である潤滑性ゴム組成物を提供することである。 【構成】 各種有機合成法にて合成され、室温にてゴム
状弾性を有する有機合成ゴムに、表面にカーボン材が突
き刺さったテトラフルオロエチレン樹脂粉末と、球状黒
鉛とを配合する。ＰＴＦＥ１に黒鉛２が全方向に突き刺
さっていることから、ゴム基材３内での杭効果を生じ、
ゴム基材３と球状黒鉛との親和性により高強度となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は潤滑性ゴム組成物に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般工業用、軍事用、宇宙用、民生用お
よび医療用等の分野において、ゴム成形品はシール用途
および振動吸収用途に用いられている。しかし、摺動を
兼用しているものも少なくなく、ほとんどがオイル・グ
リースとの併用にて用いられている。

【０００３】たとえば、シール部品においては、従来ま
でシール性および使用温度条件だけに注目されてゴム材
料が選定されてきたため、シール兼摺動部に発生するせ
ん断力により、発熱がおこり、オイル・グリースが排出
され、スティックスリップが発生して正常な作動が安定
してされなかったり、異音が発生して問題となってい
る。さらに最悪な結果として、摩耗が進行し、破れ・破
損が発生し、短期間での交換を行なわざる得ないものが
あった。

【０００４】例示すると自動車・二輪車のオイル周辺一
般オイルシール、ガソリン供給系オイルシール、給排気
系シール、エアコン系冷媒用シール、ワイパーブレー
ド、グラスラン、事務機器の電子式複写機のトナー周辺
のシール、トナーブレード、カップジュース自動販売機
の切り替えバルブ用シール、家庭用浄水器・混合栓用シ
ール、一般製造ラインの切り替えバルブ用シール、パン
・餅等混練機用シール、上水・下水用バタフライバルブ
用シール、医療用注射器ピストンシール等、数え切れな
い。

【０００５】低摩擦化および耐摩耗性付与の対策とし
て、ジエン系合成ゴム等、シール部のシール兼摺動部表
面にテフロンシートを張りつけたものが採用されている
（特公昭４６−２３６８１号公報記載）。しかし、長期
にわたり高圧力にさらされるため、接着部の剥離が問題
となっている。また、摺動面が弾性体でないため、シー
ル性で充分満足されていない。

【０００６】シール性および低摩擦特性の付与として、
ジエン系ゴム基材にオイルを含浸させたタイプも検討さ
れたが、経時的にオイルが排出され、しだいに摺動抵抗
が大きくなり、スティックスリップ等の発生および破損
発生等の不具合があった。シール部表面へのテフロンコ
ーティングも試みられたが、コーティング膜焼成条件に
対して、ゴム基材の耐熱性の問題もあり、使用可能な類
では耐摩耗性が十分ではなかった。また、皮膜の下地ゴ
ム基材への追従性が十分でなく、部品取り付け時の伸び
や運動にて皮膜の剥離がおこる。さらに、ワイパーブレ
ード等にて実施されている塩素系溶剤による薬液処理あ
るいはプラズマ処理等も考案されたが、いずれも十分な
ものではなかった。

【０００７】特公昭５７−３２９５０号公報記載の発明
にあるようなオレフィン系ポリマーのシール部への融着
も検討されたが、シール性が失われて使用できなかっ
た。一般的に有名な、ジエン系ゴムにテフロン系、シリ
コーン系等の固体潤滑剤を添加し、低摩擦特性を付与さ
せたものが多数考案され、特許出願あるいは学会報告さ
れているが、いずれも若干の低摩擦化は達成されたが、
添加により高硬度となったり、シール性が不十分になっ
たりして、使用に耐え得るものではなかった。また、ゴ
ム基材とのぬれ性が悪いため、引っ張り強度、引き裂き
強度が極端に低下し、耐摩耗性が従来品より劣っていた
等の問題があり、実際に採用されなかった。シリコーン
ゴム、フッ素ゴムも対象にはなったが、特に有意性は認
められなかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】したがって、いずれの
用途においても、静・動摩擦特性に優れ、耐摩耗特性に
も優れ、長寿命で信頼して使用できる自己潤滑性ゴム材
料が要求され、この発明の課題は、この要求に応え得る
潤滑性ゴム組成物を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、この発明は、有機合成ゴムと、表面にカーボン材
が突き刺さったテトラフルオロエチレン樹脂粉末と、球
状黒鉛とを配合する構成を採用したものである。以下、
その詳細を述べる。

【００１０】まず、この発明における有機合成ゴムと
は、各種有機合成法にて合成され、室温においてゴム状
弾性を有するものであれば広範囲のものを例示できる。
この有機合成ゴムの分子量は、通常５万以上のものが望
ましく、可及的に高分子量のものが良好な結果を得るこ
とから、より望ましくは７万以上、特に望ましくは１０
〜５０万程度のものを用いる。以上の条件に該当する代
表例としては、加硫可能なゴムであるイソプレンゴム、
スチレンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルゴム、クロロ
プレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、シリコーンゴ
ム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロスル
フォン化ポリエチレンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、
エピクロルヒドリンゴム、熱可塑性エラストマーである
ウレタンゴム、ポリエステルエラストマー、ポリアミド
エラストマー、塩化ビニル系エラストマー、ポリブタジ
エン系エラストマー、軟質ナイロン系エラストマー、液
状エラストマーである液状ブタジエン、ポリウレタン、
クロロプレン、シリコーン等である。

【００１１】表面にカーボン材が突き刺さったテトラフ
ルオロエチレン樹脂とは、例えば、乳化重合終了時にカ
ーボン材と共沈させて凝析・洗浄・乾燥後、表面にカー
ボン材が突き刺さったテトラフルオロエチレン樹脂であ
る。

【００１２】テトラフルオロエチレン樹脂粉末にカーボ
ン材を乾式混合にて混合し、表面にカーボン材が突き刺
さったものでもよい。なお、このカーボン材とは、一般
的な炭素粉から黒鉛までの粉末状のものであり、特に黒
鉛が好ましく、一般的にゴム基材として用いられるスト
ラクチュアの大きいＨＡＦカーボン、ＳＡＦカーボン、
ＭＴカーボン等と併用しても構わない。

【００１３】図１にあるように、テトラフルオロエチレ
ン樹脂（図中ＰＴＦＥと表示する）１に黒鉛２が全方向
に突き刺さっていることから、ゴム基材３内での物理的
な杭効果を生じ、ゴム基材と黒鉛の親和性にて単純にゴ
ム基材、テトラフルオロエチレン樹脂を混練したものよ
りも高強度のものが得られると考える。

【００１４】また、この発明における球状黒鉛とは、ピ
ッチから紡糸する工程にて副生される球状黒鉛、あるい
はフェノール樹脂を触媒下にてパラフォルムと反応させ
て球状に重合した後、焼成、粉砕することにより得られ
る球状黒鉛が挙げられる。市販されているものを以下に
例示する。 大阪ガスケミカル社製 メソカーボンビーズ 鐘紡社製 ベルパール ユニチカ社製 ユニベックス 日本カーボン社製 マイクロカーボンビーズ。

【００１５】この発明における有機合成ゴムとテトラフ
ルオロエチレン樹脂の重量比は、有機合成ゴム１００重
量部に対して１０重量部以上１４０重量部未満になるこ
とが好ましい。テトラフルオロエチレン樹脂が１０重量
部未満であった場合、合成ゴムに十分な摩擦特性を付与
できない。逆に、１４０重量部を超えるとゴム硬度が高
くなり、ゴム特性がなくなるほか、機械的強度が極端に
低下し、実際の使用に耐えられない。

【００１６】また、有機合成ゴム１００重量部に対する
球状黒鉛の充填重量比は、５重量部以上８０重量部未満
になることが好ましい。球状黒鉛が５重量部未満であっ
た場合、有機合成ゴムに十分な耐摩耗性を付与できな
い。逆に、８０重量部を超えるとゴム硬度が高くなり、
ゴム特性がなくなるほか、機械的強度が極端に低下し、
実際の使用に耐えられない。

【００１７】なお、この発明の目的を損なわない範囲
で、以下に列記するような公知の添加剤を配合しても構
わない。

【００１８】(1) 補強剤 例えば、カーボンブラック、
シリカ、クレー、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウ
ム、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、タルク、
マイカ、カオリン、ベントナイト、シラス、ウォラスト
ナイト、炭化ケイ素、ガラス粉末、カーボン粉末、ボロ
ン繊維、アラミド繊維等 (2) 加硫助剤 例えば、亜鉛華、脂肪酸等 (3) 加硫促進剤 例えば、グアニジン類、イオウ類、ア
ルデヒドーアミン類、亜鉛塩類等 (4) 可塑剤 例えば、ジメチルフタレート、ジオクチル
フタレート等 (5) 老化防止剤 例えば、アミン類、フェノール類等 (6) 加硫剤 例えば、イオウ、イオウ化合物、過酸化物
等 (7) 軟化剤 例えば、鉱物油、植物油等 (8) 難燃剤 (9) 着色剤 以上の各種原材料を混練する方法は特に限定するもので
はなく、通常広く用いられている方法、例えば、主原料
となるエラストマー、その他充填剤を個別に順次あるい
は同時にロール混合機、プロペラ混合機、ニーダ混合
機、二軸溶融混合機、その他混合機にて混合すれば良
い。また、このとき摩擦による発熱を防止する意味で温
調器を設置することが望ましい。また、ロール混合機を
使用する場合、仕上げ混合として、薄通しすることが好
ましい。

【００１９】

【作用】この発明における潤滑性ゴム組成物は、ゴム基
材を構成する有機合成ゴムに、表面にカーボン材が突き
刺さったテトラフルオロエチレン樹脂粉末を配合したこ
とから、カーボン材が杭となってゴム基材とテトラフル
オロエチレン樹脂との混和状態が保持される。

【００２０】また、球状黒鉛も併せて配合されているこ
とから、ゴム基材との親和性を発揮して、テトラフルオ
ロエチレン樹脂との混練をより強固なものとする。

【００２１】

【実施例】以下、この発明を実施例により更に詳細に説
明する。

【００２２】まず、実施例および比較例に用いた合成ゴ
ム基本組成を以下に示す。

【００２３】なお、各成分の配合割合はすべて重量％で
あるが、ゴム基材１００重量部に対しての充填比率であ
る。

【００２４】 （１）基礎配合Ａ＝ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ） ＮＢＲ 日本合成ゴム社製 ＪＳＲ ２３０Ｓ 100重量部 ステアリン 酸 一般工業材 1重量部 カーボン ＨＡＦ(N330) 30重量部 加硫促進剤(1) 大内新興化学工業株式会社 ＴＴ 2重量部 加硫促進剤(2) 大内新興化学工業株式会社 Ｍ 2重量部 可塑剤 ＤＯＰ 10重量部 酸化亜鉛 一般工業材 1重量部 加硫剤 イオウ 0.5重量部 （２）基礎配合Ｂ＝エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ） ＥＰＤＭ 日本合成ゴム社製 ＥＰ３３ 100重量部 ステアリン 酸 一般工業材 1重量部 カーボン ＨＡＦ 30重量部 加硫促進剤(1) 大内新興化学工業株式会社 ＴＳ 0.5重量部 加硫促進剤(2) 大内新興化学工業株式会社 Ｍ 0.5重量部 軟化剤 プロセス油 10重量部 酸化亜鉛 一般工業材 1重量部 加硫剤 イオウ 1.5重量部 （３）基礎配合Ｃ＝フッ素ゴム（ＦＰＭ） ＦＲ 日本モンテカチーニ 社製 テクノフロンF5350 100重量部 ステアリン 酸 一般工業材 1重量部 カーボン ＭＴ(N990) 5重量部 酸化マグネシウム 一般工業材 3重量部 水酸化カルシウム 一般工業材 6重量部 （４）基礎配合Ｄ＝熱可塑性ポリウレタン Ｕ ＴＳＥ株式会社 ミラクトランE270PEND 100重量部 ステアリン 酸亜鉛 一般工業材 0.5重量部 カーボン ＨＡＦ 30重量部 加硫促進剤 大内新興化学工業株式会社 ＴＴ 1重量部 過酸化物 パーヘキサ３Ｍ 0.5重量部 （５）基礎配合Ｅ＝液状ウレタンゴム＋液状ブタジエンゴム 液状ウレタンコ゛ム 日本ホ゜リウレタン社製 コロネートC4078 100重量部 硬化剤 一般工業材 44メチレン-ヒ゛ス-2クロロアニリン 10.6重量部 ステアリン 酸 一般工業材 1重量部 カーボン ＨＡＦ 30重量部 加硫促進剤 大内新興化学工業株式会社 ＴＴ 2重量部 加硫促進剤 大内新興化学工業株式会社 Ｍ 2重量部 可塑剤 ＤＯＰ 10重量部 酸化亜鉛 一般工業材 1重量部 硫黄 5重量部 液状フ゛タシ゛エンコ゛ム 出光石油化学社製 Polybd R-45HT 10重量部 TDI フ゜レホ゜リマー 日本ホ゜リウレタン社製 5重量部 潤滑剤 （１）黒鉛共沈ＰＴＦＥ PTFE/GRP-1 乳化重合にて重合完了後に平均粒径６μｍの黒鉛と共沈
させ、凝析、洗浄して得られたものである。 （２）黒鉛とのト゛ライフ゛レント゛ ＰＴＦＥ PTFE/GRP-2 乳化重合にて重合完了後、凝析、洗浄して得られたファ
インパウダーを平均粒径６μｍの黒鉛とヘンシェルミキ
サーにてドライブレンドしたものである。 （３）ＰＴＦＥ 旭硝子社製ＰＴＦＥ ルーブリカントＬ１６９ （４）ＥＴＦＥ 旭硝子社製 アフロンＣＯＰ Ｚ８８２０ （５）球状黒鉛Ａ 鐘紡社製 ベルパールＣ２０００ （６）球状黒鉛Ｂ大阪ガス社製 メソカーボンビ
ーズＭＰ２８００。

【００２５】〔実施例１〜６〕まず、ロール間隔５〜１
０mm程度に調整したロール混合機にＮＢＲを巻き付け、
ＮＢＲ基礎配合Ａに示した割合で無機充填剤、老化防止
剤、カーボン、イオウ、加硫促進剤を順次混合し、最後
に表１で示す割合にてＰＴＦＥ及びその他充填剤を混練
した。

【００２６】その後、ロール間隔を１mmに調整し、薄通
しを１０回行なった。なお、このときの摩擦熱を防止す
る目的で、常時、ロール内に冷却水を通し、ロール温度
を６０度以下に保った。

【００２７】次に冷却水を止めてロール内にスチームを
通し、ゴム温度が７０度以上９０度以内になるように調
整し、その後、ロール間隔を１mmに狭めて薄通しを１０
回行ない、それぞれ１０kgのコンパウンドを得た。

【００２８】各コンパウンドに対して、縦３００mm、横
３００mm、厚さ１mmの金型を用い、プレス成形にて、１
次加硫（１５０℃、１０分間、プレス圧３５kg／cm² ）
および２次加硫（フリー加熱、１８０℃、５時間）を行
ない、加硫が終わった各シートについて、摩擦・摩耗特
性、弾性体特性を求めた。

【００２９】各試験方法は以下のとおりである。

【００３０】（１）摩擦・摩耗特性試験 得られたシートをφ１７×φ２１（mm）のリング打ち抜
き、φ１７×φ２１×１０（mm）のアルミ合金製リング
に接着し、摩擦試験片とした。相手材は軸受鋼（ＳＵＪ
２）研磨品とし、スラスト型摩擦摩耗試験にて評価し
た。試験条件は周速１．０ｍ／ｍｉｎ、面圧３．０kgｆ
／cm² 、時間１００ｈである。得られた結果を表２に示
す。

【００３１】（２）非粘着特性試験 得られた試験片において、水に対する接触角をゴニオメ
ータ式接触角度測定器で測定し、接触角度の大きいもの
ほど非粘着性は良いと判断した。得られた結果を表２に
示す。

【００３２】（３）弾性体特性試験 得られた試験片に対してＪＩＳ−Ｋ６３０１に準拠し、
引き張り強度・伸び・硬度（ＪＩＳ−Ａ）を調査した。
得られた結果を表２に示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【表２】

【００３５】〔実施例７、８〕実施例７、８では、ゴム
の基礎配合をＮＢＲからＥＰＤＭにし、表１に示す割合
にて、上述した実施例１〜６とまったく同様な方法を用
いて混合、シート成形、加硫を行なった。また、試験片
の調整および試験方法も実施例１〜６とまったく同様な
方法を用いた。得られた結果を表２に示す。

【００３６】〔実施例９〕実施例９では、ゴムの基礎配
合をＮＢＲからフッ素ゴム（ＦＰＭ）にし、表１に示す
割合にて、上述した実施例１〜６とまったく同様な方法
を用いて混合、シート成形を行ない、加硫はフリー加硫
にて２３０℃、１６時間行った。また、試験片の調整お
よび試験方法も実施例１〜６とまったく同様な方法を用
いた。得られた結果を表２に示す。

【００３７】〔実施例１０〜１２〕実施例１０〜１２で
は、ゴムの基礎配合をＮＢＲから熱可塑性ポリウレタン
ゴム（Ｕ）にし、表１に示す割合にて、上述した実施例
１〜６とまったく同様な方法を用いて高熱加熱装置付き
ロールを用い、ロール温度１５０℃で混合し、シート成
形、加硫を行なった。また、試験片の調整および試験方
法も実施例１〜６とまったく同様な方法を用いた。得ら
れた結果を表２に示す。

【００３８】〔実施例１３〕実施例１３では、ゴムの基
礎配合を液状ウレタンゴムと液状ブタジエンゴムのプレ
ポリマーにし、表１に示す割合にて充填剤を加え、加熱
減圧脱泡後、硬化剤（ジアミン）を加熱融解したものを
さらに加え、攪拌機にて混合後、型に注ぎ加熱硬化し試
験片を得た。試験片の調整および試験方法も実施例１〜
６とまったく同様な方法を用いた。得られた結果を表２
に示す。

【００３９】〔比較例１〜１２〕比較例１〜１２では、
表３に示す割合にて、上述した実施例１〜６、１１〜１
３とまったく同様な方法を用いてそれぞれ、混合、シー
ト成形、加硫を行なった。また、試験片の調整および試
験方法も実施例１〜１３とまったく同様な方法を用い
た。得られた結果を表４に示す。

【００４０】

【表３】

【００４１】

【表４】

【００４２】表４より明らかなように、ゴム基材にＰＴ
ＦＥを添加した比較例２、３、６、８、１０、１２は、
いずれも摩擦係数がゴム基材に比較して低くなっている
が、機械的強度（特に引張強度）の低下が大きく、それ
に伴い、耐摩耗性が劣化している（ただし、比較例８の
ＦＰＭを除く）。

【００４３】しかし、表面にカーボン材が突き刺さった
ＰＴＦＥを添加した実施例では、機械的強度の低下が少
なく、さらに球状黒鉛を併用することにより、低摩擦係
数の維持および耐摩耗性の向上が確認できた。また、そ
れらのゴム材料としての物性値も十分なものであった。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたように、この発明に係る潤滑
性ゴム組成物は、十分なゴム特性を有しながら低摩擦係
数、耐摩耗特性に優れているものである。したがって、
シール部品等にて、オイルレス・グリースレス等を可能
にし、長期にわたり安定性・信頼性に優れたものとして
使用することができる。

【００４５】従って、この発明の意義はきわめて大きい
と言える。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の模式図

【符号の説明】

１ ＰＴＦＥ ２ 黒鉛 ３ ゴム基材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１必須成分を有機合成ゴムとし、 第２必須成分を表面にカーボン材が突き刺さったテトラ
   フルオロエチレン樹脂粉末とし、 第３必須成分を球状黒鉛とした潤滑性ゴム組成物。
2. 【請求項２】 第１必須成分が加硫ゴム、熱可塑性エラ
   ストマーおよび液状エラストマーからなる群から選ばれ
   る１種以上である請求項１記載の潤滑性ゴム組成物。
3. 【請求項３】 第２必須成分が、乳化重合終了後にカー
   ボン材と共沈させることにより、その表面にカーボン材
   が突き刺さったテトラフルオロエチレン樹脂粉末である
   請求項１記載の潤滑性ゴム組成物。
4. 【請求項４】 第２必須成分が、テトラフルオロエチレ
   ン樹脂粉末とカーボン材とを乾式混合にて混合すること
   により、その表面にカーボン材が突き刺さったテトラフ
   ルオロエチレン樹脂粉末である請求項１記載の潤滑性ゴ
   ム組成物。
5. 【請求項５】 第２必須成分の配合割合が第１必須成分
   １００重量部に対して１０重量部以上１４０重量部未満
   の範囲であり、かつ、第１必須成分１００重量部に対し
   て第３必須成分が５重量部以上８０重量部未満である請
   求項１記載の潤滑性ゴム組成物。