JP2010013504A - 空気バネ用ゴム組成物及び空気バネ - Google Patents

Abstract

【課題】特にマイナス数十度以下の極寒地であっても耐寒性を良好に確保しつつ、耐候性、とりわけ耐オゾン性を向上した空気バネ用ゴム組成物及びこれを用いた空気バネを提供すること。
【解決手段】天然ゴム及びポリブタジエンゴムを主成分とするゴム成分を含有する空気バネ用ゴム組成物において、さらにゴム成分としてポリクロロプレンゴムをゴム成分合計１００重量部に対して１０〜３０重量部含有する。好ましくは、ゴム組成物中の天然ゴムの含有量をＷ１、ポリブタジエンゴムの含有量をＷ２とした場合に、Ｗ１≦Ｗ２である。
【選択図】なし

Description

本発明は、例えば鉄道車両等の車両用として緩衝機能を発揮する空気バネを形成するための空気バネ用ゴム組成物、特に耐寒性を良好に確保しつつ、耐候性、とりわけ耐オゾン性を向上した空気バネ用ゴム組成物、及びこれを用いた空気バネに関するものである。

鉄道車両等の車両用として緩衝機能を発揮する空気バネは、様々な温度環境下にて使用され、場合によっては寒冷地にて使用される場合がある。この種の空気バネに使用される空気バネ用ゴム組成物としては、低温環境下におけるゴム弾性力の低下等、使用環境に対する耐寒性、オゾンによるクラック発生等、使用環境に対する耐候性、等が要求される場合が多い。このため、かかるゴム組成物中のゴム成分としては、天然ゴムとポリクロロプレンゴムとをブレンドしたものが多用されている。ところがこのようなゴム組成物の加硫ゴムは低温環境下において硬化し、ゴム弾性力が低下し易いことや、耐候性の面で問題点がある。

下記特許文献１には、空気バネの耐候性を向上させる手段として、天然ゴムとポリクロロプレンゴムとのブレンド系にエチレン・α−オレフィン・ジエン共重合体ゴム（以下、「ＥＰＤＭ」という）を配合したゴム組成物が記載されている。しかし、かかるゴム組成物を使用した空気バネは、耐候性は向上するものの、耐寒性に劣る場合がある。

一般に、空気バネにおいて、その耐候性の向上と耐寒性の向上とは二律背反の関係にある。特に、空気バネがマイナス数十度以下の極寒地で使用される場合、そのゴム弾性力が著しく低下し、最悪の場合、空気バネのバースト等、故障が発生する可能性がある。したがって、特にマイナス数十度以下の極寒地であっても耐寒性を良好に確保しつつ、耐候性を向上した空気バネの開発は非常に困難であった。
特開平１１−８２７３９号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、特にマイナス数十度以下の極寒地であっても耐寒性を良好に確保しつつ、耐候性、とりわけ耐オゾン性を向上した空気バネ用ゴム組成物及びこれを用いた空気バネを提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、以下に示す空気バネ用ゴム組成物及びこれを用いた空気バネにより上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係る空気バネ用ゴム組成物は、天然ゴム及びポリブタジエンゴムを主成分とするゴム成分を含有する空気バネ用ゴム組成物において、さらに前記ゴム成分としてポリクロロプレンゴムを前記ゴム成分合計１００重量部に対して１０〜３０重量部含有することを特徴とする。

上記ゴム組成物は、天然ゴム及びポリブタジエンゴムを主成分とするゴム成分を使用することにより、耐寒性を向上することができる。さらにゴム成分としてポリクロロプレンゴムをゴム成分合計１００重量部に対して１０〜３０重量部含有することにより、主としてポリブタジエンゴムを含有することに起因する、良好な耐寒性を確保しつつ、耐候性、とりわけ耐オゾン性を向上することができる。

ここで、ゴム組成物中の天然ゴム含有量を減量し、ポリクロロプレンゴムを配合した場合、耐候性は向上するものの、耐寒性が悪化することが予測されるが、天然ゴムとポリブタジエンゴムとのブレンド系において所定量のポリクロロプレンゴムを含有する場合、良好な耐寒性を確保しつつ、耐候性、とりわけ耐オゾン性を向上する効果を有することがわかった。かかる効果が得られる理由は、天然ゴムとポリブタジエンゴムとのブレンド系において、所定量のポリクロロプレンゴムを配合し、混練後に加硫成形した場合、天然ゴムとポリブタジエンゴムとが相分離しつつ、ポリブタジエンゴムとポリクロロプレンゴムとが海島構造（ポリブタジエンゴム；海、ポリクロロプレンゴム；島）を形成し、見かけ上のポリブタジエンゴムの含有量が増加する結果、耐寒性の悪化が抑制されるものと推測される。

上記において、前記天然ゴムの含有量をＷ１、前記ポリブタジエンゴムの含有量をＷ２とした場合に、Ｗ１≦Ｗ２であることが好ましい。かかるゴム組成物によれば、ポリブタジエンゴムの含有量が十分に確保されることにより、耐寒性をさらに良好に確保しつつ、耐候性、とりわけ耐オゾン性を向上することができる。

別の本発明に係る空気バネは、上記記載の空気バネ用ゴム組成物を使用し、加硫、成形して得られることを特徴とする。かかる空気バネは、特にマイナス数十度以下の極寒地であっても耐寒性を良好に確保しつつ、耐候性を備え、特に鉄道車両用空気バネ等、とりわけ極寒地を走行する鉄道車両用空気バネ等として有用である。

本発明に係る空気バネ用ゴム組成物においては、天然ゴム及びポリブタジエンゴムを主成分とするゴム成分、すなわちゴム成分中の天然ゴム及びポリブタジエンゴムの合計の含有量がゴム成分合計１００重量部に対して７０重量部以上であり、好ましくは８０重量部以上である。ここで、天然ゴムの含有量をＷ１、ポリブタジエンゴムの含有量をＷ２とした場合に、Ｗ１≦Ｗ２であると、耐寒性がより向上するため好ましい。なお、天然ゴム及びポリブタジエンゴムに加えてブレンドすることができるゴムとしては、例えばポリイソプレンゴム、ポリスチレンブタジエンゴム、ポリブチルゴム、ポリアクリルニトリルブタジエンゴム、ＥＰＤＭ等が挙げられる。かかるゴムは１種又は２種以上をブレンドしても良い。

また、本発明に係る空気バネ用ゴム組成物においては、天然ゴム及びポリブタジエンゴムを主成分とするゴム成分に加えて、ポリクロロプレンゴムをゴム成分合計１００重量部に対して１０〜３０重量部含有する。ゴム成分合計１００重量部に対するポリクロロプレンゴムの含有量が１０重量部未満であると、耐候性、とりわけ耐オゾン性を向上する効果が十分でなく、一方、ゴム成分合計１００重量部に対するポリクロロプレンゴムの含有量が３０重量部を超えると、耐寒性が悪化する。ゴム成分合計１００重量部に対するポリクロロプレンゴムの含有量は、好ましくは１５〜２５重量部であり、より好ましくは、２０〜２５重量部である。

本発明に係る空気バネ用ゴム組成物中には、かかるゴム成分以外に硫黄、カーボンブラック、加硫促進剤、老化防止剤、加硫促進助剤、加硫遅延剤、シリカ、シランカップリング剤、酸化亜鉛、ステアリン酸、ワックスやオイル等の軟化剤、加工助剤等の通常ゴム工業で使用される配合剤を、本発明の効果を損なわない範囲において適宜配合し用いることができる。

硫黄は通常のゴム用硫黄であればよく、例えば粉末硫黄、沈降硫黄、不溶性硫黄、高分散性硫黄等を用いることができる。本発明に係る空気バネ用ゴム組成物における硫黄の含有量は、ゴム成分１００重量部に対して０．５〜３．５重量部である。硫黄の含有量が０．５重量部未満であると、加硫ゴムの架橋密度が不足してゴム強度等が低下し、３．５重量部を超えると空気バネの耐熱性が悪化する。空気バネのゴム強度を良好に確保し、耐熱性をより向上するためには、硫黄の含有量がゴム成分１００重量部に対して１．５〜３重量部であることが好ましく、１．５〜２．５重量部であることがより好ましい。

カーボンブラックとしては、例えばＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦ等が用いられる。カーボンブラックは、加硫後のゴムの硬度、補強性、低発熱性等のゴム特性を調整し得る範囲で使用することができる。本発明に係る空気バネ用ゴム組成物におけるカーボンブラックの配合量は、ゴム成分１００重量部に対して２０〜１００重量部の範囲であり、好ましくは３０〜７０重量部である。この配合量が２０重量部未満では、カーボンブラックの補強効果が充分に得られず、１００重量部を超えると、発熱性、ゴム混合性及び加工時の作業性等が悪化する。

加硫促進剤としては、ゴム加硫用として通常用いられる、スルフェンアミド系加硫促進剤、チウラム系加硫促進剤、チアゾール系加硫促進剤、チオウレア系加硫促進剤、グアニジン系加硫促進剤、ジチオカルバミン酸塩系加硫促進剤等の加硫促進剤を単独、又は適宜混合して使用しても良い。

老化防止剤としては、ゴム用として通常用いられる、芳香族アミン系老化防止剤、アミン−ケトン系老化防止剤、モノフェノール系老化防止剤、ビスフェノール系老化防止剤、ポリフェノール系老化防止剤、ジチオカルバミン酸塩系老化防止剤、チオウレア系老化防止剤等の老化防止剤を単独、又は適宜混合して使用しても良い。

本発明に係る空気バネ用ゴム組成物は、ゴム成分、硫黄、カーボンブラック、加硫促進剤、老化防止剤、加硫促進助剤、加硫遅延剤、シリカ、シランカップリング剤、酸化亜鉛、ステアリン酸、ワックスやオイル等の軟化剤、加工助剤等を、バンバリーミキサー、ニーダー、ロール等の通常のゴム工業において使用される混練機を用いて混練りすることにより得られる。

また、上記ゴム組成物における各成分の配合方法は特に限定されず、硫黄及び加硫促進剤等の加硫系成分以外の配合成分を予め混練してマスターバッチとし、残りの成分を添加してさらに混練する方法、各成分を任意の順序で添加し混練する方法、全成分を同時に添加して混練する方法等のいずれでもよい。

以下に、この発明の実施例を記載してより具体的に説明する。なお、実施例等における評価項目は下記のようにして測定を行った。

＜耐オゾン性＞
ＪＩＳ−Ｋ６２５９による。評価は比較例１のゴム組成物を加硫して得られたゴムの耐オゾン性の評価結果を１００として指数評価した。数値が大きいほど、耐オゾン性に優れていることを示す。

＜耐寒性＞
ＪＩＳ−Ｋ６２６１による。評価は比較例１のゴム組成物を加硫して得られたゴムの耐寒性の評価結果を１００として指数評価した。数値が大きいほど、耐寒性に優れていることを示す。

＜引張強度＞
ＪＩＳ−Ｋ６２５１による。評価はＪＩＳ３号ダンベルを使用して作製したサンプルを用いて行った。

（ゴム組成物の調製）
表１の配合処方に従い、実施例１〜４及び比較例１〜４のゴム組成物を配合し、通常のバンバリーミキサーを用いて混練し、ゴム組成物を調整した。表１に記載の各配合剤を以下に示す。

ａ）ゴム成分
（Ａ）天然ゴム ＲＳＳ＃３
（Ｂ）ポリブタジエンゴム （「ＢＲ０１」、ＪＳＲ社製）
（Ｃ）ポリクロロプレンゴム （「ＴＳＲ−５４」、東ソー社製）
ｂ）カーボンブラック ＨＡＦ（「シースト３」、東海カーボン社製）
ｃ）アロマ系プロセスオイル （「ダイアナプロセスオイルＡＨ−２４」、出光興産社製）
ｄ）酸化亜鉛 ３号亜鉛華
ｅ）ステアリン酸 工業用ステアリン酸

ｆ）ワックス ミクロクリスタリンワックス
ｇ）老化防止剤
（Ａ）Ｎ−フェニル−Ｎ’−（１，３−ジメチルブチル）−ｐ−フェニレンジアミン（「ノクラック６Ｃ」、大内新興化学工業社製）
（Ｂ）２，２，４−トリメチル−１，２−ジヒドロキノリン重合体（「ノンフレックスＲＤ」、精工化学社製）
ｈ）硫黄 ５％オイル処理硫黄
ｉ）加硫促進剤 Ｎ−シクロヘキシルー２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド（「ノクセラーＣＺ−Ｇ（ＣＺ）」、大内新興化学工業社製）

（実施例、比較例）
各ゴム組成物については、所定の金型を使用して１６０℃にて２０分加熱、加硫することにより、それぞれの加硫ゴムを作製して特性評価を行った。結果を表１に示す。

表１の結果より、比較例１〜４のゴム組成物を使用した加硫ゴムに比べて、実施例１〜４のゴム組成物を使用した加硫ゴムは、引張強度及び耐寒性を良好に確保しつつ、耐オゾン性が向上していることがわかる。

Claims (3)

1. 天然ゴム及びポリブタジエンゴムを主成分とするゴム成分を含有する空気バネ用ゴム組成物において、
   さらに前記ゴム成分としてポリクロロプレンゴムを前記ゴム成分合計１００重量部に対して１０〜３０重量部含有することを特徴とする空気バネ用ゴム組成物。
2. 前記天然ゴムの含有量をＷ１、前記ポリブタジエンゴムの含有量をＷ２とした場合に、Ｗ１≦Ｗ２である請求項１記載の空気バネ用ゴム組成物。
3. 請求項１又は２記載の空気バネ用ゴム組成物を使用し、加硫、成形して得られる空気バネ。