(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリウレタン系エラストマー100重量部当り2〜5重量部の炭素繊維および2〜6重量部の未焼成テトラフルオロエチレン樹脂粉末を10重量部以下の合計量で含有してなるポリウレタン系エラストマー組成物から架橋成形された油圧シリンダ摺動部用パッキン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧シリンダ摺動部用パッキンに関する。更に詳しくは、ポリウレタン系エラストマー組成物から架橋成形された油圧シリンダ摺動部用パッキンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、油圧シリンダ摺動部用パッキンとしては、機械的強度、耐摩耗性などにすぐれたポリウレタン系エラストマーを使用したパッキンが多用されており、これについて耐久寿命向上の要求がみられるものの、近年の装置の高速化、高圧化、高温化などに伴ない、従来の材料ではこうした要求寿命を満足させることがより困難な状況となっている。
【０００３】
パッキンが初期の密封性を維持するためには、初期の適切な接触面圧分布形態と締め代を維持する必要がある。接触面圧分布形態は主として摩耗で変化し、また締め代は摩耗とへたりとで変化するので、摺動するパッキンの寿命は、摩耗とへたりとで左右されることになる。
【０００４】
摩耗を抑制する方法としては、充填材を添加する方法が一般的に行われているが、ポリウレタン系エラストマーにグラファイト粉末等の充填材を添加した場合には、必要な摩耗特性を得るために多量の充填材を必要とし、多量の充填材の添加は、材料のゴム特性を失わせ、また圧縮永久歪特性を低下させ、更にパッキンとしては大きなへたりを生ずるなど、十分な寿命延長効果が得られないばかりではなく、高価な充填材を多量に使用するためコストアップともなり、またリップ部の切削加工性が低下するなどの欠点ももたらしている。
【０００５】
充填剤として、各種金属化合物やガラス粉末等を用いることもできるが、この場合にもコストアップ、加工性の低下やエラストマーが本来有するエラスティックな特性が失われるなどの欠点が同様にみられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、油圧シリンダ摺動部に用いられ、耐久寿命を向上させた摺動部用パッキンを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる本発明の目的は、ポリウレタン系エラストマー100重量部当り2〜5重量部の炭素繊維および2〜6重量部の未焼成テトラフルオロエチレン樹脂粉末を10重量部以下の合計量で含有してなるポリウレタン系エラストマー組成物から架橋成形された油圧シリンダ摺動部用パッキンによって達成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
ポリウレタン系エラストマーを製造するのに用いられるポリオール成分としては、分子量が約500〜3000、好ましくは約1500〜2500のポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、アクリルポリオール、シリコンポリオール、1,4−ポリブタジエンポリオール、1,2−ポリブタジエンポリオール、フェノリックポリオール、難燃性ポリオール、ひまし油ポリオール等が用いられる。
【０００９】
これらの内、ポリエステルポリオールとしては、アジピン酸、イソフタル酸、テレフタル酸等のジカルボン酸とエチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ブチレングリコール、1,6−ヘキサンジオール、トリメチロールプロパン、ネオペンチルグリコール等のポリオールとの縮合反応生成物、ポリカプロラクトンポリオール、ポリカーボネートポリオール等が、またポリエーテルポリオールとしては、ポリプロピレングリコール系ポリオールまたはそのエチレンオキシド変性物、アミン変性物、あるいはポリオキシテトラメチレングリコール等がそれぞれ用いられる。
【００１０】
また、他の反応成分たるジイソシアネートとしては、1,4−テトラメチレンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネートなどの脂肪族系ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、水添キシリレンジイソシアネート、水添4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート等の脂環式系ジイソシアネートまたはキシリレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、1,5−ナフチレンジイソシアネート等の芳香族系ジイソシアネートが用いられる。
【００１１】
これら両者の反応の際、反応系には連鎖成長剤を共存させることができ、連鎖成長剤としては、例えば1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、2,3−ブタンジオール、ｐ−フェニレンジ（β−ヒドロキシエチル）エーテル、ｐ−キシリレングリコール、グリセリンモノアリルエーテル、ジメチロールヒドロピランなどのグリコール、エチレンジアミン、3,3′−ジクロル−4,4′−ジアミノジフェニルメタン、ジエチルトルイレンジアミン、N,N′−ジアミノピペリジン等のジアミンまたは水などが用いられる。
【００１２】
未焼成のテトラフルオロエチレン樹脂粉末および炭素繊維は、プレポリマーの段階で添加することもできるが、ポリウレタン化反応を行った後にバンバリーミキサや押出機を用いて複合化する方法が適している。
【００１３】
より具体的には、次のような方法が用いられる。
(1)ポリオール成分にこれらの充填材を混合した後、過剰のジイソシアネートを加えて反応させる。得られた有利のジイソシアネートを含有する液状プレポリマーに連鎖成長剤を添加し、型内に注入して所定時間硬化させた後、型から取出し、そのままの形状で、あるいは粉砕してから射出成形機を用いて加熱溶融後、成形型内で再成形した状態で、80〜120℃の温度で15〜48時間程度加熱する。
(2)高分子量のジヒドロキシ化合物、これらの充填剤、連鎖成長剤およびジイソシアネート(ジヒドロキシ化合物および連鎖成長剤の両者に存在する官能性基より少ない当量で用いられる)を混合して、反応させる。この反応生成物は、貯蔵およびロール加工することができ、後の段階で他のジイソシアネートと混合することにより架橋させることができる。このジイソシアネートとして4,4′-ジフェニルメタンジイソシアネートを使用した場合には、過酸化物によって架橋することができる。また、不飽和の連鎖成長剤を使用した場合には、イオウ、ホルムアルデヒドなどで架橋させることができる。
【００１４】
炭素繊維としては、その長さが約30μm〜3mm、好ましくは約50μm〜1mmで、径が約1〜50μm、好ましくは約5〜30μmのものが、生成ポリウレタン系エラストマー100重量部当り約2〜5重量部の割合で用いられる。これよりも少ない添加割合では、本発明の目的とする程の耐摩耗性改善効果が得られず、一方これよりも多い割合で添加して用いられると、コストアップになるばかりではなく、加工性や柔軟性の低下が顕著となる。
【００１５】
また、未焼成のテトラフルオロエチレン樹脂粉末としては、その粒径が約0.5〜100μm、好ましくは約1〜60μmのPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)粉末が一般に用いられ、それは生成ポリウレタン系エラストマー100重量部当り約2〜6重量部の割合で用いられる。これよりも少ない添加割合では、本発明の目的とする程の耐摩耗性改善効果が得られず、一方これよりも多い割合で添加して用いられると、コストや柔軟性の点で好ましくない。なお、炭素繊維と併用される場合にも、両者を合計して約10重量部以下にとどめることが望ましい。
【００１６】
以上の各成分を必須成分とする本発明のポリウレタン系エラストマー組成物中には、更に必要に応じて他の充填材、金属の酸化物または水酸化物、滑剤、酸化防止剤等が配合されて用いられる。
【００１７】
プレポリマーに炭素繊維や未焼成テトラフルオロエチレン樹脂粉末を添加した後、連鎖延長剤と反応させたポリウレタン化させる場合には、ポリウレタン化反応を金型内で行ない、シート状等に成形した後、約80〜120℃で約15〜48時間程度二次架橋(オーブン架橋)することが行われる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明に係る油圧シリンダ摺動部用パッキンは、ポリウレタン系エラストマー100重量部当り約10重量部以下という比較的少量の炭素繊維または未加硫テトラフルオロエチレン樹脂粉末が用いられているため、コストパーフォマンス性にすぐれ、しかもポリウレタン系エラストマーが本来有する柔軟性、圧縮永久歪特性などを実質的に損うことなく、耐摩耗性を耐へたり性と両立させながら改善させている。
【００１９】
より具体的には、
(1)少量の充填量で摩耗低減の効果が得られることから、他の充填剤を配合した場合と比較して、パッキンリップ形成時の切削加工性にすぐれ、高精度な形状のものをより廉価に製造することが可能となる。
(2)従来摩耗の問題で選択できなかった種類のポリウレタン系エラストマーでも、ゴム特性を損わないレベルの充填材を添加することで摩耗特性を改善できるので、油圧シリンダ摺動部用パッキンとして好適に用いることができる。
(3)パッキンの摩耗およびへたりの抑制により、初期の接触面圧分布を維持した状態で、長期的に締め代を維持することが可能となり、長寿命化が達成される。
【００２０】
【実施例】
次に、実施例について本発明を説明する。
【００２１】
比較例１
ポリカプロラクトンジオール(OH価56.1)700gおよび炭素繊維(大阪ガスケミカル製品ドナカーボS-2404N;長さ30〜300μm、径10〜30μm)40g(生成ポリウレタンに対して約4phr)の混合物を125℃に加熱しながら、そこにトリジンジイソシアネート(分子量264)245gを加え、減圧下で約30〜40分間攪拌した後、1,4-ブタンジオール44gを加え、直ちに熱板上に注いで硬化させた。硬化物を粉砕し、粉砕物を射出成形機を用い、ノズル部195℃、シリンダー部178℃の成形条件下で、シート状(150×150×2mm)に成形し、その後約100〜120℃の温度で48時間二次架橋(オーブン架橋)を行った。
【００２２】
比較例２
比較例1において、炭素繊維の代りに、未焼成のPTFE粉末(三井フロロケミカル製品PTFE 6J;粒径470μm)を20g(生成ポリウレタンに対して約2phr)用いた。
【００２３】
比較例３
比較例1において、炭素繊維が用いられなかった。
【００２４】
比較例４
比較例1において、炭素繊維の代りに、同量の二硫化モリブデン粉末が用いられた。
【００２５】
実施例
ポリカーボネートジオール(OH価55.7)およびイソホロンジイソシアネート(分子量223.3)100gを、減圧下で80℃で30分間反応させ、得られたプレポリマーに炭素繊維6g(生成ポリウレタンに対して約2phr)および未焼成PTFE(PTFE 6J)6g(生成ポリウレタンに対して約2phr)の混合物を添加し、混合した後、約130〜135℃に加熱して溶融させたトリメチレンビス(4-アミノベンゾエート)103.2gを添加した。これを金型に注入し硬化させてから、約80〜100℃で15時間の二次架橋(オーブン架橋)を行ない、シート状(150×150×2mm)に架橋成形した。
【００２６】
比較例５
実施例において、炭素繊維および未焼成PTFEが用いられなかった。
【００２７】
比較例６
実施例において、炭素繊維および未焼成PTFEの代りに、グラファイト粉末30g(生成ポリウレタンに対して約10phr)が用いられた。
【００２８】
以上の実施例および各比較例で得られた加硫シートについて、常態物性(ASTM D-412-83準拠)、圧縮永久歪(100℃、70時間)および摩擦摩耗特性(相手材SUS304、線速度200mm/秒、荷重20Kg/cm2、乾燥摩擦15分間の条件下での動摩擦係数および摩耗深さ)の測定を行った。得られた結果は、次の表に示される。
表
測定項目         比-１   比-2   比-3   比-4  実施例  比-5   比-6 
[常態物性]
硬さ      (ポイント)      88      88      87      88      93      92      95
引張強さ       (MPa)      43      42      42      46      40      38      39
伸び             (%)     482     505     480     420     560     550     380
[圧縮永久歪]
100℃、70時間    (%)      32      32      33      33      37      35      44
[摩擦摩耗特性]
動摩擦係数             0.436   0.520   0.920   0.640   0.406   0.720   0.530
摩耗深さ        (mm)    0.37    0.58    1.10    0.67    0.40    0.81    0.58