(57)【要約】【課題】圧縮永久歪みの低下を伴うことなく耐摩耗性が向上されたシール、およびそのためのゴム組成物を提供する。【解決手段】水素化ニトリルゴムにポリエチレンパウダーおよびカーボンブラックを配合してなるゴム組成物、ならびにそれを形成したものであるシール。【選択図】　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素化ニトリルゴムにポリエチレンパウダーおよびカーボンブラックを配合してなるゴム組成物。
【請求項２】
上記ポリエチレンパウダーの平均粒径が１μｍ〜５００μｍであり、かつ分子量が５万以上である請求項１に記載のゴム組成物。
【請求項３】
上記ポリエチレンパウダーの配合量が水素化ニトリルゴム１００重量部に対して１重量部〜１５０重量部である、請求項１または２に記載のゴム組成物。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のゴム組成物を成形したものである、シール。
【請求項５】
相手部材と摺動するように使用されるものである、請求項４に記載のシール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールおよびそのためのゴム組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、相手部材と摺動するように使用されるシール（以下、「摺動用シール」と呼ぶことがある。）の材料として、耐摩耗性、圧縮永久歪みが良好であるという理由から、水素化ニトリルゴムにカーボンブラックを配合したものが多く用いられてきた。しかしながら、例えば冷凍機用のシールなどのように、高圧の媒体（炭酸ガスなど）の密封に使用すると、相手部材に強く押圧された状態で摺動するために、従来材料では依然として摩耗し易いという欠点がある。そのため、シールの耐摩耗性を向上すべく、ゴム材料に樹脂を配合する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）が、この方法では、耐摩耗性は改善されるものの、優れたシール性を呈するための重要な要因である圧縮永久歪みが著しく低下してしまう。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−０９７２２８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、圧縮永久歪みの低下を伴うことなく耐摩耗性が向上されたシール、およびそのためのゴム組成物を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、本発明を完成するに至った。即ち、本発明は以下のとおりである。
（１）水素化ニトリルゴムにポリエチレンパウダーおよびカーボンブラックを配合してなるゴム組成物。
（２）上記ポリエチレンパウダーの平均粒径が１μｍ〜５００μｍであり、かつ分子量が５万以上である上記（１）に記載のゴム組成物。
（３）上記ポリエチレンパウダーの配合量が水素化ニトリルゴム１００重量部に対して１重量部〜１５０重量部である、上記（１）または（２）に記載のゴム組成物。
（４）上記（１）〜（３）のいずれかに記載のゴム組成物を成形したものである、シール。
（５）相手部材と摺動するように使用されるものである、上記（４）に記載のシール。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のゴム組成物は、水素化ニトリルゴム（以下、「ＨＮＢＲ」と呼ぶことがある。）に、ポリエチレンパウダーおよびカーボンブラックを配合してなるものである。
【０００７】
本発明に使用される水素化ニトリルゴム（以下、「ＨＮＢＲ」と呼ぶことがある。）としては、ニトリル−共役ジエン共重合ゴムの共役ジエン単位部分を水素化したもの、ニトリル−共役ジエン−エチレン性不飽和モノマー三元共重合ゴムの共役ジエン単位部分を水素化したもの、ニトリル−エチレン性不飽和モノマー系共重合ゴムなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【０００８】
このようなＨＮＢＲの具体例として、ブタジエン−アクリロニトリル共重合ゴム、イソプレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合ゴム、イソプレン−アクリロニトリル共重合ゴム、ブタジエン−メチルアクリレート−アクリロニトリル共重合ゴムなどを水素化したもの、ブチルアクリレート−エトキシエチルアクリレート−ビニルクロロアセテート−アクリロニトリル共重合ゴム、ブチルアクリレート−エトキシエチルアクリレート−ビニルノルボルネン−アクリロニトリル共重合ゴムなどが例示されるが、これらに限定されるものではない。
【０００９】
このようなＨＮＢＲは、従来公知の手法によって適宜製造することができ、また市販のもの、例えば、ゼットポール２０００（日本ゼオン社製）などを用いてもよい。
【００１０】
本発明におけるポリエチレンパウダーは、ポリエチレンを粉末状に加工したものであるならば特に制限はされないが、その平均粒径および分子量（平均分子量）がそれぞれ特定の範囲内に選ばれるのが好ましい。
【００１１】
本発明のポリエチレンパウダーの平均粒径は、１μｍ〜５００μｍであるのが好ましく、１０μｍ〜１５０μｍであるのがより好ましく、１５μｍ〜１００μｍであるのが特に好ましい。平均粒径が１μｍ未満のポリエチレンパウダーを使用すると、ＨＮＢＲ中での分散性が低下する傾向にあるからであり、また、平均粒径が５００μｍを越えるポリエチレンパウダーを使用すると、成形加工したときの外観不良が発生し易くなる虞があるからである。
なお上記平均粒径は、ゴム組成物の調製の際（仕込み時）のポリエチレンパウダーの平均粒径であり、コールター原理（細孔電気抵抗法）を用いた粒子計数分析で、例えば以下の手順にて測定することができる。
まず、ポリエチレンパウダーを電解液中に分散させ、吸引力を使って電気が流れている細孔を通過させる。細孔はそれ自体大きな抵抗を有しており、ポリエチレンパウダーの体積分だけ電解液が置換され、より抵抗が増加し、ポリエチレンパウダーの体積に比例した電圧パルスが生じ、この電圧パルスの高さと数とを電気的に測定することによりポリエチレンパウダー数と個々の粒子体積が測定される。その個々の粒子体積と個数より平均粒径を算出する。
該平均粒径の測定に用いることができる具体的な機器としては、ヤマト科学株式会社製のコールターカウンターＺシリーズが挙げられる。
【００１２】
本発明におけるポリエチレンパウダーは、ＡＳＴＭ　Ｄ　４０２０の規定に準拠して測定される分子量（平均分子量）が５万以上であるのが好ましく、１００万以上であるのがより好ましく、２００万以上であるのが特に好ましい。ポリエチレンパウダーの分子量が５万未満であると、耐摩耗性が向上されない虞があるためである。
【００１３】
上記の如きポリエチレンパウダーは、従来公知の製造方法によって製造することができ、また市販のもの、例えば、ミペロンＸＭ−２２０（三井化学（株）社製）、ミペロンＸＭ−２２１Ｕ（三井化学（株）社製）、サンファインＬＨ４１１（旭化成（株）社製）などを用いてもよい。
【００１４】
本発明のゴム組成物は、カーボンブラックがさらに配合されてなる。本発明に使用されるカーボンブラックとしては、一般にゴムに使用されるものであれば特には限定はなく、例えば、ＨＡＦカーボンブラック、ＭＡＦカーボンブラック、ＦＥＦカーボンブラック、ＳＲＦカーボンブラック、ＧＰＦカーボンブラックなどのファーネスブラックや、ＦＴカーボンブラック、ＭＴカーボンブラックなどのサーマルブラックが挙げられる。上記中でも、より耐摩耗性を向上し得る観点からは、ファーネスブラックを用いるのが好ましい。これらのカーボンブラックは、単独又は２種以上組み合わせて用いられる。
【００１５】
ＨＮＢＲに上述したポリエチレンパウダーおよびカーボンブラックを配合してなる本発明のゴム組成物は、これを後述のように成形することによって、ＨＮＢＲにカーボンブラックを配合した従来のゴム成形物と比較して、格段に耐摩耗性に優れるゴム成形物を実現することができる。ここで「耐摩耗性に優れる」とは、後述する一定引張式摩耗試験において摩耗量が０．１ｍｍ以下であることをいう。
また、本発明のゴム組成物を成形してなるゴム成形物は、２５％以下という充分に小さな圧縮永久歪み（ＪＩＳ　Ｋ　６２６２の規定に準拠して測定）を有する。
【００１６】
上記のような本発明のゴム組成物を成形してなるゴム成形物は、シールとしての用途が好適であり、その優れた耐摩耗性および圧縮永久歪みから、摺動用シールとして用いるのが特に好適である。このようにシールすべき相手部材が例えば回転軸のような可動部材であり、これとゴム成形物が摺動するように使用されても、摩耗して厚みが薄くなってしまう部分がゴム成形物に生じにくく、良好なシール性を長寿命で実現できる。
【００１７】
本発明のゴム組成物において、ポリエチレンパウダーの配合量に特に制限はないが、確実に耐摩耗性を向上し得、かつより優れた圧縮永久歪みを実現し得る（上記ＪＩＳ　Ｋ　６２６２の規定に準拠して測定された圧縮永久歪みが２０％以下）ことから、ＨＮＢＲ１００重量部に対し１重量部〜１５０重量部であるのが好ましく、１０重量部〜１００重量部であるのがより好ましい。ポリエチレンパウダーの配合量がＨＮＢＲに対し１重量部未満であると、耐摩耗性向上の効果が顕著には現れない傾向にあるためであり、またＨＮＢＲに対し１５０重量部を越えると、圧縮永久歪みが低下してしまう虞があるからである。
【００１８】
また本発明のゴム組成物において、カーボンブラックの配合量に特に制限はないが、ＨＮＢＲ１００重量部に対し１０重量部〜１５０重量部であるのが好ましく、８０重量部〜１１０重量部であるのがより好ましい。カーボンブラックの配合量がＨＮＢＲ１００重量部に対し１０重量部未満であると、得られたシールが炭酸ガス（二酸化炭素）に対する耐クラック性に劣る傾向にあるためであり、また、カーボンブラックの配合量がＨＮＢＲ１００重量部に対し１５０重量部を越えると、得られたシールが硬くなり過ぎたり、伸びが小さくなるなど、機械的特性に劣る傾向にあるためである。
【００１９】
本発明のシールは、上述のように配合されたゴム組成物を成形して得られたゴム成形物として製造される。該ゴム成形物は、上記ゴム組成物を従来公知のインタミックス、ニーダー、バンバリーミキサーなどの混練機あるいはオープンロールなどを用いて混練した後、射出成形機、圧縮成形機、押出成形機などを用いて所望の形状に成形して得ることができる。ゴムの加硫は、例えば１４０℃〜２００℃で２分間〜３０分間の一次加硫を行った後、１５０℃〜１８０℃で１時間〜２４時間の二次加硫を行うというような条件が好ましい。
【００２０】
シールの形状は特に限定されず、Ｏリング、Ｄリング、パッキン、リップシール（軸シール）などその目的に応じて適宜選ばれる。またゴム成形物の大きさも特に限定はなく、目的に応じ適宜選ばれる。
【００２１】
また、本発明のゴム組成物には、従来公知の加硫剤、滑剤、可塑剤、老化防止剤などが添加されていてもよい。これらの添加剤は、必要に応じて、本発明の目的を損なわない範囲で適宜添加すればよい。
【００２２】
加硫剤としては、例えば、従来公知の有機過酸化物を用いればよく、たとえば、ｏ−メチルベンゾイルパーオキサイド、ビス（３，５，５−トリメチルヘキサノイル）パーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ｔ−ブチルパーオキシピバレート、ｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、ｔ−ブチルパーオキシイソブチレート、ジクミルパーオキサイド、１，３−ビス（ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）−ヘキシン−３、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、ジｔ−ブチルパーオキサイドなどから選ばれる少なくとも１種を特に制限なく用いることができる。加硫剤を配合する場合は、圧縮永久歪み、引張強さ、伸びとのバランスをとるためにＨＮＢＲ１００重量部に対して、１重量部〜１０重量部配合すればよい。
【００２３】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
実施例１
水素化ニトリルゴム（ゼットポール２０００、日本ゼオン社製）１００重量部あたり、ポリエチレンパウダー（ミペロンＸＭ−２２１Ｕ、三井化学（株）社製、平均粒径：２５μｍ、平均分子量：２００万）を２０重量部、ＦＥＦカーボンブラックを１１０重量部、加硫剤として１，３−ビス（ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼンを５重量部配合したゴム組成物を、１６５℃で１０分間のプレス成形（一次加硫）後、１６５℃で１時間の二次加硫という条件で加硫・成形して、シールを作製した。
【００２４】
実施例２
ポリエチレンパウダーとして、ミペロンＸＭ−２２０（三井化学（株）社製、平均粒径：３０μｍ、平均分子量：２００万）を５０重量部配合した以外は実施例１と同様にして、シールを作製した。
【００２５】
実施例３
ポリエチレンパウダーとして、ミペロンＸＭ−２２１Ｕ（三井化学（株）社製、平均粒径：２５μｍ、平均分子量：２００万）を１４０重量部配合した以外は実施例１と同様にして、シールを作製した。
【００２６】
実施例４
ポリエチレンパウダーとして、サンファインＬＨ４１１（旭化成（株）社製、平均粒径：１２０μｍ、平均分子量：８万）を８０重量部配合した以外は実施例１と同様にして、シールを作製した。
【００２７】
比較例１
カーボンブラックを配合しなかった以外は実施例１と同様にして、シールを作製した。
【００２８】
比較例２
ポリエチレンパウダーを配合しなかった以外は実施例１と同様にして、シールを作製した。
【００２９】
〔評価試験〕
上記で得られた実施例１〜４および比較例１、２のシールについて、以下の評価試験を行った。
（１）耐摩耗性試験
図１に模式的に示すような装置を用いて、下記の条件で一定引張方式摩耗試験を行い、摩耗量を測定した。
・試料：円柱状（直径＝６．３ｍｍ、高さ＝８ｍｍ）
・相手金属板材料：ＳＳ４００
・相手金属板表面粗さ：３．２Ｓ
・往復動方向：相手金属板の仕上げ方向と直角に往復動
・駆動速度：６０ｃｐｍ
・ストローク：１０ｍｍ
・荷重：０．７８４ＭＰａ
・作動回数：１０万サイクル
・潤滑の有無：無
・温度：常温（２５℃）
摩耗量＝［（Ｗ１−Ｗ２）／Ｓ］／Ａ×１０３
〔Ｗ１：試験前の試料重量（ｇ）、Ｗ２：試験後の試料重量（ｇ）、Ｓ：試料の比重、Ａ：試料の底面積（ｍｍ２）〕
の式にて、各摩耗量（ｍｍ）を算出し、摩耗量０．１ｍｍ以下のものを合格（○）とし、０．１ｍｍを越えたものを不合格（×）と評価した。
【００３０】
（２）圧縮永久歪み
ＪＩＳ　Ｋ　６２６２に規定される測定方法によって、１５０℃の環境で２５％の圧縮率にて７０時間圧縮し、各シールについて圧縮永久歪みを測定し、２０％以下であったものを合格（○）とし、２０％を越えたものを不合格（×）と評価した。
結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
2004131630.tif 000002
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、圧縮永久歪みの低下を伴うことなく耐摩耗性が向上されたシール、およびそのためのゴム組成物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】耐摩耗性試験に用いる装置を簡略化して示す図である。
【図１】
2004131630.tif 000003