JP5813480B2 - ホース用ゴム組成物及びホース - Google Patents
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Description
前記油圧ホースは、近年、炭鉱や鉱山での使用が増加しており、作業時の安全性を考慮して、難燃性の向上が要求されている。ここで、油圧ホースに求められる難燃性は、主に、MSHA規格(米国鉱山保安規格)で定められている。
難燃性を発現するために、ホース用ゴム組成物として、燃焼時に不活性ガスを放出するハロゲン系ポリマー(例えば、クロロプレンゴム(CR))を使用しつつ、水酸化金属化合物(例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム)を多量に添加することが検討されている。
そのため、難燃性(特に、アフターグロー消失時間の短縮)を発現しつつ、耐摩耗性及び加工性に優れるゴムの開発が強く求められていた。
前記ゴム成分として、クロロプレンゴム、ブタジエンゴム、及びスチレン−ブタジエンゴムを含み、前記ゴム成分100質量部中に、クロロプレンゴム60質量部〜80質量部と、ブタジエンゴム10質量部〜30質量部と、スチレン−ブタジエンゴム10質量部〜30質量部とを含み、前記ゴム成分100質量部に対して、シリカを5質量部〜25質量部配合してなると、難燃性(特に、アフターグロー消失時間の短縮)及び耐摩耗性を向上させ、かつ加工性を確保できる。
前記水酸化金属化合物の配合量が、前記ゴム成分100質量部に対して10質量部以下であると、耐摩耗性が低下するのを防止することができる。
前記ホースが、前記ホース用ゴム組成物からなるゴム層を有すると、難燃性(特に、アフターグロー消失時間の短縮)及び耐摩耗性を向上させ、かつ加工性を確保できる。
本発明のホース用ゴム組成物は、少なくとも、ゴム成分と、シリカとを含み、さらに必要に応じて、水酸化金属化合物、その他の成分を含む。
前記ゴム成分は、少なくとも、クロロプレンゴム(CR)、ブタジエンゴム(BR)及びスチレン−ブタジエンゴム(SBR)を含み、さらに必要に応じて、その他の重合体を含む。
前記クロロプレンゴム(CR)は、クロロプレン単量体の単独重合体(クロロプレン重合体)、又は、クロロプレン単量体とそれと共重合可能な他の単量体1種以上との混合物(以下、クロロプレン系単量体と称する)を重合させて得られた共重合体(以下、クロロプレン系重合体と称する)である。
前記クロロプレンゴムは、分子量調節剤の種類により、イオウ変性タイプ、メルカプタン変性タイプ、キサントゲン変性タイプに分類される。
前記クロロプレンゴムとしては、いずれの変性タイプも使用可能である。しかしながら、前記イオウ変性タイプは、前記メルカプタン変性タイプ及び前記キサントゲン変性タイプに比較すると、ポリマー自体の耐熱性が劣るため、より耐熱性が要求される場合は、前記メルカプタン変性又は前記キサントゲン変性タイプを使用することが好ましい。
前記イオウ変性タイプは、イオウとクロロプレン単量体又はクロロプレン系単量体を共重合したポリマーをチウラムジスルフィドで可塑化し、所定のムーニー粘度に調整するものである。
前記メルカプタン変性タイプは、n−ドデシルメルカプタン、tert−ドデシルメルカプタン、オクチルメルカプタン等のアルキルメルカプタン類を分子量調節剤に使用するものである。
前記キサントゲン変性タイプは、アルキルキサントゲン化合物を分子量調節剤に使用するものである。前記アルキルキサントゲン化合物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ジメチルキサントゲンジスルフィド、ジエチルキサントゲンジスルフィド、ジイソプロピルキサントゲンジスルフィド、ジイソブチルキサントゲンジスルフィド、などが挙げられる。
前記アルキルキサントゲン化合物の使用量としては、クロロプレンゴムの分子量(あるいは、ムーニー粘度)が適正となるように選定される限り、特に制限はなく、目的(アルキル基の構造や目標とする分子量)に応じて適宜選択することができるが、クロロプレン単量体又はクロロプレン系単量体100質量部に対して、0.05質量部〜5.0質量部が好ましく、0.3質量部〜1.0質量部がより好ましい。
前記クロロプレンゴム(CR)の含有量としては、ゴム成分100質量部中において60質量部〜80質量部である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、65質量部〜80質量部が好ましく、65質量部〜75質量部がより好ましい。
前記クロロプレンゴム(CR)の含有量が、ゴム成分100質量部中において60質量部未満であると、難燃性が低下し(アフターグロー消失時間が長くなり)、ゴム成分100質量部中において80質量部を超えると、加工性が低下する。一方、前記クロロプレンゴム(CR)の含有量が、前記好ましい範囲内であると、難燃性及び加工性の点で有利であり、前記より好ましい範囲内であると、さらに有利である。
前記ブタジエンゴム(BR)は、ブタジエン単量体の単独重合体(ブタジエン重合体)、又は、ブタジエン単量体とそれと共重合可能な他の単量体1種以上との混合物(以下、ブタジエン系単量体と称する)を重合させて得られた共重合体(以下、ブタジエン系重合体と称する)である。
前記ブタジエンゴム(BR)のシス−1,4結合量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、90%以上が好ましく、93%以上がより好ましく、95%以上が特に好ましい。
前記シス−1,4結合量が、90%未満であると、耐摩耗性が低下することがある。一方、前記シス−1,4結合量が、前記好ましい範囲内であると、耐摩耗性の点で有利であり、前記より好ましい範囲内、又は、前記特に好ましい範囲内であると、さらに有利である。
なお、前記シス−1,4結合量は、1H−NMR、13C−NMR、FT−IR、などを用いて測定することができる。
前記ブタジエンゴム(BR)の含有量としては、ゴム成分100質量部中において、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、10質量部〜30質量部が好ましく、15質量部〜25質量部がより好ましい。
前記ブタジエンゴム(BR)の含有量が、ゴム成分100質量部中において10質量部未満であると、耐摩耗性が低下することがあり、ゴム成分100質量部中において30質量部を超えると、CRまたはSBR量が減ることで、加工性または難燃性が低下することがある。一方、前記ブタジエンゴム(BR)の含有量が、前記好ましい範囲内であると、耐摩耗性と難燃性の両立の点で有利であり、前記より好ましい範囲内であると、さらに有利である。
前記スチレン−ブタジエンゴム(SBR)は、スチレン単量体とブタジエン単量体との共重合体(スチレン−ブタジエン共重合体)、又は、スチレン単量体及びブタジエン単量体とそれらと共重合可能な他の単量体1種以上との混合物(以下、スチレン−ブタジエン系単量体と称する)を重合させて得られた共重合体(以下、スチレン−ブタジエン系共重合体と称する)である。
前記スチレン単量体及びブタジエン単量体と共重合可能な単量体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、2−メチル−1,3−ブタジエン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、1,3−ヘキサジエン等の炭素数5〜8の共役ジエン単量体;p−メチルスチレン、α−メチルスチレン、ビニルナフタレン等の芳香族ビニル単量体;などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記スチレン−ブタジエンゴム(SBR)のスチレン含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、20質量%〜45質量%が好ましく、20質量%〜35質量%がより好ましい。
前記スチレン−ブタジエンゴム(SBR)のスチレン含有量が、20質量%未満であると、加工性が低下することがあり、45質量%超であると、耐摩耗性が低下することがある。一方、前記スチレン−ブタジエンゴム(SBR)のスチレン含有量が、前記好ましい範囲内であると、加工性と耐摩耗性の点で有利であり、前記より好ましい範囲内であると、さらに有利である。
前記スチレン−ブタジエンゴム(SBR)の含有量としては、ゴム成分100質量部中において、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、10質量部〜30質量部が好ましく、10質量部〜25質量部がより好ましい。
前記スチレン−ブタジエンゴム(SBR)の含有量が、ゴム成分100質量部中において10質量部未満であると、加工性が低下することがあり、ゴム成分100質量部中において30質量部を超えると、CRまたはBRの含有量が減ることで、耐摩耗性又は難燃性が低下することがある。一方、前記スチレン−ブタジエンゴム(SBR)の含有量が、前記好ましい範囲内であると、耐摩耗性と難燃性の両立の点で有利であり、前記より好ましい範囲内であると、さらに有利である。
ブタジエンゴム(BR)/スチレン−ブタジエンゴム(SBR)の質量比としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、30/10〜10/30が好ましく、25/15〜15/25がより好ましい。
前記質量比が、10未満/30であると、耐摩耗性が低下することがあり、30超/10であると、加工性が低下することがある。一方、前記質量比が、前記好ましい範囲内であると、耐摩耗性と加工性の両立の点で有利であり、前記より好ましい範囲内、又は、前記特に好ましい範囲内であると、さらに有利である。
前記その他の重合体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、天然ゴム、クロロスルフォン化ポリエチレン(CSM)、塩素化ポリエチレン(CPE)、ニトリルゴム(NBR)、水素化アクリロニトリル・ブタジエンゴム(H−NBR)、アクリルゴム(ACM)、エチレン・プロピレンゴム(EPDM)、エピクロルヒドリンゴム(CO)、ヒドリンゴム(ECO)、シリコーンゴム(Q)、フッ素ゴム(FKM)、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、CSM、CPEが、難燃性の点で、好ましい。
前記シリカを前記ホース用ゴム組成物に添加することにより、難燃性を向上させ(特に、アフタグロー消失時間を短くし)、補強性を高くして耐摩耗性を向上させることができる。
前記シリカの窒素吸着比 表面積(N2SA)としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、70m2/g〜300m2/gが好ましく、100m2/g〜280m2/gがより好ましく、150m2/g〜250m2/gが特に好ましい。
前記シリカの窒素吸着比 表面積(N2SA)が、70m2/g未満であると、難燃性及び耐摩耗性が低下することがあり、300m2/g超であると、分散性、加工性が悪化することがある。一方、前記シリカの窒素吸着比 表面積(N2SA)が、前記好ましい範囲内であると、難燃性、耐摩耗性、加工性のバランスの点で有利であり、前記より好ましい範囲内、又は、前記特に好ましい範囲内であると、さらに有利である。
前記シリカの配合量が、5質量部未満であると、難燃性が低下し(アフターグロー消失時間が長くなり)、25質量部超であると、耐摩耗性が低下する。一方、前記シリカの配合量が、前記好ましい範囲内であると、難燃性と耐摩耗性の両立の点で有利である。
前記水酸化金属化合物を前記ホース用ゴム組成物に添加することにより、難燃性を向上させることができるが、耐摩耗性が低下する。よって、より耐圧摩耗性が要求される場合は、前記水酸化金属化合物を前記ホース用ゴム組成物に添加しない(又は、少量に抑える)ことが好ましい。
前記水酸化金属化合物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、などが挙げられる。
前記水酸化金属化合物の配合量が、10質量部超であると、耐摩耗性が著しく低下することがある。
前記その他の成分としては、シリカ以外の充填材、可塑剤、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、スコーチ防止剤、軟化剤、酸化亜鉛、ステアリン酸、シランカップリング剤、有機酸コバルトやレゾルシン、ヘキサメチレンテトラミン、メラミン樹脂などの接着助剤等のゴム業界で通常使用される配合剤を、本発明の目的を害しない範囲内で適宜選択し配合することができる。これら配合剤は、市販品を好適に使用することができる。なお、前記ゴム組成物は、ゴム成分に、必要に応じて適宜選択した各種配合剤を配合して、混練り、熱入れ、押出等することにより製造することができる。
本発明のホースは、少なくとも、ゴム層を有し、さらに必要に応じて、前記ゴム層以外の他ゴム層、その他の部材を有する。
前記ゴム層は、本発明のホース用ゴム組成物からなる限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、外被ゴム層、などが挙げられる。
前記外被ゴム層の形状、構造及び大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記外被ゴム層の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、0.3mm〜3.5mmが好ましく、0.7mm〜3.2mmがより好ましく、1.0mm〜3.0mmが特に好ましい。
前記ゴム層の厚みが、0.3mm未満であると、摩耗して早期寿命を迎えることがあり、3.5mm超であると、燃焼成分量増加により難燃性が低下する、またはホースとしての柔軟化、軽量化、省スペース化の面で劣ることがある。一方、前記ゴム層の厚みが、前記好ましい範囲内であると、難燃性と摩耗寿命の点で有利であり、前記より好ましい範囲内、又は、前記特に好ましい範囲内であると、さらに有利である。
本発明のホース用ゴム組成物は、外面ゴム層(外被ゴム)19を形成するのに好適である。
本発明のホースの製造方法は、例えば、以下のように、内管押出工程と、編み上げ工程と、外被押出工程と、樹脂モールド被覆工程と、加硫工程と、樹脂モールド剥離工程と、マンドレル抜出工程とを含み、さらに、必要に応じて適宜選択した、その他の工程を含む。
まず、ホース内径と同程度の直径を有する芯体(マンドレル)の外側に内面ゴム層10用のゴム組成物を押出成形して該マンドレルを被覆し、内面ゴム層10を形成する(内管押出工程)。次いで、該内管押出工程で形成した内面ゴム層10の外側に、所定本数のブラスめっきワイヤーを編み上げて補強層12を形成し(編み上げ工程)、該補強層12の内側に本発明のホース用ゴム組成物のシートを挿入形成して、中間ゴム層11を形成する。これを複数回繰り返して補強層14、16、18及び中間ゴム層13、15、17を順次積層し、本発明のホース用ゴム組成物からなる外面ゴム層19を形成する(外被押出工程)。さらに、外被押出工程で形成した外面ゴム層19の外側を適宜好適な樹脂で被覆し(樹脂モールド被覆工程)、これを所定の条件で加硫する(加硫工程)。加硫後、上記被覆樹脂を剥離し(樹脂モールド剥離工程)、マンドレルを取り除く(マンドレル抜出工程)ことにより、内面ゴム層10と外面ゴム層19との間に中間ゴム層11、13、15、17と補強層12、14、16、18を有するホースが得られる。
(1)難燃性(炎消失時間)
前記難燃性(炎消失時間)は、MSHA規格(米国鉱山保安規格)ASTP5007の難燃性(炎消失時間)評価に基づき、以下の方法により評価した。なお、ゴムシートをモールドで150℃60分プレス加硫し、定められた寸法に切り出すことにより得られた評価サンプルの厚みは、3mm厚にて実施した。
得られた評価結果を表1〜3に示す。ここで、炎消失時間は、数値が小さい方が難燃性が良好である。
なお、評価基準は、以下の通りである。
◎:0秒以上10秒以下
○:10秒超30秒以下
△:30秒超60秒以下
×:60秒超
前記難燃性(アフターグロー消失時間)は、MSHA規格(鉱山保安規格)の難燃性(アフターグロー消失時間)評価に基づき、以下の方法により評価した。なお、ゴムシートをモールドで150℃60分プレス加硫し、定められた寸法に切り出すことにより得られた評価サンプルの厚みは、3mm厚にて実施した。
得られた評価結果を表1〜3に示す。ここで、アフターグロー消失時間は、数値が小さい方が難燃性が良好である。
なお、評価基準は、以下の通りである。
◎:0秒以上90秒以下
○:90秒超180秒以下
△:180秒超230秒以下
×:230秒超
前記耐摩耗性(DIN摩耗量)は、JIS K 6264に準じて測定した。
得られた評価結果(比較例1を100とした場合の指数)を表1〜3に示す。ここで、耐摩耗性(DIN摩耗量)は、数値が(小さい)方が良好である。なお、評価サンプルは、150℃60分加硫したゴムシートから定められた寸法に打ち抜くことにより得られた。
(4)加工性(放置安定性)
前記加工性(放置安定性)は、下記の評価方法に従って評価した。
まず、ゴム練り後、40℃、95%RHの恒温恒湿槽に72時間保管したのち、JIS K 6300に規定されたムーニースコーチ試験を130℃にて実施し、ムーニー粘度とスコーチタイムにて判定した。
得られた評価結果を表1〜3に示す。
なお、評価基準は、以下の通りである。
○:ムーニー粘度100未満かつスコーチタイム:10min以上
△:ムーニー粘度が100未満で、スコーチタイム10min未満
×:ムーニー粘度が100以上
*1 クロロプレンゴム(CR):電気化学工業製、電化クロロプレン「M40」
*2 ブタジエンゴム(BR):JSR製、「BR01」(シス−1,4結合量:95%)
*3 スチレン−ブタジエンゴム(SBR):JSR製、「JSR1500」
*4 シリカ:東ソーシリカ製、「Nipsil AQ」
*5 水酸化アルミニウム:昭和電工製、「HIGILITE H−42S」
*6 水酸化マグネシウム:協和化学製、「キスマ5A」
10 内面ゴム層(内管ゴム)
11 中間ゴム層(中間ゴム)
12 補強層
13 中間ゴム層(中間ゴム)
14 補強層
15 中間ゴム層(中間ゴム)
16 補強層
17 中間ゴム層(中間ゴム)
18 補強層
19 外面ゴム層(外被ゴム)
Claims (3)
- ゴム成分として、クロロプレンゴム、ブタジエンゴム、及びスチレン−ブタジエンゴムを含み、
前記ゴム成分100質量部中に、クロロプレンゴム60質量部〜80質量部と、ブタジエンゴム10質量部〜30質量部と、スチレン−ブタジエンゴム10質量部〜30質量部とを含み、
前記ゴム成分100質量部に対して、シリカを5質量部〜25質量部配合してなることを特徴とするホース用ゴム組成物。 - 前記ゴム成分100質量部に対して、水酸化金属化合物を10質量部以下配合してなることを特徴とする請求項1に記載のホース用ゴム組成物。
- 請求項1に記載のホース用ゴム組成物からなるゴム層を有することを特徴とするホース。
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