JP2001072800A

JP2001072800A - ゴム組成物

Info

Publication number: JP2001072800A
Application number: JP19648399A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Sakaki; 俊明榊; Tetsuro Mizoguchi; 哲朗溝口
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 1999-07-02
Filing date: 1999-07-09
Publication date: 2001-03-21

Abstract

(57)【要約】【課題】低弾性率であって耐破壊特性に優れた、免震支
承の積層ゴム用として有用なゴム組成物を提供する。【解決手段】天然ゴムおよび/またはイソプレンゴムを
５０重量部以上含有するジェン系ゴム１００重量部に対
し、カーボンブラック１０〜３５重量部とシリカ５〜２
５重量部の割合で含有し、静的せん断弾性率が４．５ｋ
ｇｆ/ｃｍ²以下、１００％折り返し時のヒステリシスロ
スが８〜３５％であるゴム組成物。前記カーボンブラッ
クは、ＤＢＴ吸油量が５５〜１００ｍｌ/１００ｇ、ヨ
ウ素吸着量が２０〜１２０ｍｇ/であり、また前記シリ
カはＢＥＴ比表面積が１５０〜３００ｍ²/ｇであるもの
が有利に使用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ゴム組成物に関
し、さらに詳しくはジェン系ゴムと特定量のカーボンブ
ラックおよびシリカを含有し、低弾性率で耐破壊特性に
優れ、免震支承用の積層ゴムとして好適なゴム組成物に
関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼板等の硬質板とゴム状弾性板を積層し
て構成される免震支承は建物の固有周期を長周期化する
ことにより、地震動との共振を防いでいる。昨今、さら
に免震効果を高めるために、建物の固有周期をより長期
化することが求められている。建物の固有周期（Ｔ）
は、公知文献（多田英之監修・高山峯夫ら著「４秒免震
への道」、理工図書出版）に記載されているように、次
式：

【０００３】

【数１】

【０００４】（式中、πは円周率、Ｗは支承にかかる重
量、Ｋｅｑは水平バネ定数、ｇは重力加速度を示す）で
表わされる。この式から、Ｔを大きくするにはＫｅｑを
小さくすること、すなわち水平バネ定数の低下、つまり
積層ゴムの低弾性率化が必要となる。具体的には、従
来、２５％低伸長応力から算出される静的せん断弾性率
（Ｇｓ）で４．５ｋｇｆ/ｃｍ²以下、とりわけ４．０ｋ
ｇｆ/ｃｍ²以下であることが望まれる。従来、このよう
な低弾性率、とりわけ４．０ｋｇｆ/ｃｍ²以下の低弾性
率ゴムは、補強剤として一般的に使用されるカーボンブ
ラックを多充填できないが故に、大変形時の耐破壊特性
が不十分であった。また、カーボンブラックを多充填す
るには同時に軟化剤も多量に使用せざるを得ず、このた
めに軟化剤の移動拡散によりクリープ性能の悪化をもた
らすことから、カーボンブラックの使用量に限界があっ
た。一方、ゴム用の補強剤としてシリカを添加すること
が知られており、特開平１０−３１０６６４号公報に
は、カーボンブラックと共にシリカをゴムに含有せしめ
ることが開示されている。しかし、それらの配合量は、
ゴム１００重量部に対し、カーボンブラックが４０〜８
０重量部、シリカが３０〜５０重量部もの高い量となっ
ている。このような配合量において、Ｇｓ≦４を得るた
めには数十重量部以上もの軟化剤を添加する必要があ
り、前述したようにクリープ悪化等の問題を生ずる。す
なわち、特開平１０−３１０６６４号公報に記載のよう
にカーボンブラックおよびシリカを高充填することは、
むしろ高Ｇｓ化に適しているといえる。また、ＷＯ９８
/１６５８０号公報にも、カーボンブラックとシリカを
併用することが開示されているが、やはりカーボンブラ
ックとシリカの合計量がゴム１００重量部に対し６０〜
９５重量部も充填されており、弾性率が非常に高いゴム
組成物となっている。そのため、石油系の樹脂を添加し
て軟化効果を与えているものの、Ｇｓは６程度までしか
低下していない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
低弾性率免震支承用ゴム組成物においては、ゴムの補強
剤としてのカーボンブラックを多充填できないことか
ら、大変形性能に必要なゴムのヒステレシスを充分にと
れず、このために軟化剤を多充填するとその移行拡散に
よるクリープ性能の悪化をもたらすという技術的課題が
残されている。本発明は、これらの課題を改善すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記の技
術的課題に鑑みて、本発明者らはゴム組成物に補強剤と
して添加されるカーボンブラックおよびシリカについ
て、その配合量や特性がゴム組成物の性能、とりわけ免
震支承用ゴム材料として要求される性能に与える影響を
多方面から種々検討し、その結果本発明を完成したもの
である。

【０００７】すなわち、本発明は次の発明を包含する。１）天然ゴムおよび/またはイソプレンゴムを５０重量
部以上含有するジェン系ゴム１００重量部に対し、カー
ボンブラック１０〜３５重量部とシリカ５〜２５重量部
の割合で含有し、静的せん断弾性率が４．５ｋｇｆ/ｃ
ｍ²以下、１００％折り返し時のヒステリシスロスが８
〜３５％であることを特徴とするゴム組成物。

【０００８】２）前記カーボンブラックのＤＢＴ吸油量
およびヨウ素吸着量がそれぞれ５５〜１００ｍｌ/１０
０ｇと２０〜１２０ｍｇ/ｇであり、前記シリカのＢＥ
Ｔ比表面積が１５０〜３００ｍ²/ｇである上記１）項記
載のゴム組成物。３）免震支承の積層ゴム用である上記１）または２）項
記載のゴム組成物。本発明のゴム組成物は、低弾性率で
耐破壊特性に優れており、クリープの増大が抑えられて
いることから、免震支承の積層ゴム用として有用であ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明におけるゴム基材はジェン
系ゴムであり、天然ゴムとイソプレンゴムを前記の重量
割合で含有するものである。基材ゴムにおいて、天然ゴ
ムおよび/またはイソプレンゴムが５０重量部以上であ
ることを要し、５０重量部未満では座屈による大変形性
能の低下をきたすので、本発明の目的とするゴム組成物
が得られない。

【００１０】基材ゴムとして、イソプレン以外の合成ゴ
ムとしては、ポリブタジエンゴム、ブチルゴム、スチレ
ンブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、アクリロ
ニトリルブタジエンゴムの１種または２種以上の混合物
が挙げられる。本発明のゴム組成物におけるカーボンブ
ラックとしては、ＤＢＴ吸油量が５５〜１００ｍｌ/１
００ｇでありヨウ素吸着量が２０〜１２０ｍｇ/ｇであ
るものが好ましく使用される。ＤＢＰ吸油量が、５５ｍ
ｌ/１００ｇ未満または/およびヨウ素吸着量が２０ｍｇ
/ｇ未満では補強性が不足し、一方ＤＢＴ吸油量が１０
０ｍｌ/１００ｇを越えるかまたはヨウ素吸着量が１２
０ｍｇ/ｇを越えると弾性率が過剰または破断伸びが不
足し、低弾性率支承用積層ゴムとしては適当ではない。

【００１１】ここでいうＤＢＴ吸油量は、カーボンブラ
ックのストラクチャー（粒子相互間に働く2次引力、そ
の他の要因により粒子がいくつかつながって鎖状になる
状態）の度合いに関係する特性である。吸油量が大きい
ほどストラクチャーが大きくなる。本発明におけるＤＢ
Ｔ吸油量は、ＪＩＳＫ６２１７「ゴム用カーボンブラ
ックの基本性能の試験法」の９項に記載の測定法で測定
された値をいう。

【００１２】また、ヨウ素吸着量は、粒子径に関係し、
その値が大きいほど粒子径は小さくなる。本発明におけ
るヨウ素吸着量は、ＪＩＳＫ６２１７「ゴム用カーボ
ンブラックの基本性能の試験法」の６項に記載の測定法
で測定された値をいう。本発明において使用されるカー
ボンブラックの具体例としては、アメリカ材料試験協会
（ＡＳＴＭ）規格でいうＮ７７（ＳＲＦ−ＨＭ）、Ｎ７
６２（ＳＲＦ−ＬＭ）、Ｎ６６０（ＧＰＦ）、Ｎ３２６
（ＨＡＦ−ＬＳ）、Ｎ３３０（ＨＡＦ）、Ｎ２１９（Ｉ
ＳＡＦ−ＬＳ）等のものが挙げられる。

【００１３】次に、本発明のゴム組成物におけるシリカ
としては、含水ケイ酸、無水ケイ酸のいずれでもよく、
ＢＥＴ比表面積が１５０〜３００ｍ²/ｇである高活性グ
レードのものが適当である。ＢＥＴ比表面積が１５０ｍ
²/ｇ未満では、必要な補強性とヒステリシスの付与が達
成できず、一方３００ｍ²/ｇを越えるグレードのものは
含水ケイ酸にはなく、無水ケイ酸では1次粒子の平均径
が数ｎｍとなり分散性、加工性が悪くなり適当ではな
い。

【００１４】ここでいうＢＥＴ比表面積は吸着気体とし
て窒素ガスを用いる気相吸着法（例えば、柴田化学器械
工業（株）製の迅速表面積測定装置ＳＡ−１０００）で
測定される。上記の比表面積を有し、本発明に使用でき
るシリカの具体例としては、ニプシルＶＮ３やニプシル
ＡＱ［いずれも日本シリカ（株）製］、トクシール
［（株）トクヤマ製］、ウルトラシルＶＮ３（Degussa
社製）などが挙げられる。

【００１５】カーボンブラックとシリカの配合量は、ゴ
ム組成物の静的せん断弾性率が４．５ｋｇｆ/ｃｍ²以下
で、かつ１００％折り返し時のヒステリシスロスが８％
以上３５％以下となるように、前記のそれぞれの配合範
囲から選択される。カーボンブラックが１０重量部未満
であると、ゴムの補強性が不充分でクリープが大きくな
る。一方、カーボンブラックが３５重量部を越えると多
量の軟化剤を添加しないと静的せん断弾性率４．５ｋｇ
ｆ/ｃｍ²以下にすることはできない。カーボンブラック
のさらに好ましい配合量は、ゴム基材１００重量部に対
し１０〜２５重量部である。また、シリカの量が２５重
量部よりも過剰のときは加硫遅れ、架橋度の低下による
低温硬化等の問題を生じ、好ましくない。シリカのさら
に好ましい配合量は、ゴム基材１００重量部に対し１０
〜２０重量部である。

【００１６】カーボンブラックおよびシリカは前記の量
比で配合されるが、その合計量が５０重量部以下となる
ようにするのが好ましく、３５重量部以下とすればさら
に好ましい。本発明のゴム組成物の静的せん断弾性率
は、４．５ｋｇｆ/ｃｍ²以下であることを特徴とする
が、その下限は３．０ｋｇｆ/ｃｍ²程度までである。本
発明における静的せん断弾性率は、ＪＩＳＫ６２５４
「低変形応力・ひずみ試験方法」での２５％引張応力σ
₂₅から、Ｇｓ＝１．６３９×σ₂₅により求められる。

【００１７】この静的せん断弾性率は、カーボンブラッ
クおよびシリカの配合量と、さらに軟化剤を併用するこ
とによって調整することができる。軟化剤は、１種また
は２種以上を併用してもよいが、その合計量は２０重量
部程度までとし、好ましくは１５重量部以下、さらに好
ましくは１０重量部以下とするのがよい。この軟化剤と
しては、脂肪油系軟化剤、松根油系軟化剤、石油系軟化
剤、コールタール系軟化剤、合成樹脂系軟化剤、トール
油、ファクチス等が挙げられる。その具体例としては、
「ダイアナプロセスＰＷ−３２（出光興産）、パラ
フィン系プロセスオイル」、「共石プロセスＸ−１０
０（日鉱共石）、芳香族系プロセスオイル」などがあ
げられる。

【００１８】本発明のゴム組成物は、ヒステリシスロス
が８〜３５％であることも特徴の一つである。この値が
が大きいほど破断強度が向上する傾向があるものの、大
きくなり過ぎるとゴム弾性が失われ、クリープが大きく
なるという問題がでてくる。ヒステリシスロスの上限は
３５％までであるが、好ましくは２５％以下、さらに好
ましくは２０％以下である。ヒステリシスロスを前記の
特定範囲とするには、主としてシリカの配合量を前記の
範囲に調整することによって目的が達せられる。

【００１９】本発明でいうヒステリシスロスは、１００
％伸張における応力−歪曲線の入力エネルギー、すなわ
ち曲線の下の面積で散逸エネルギーすなわちヒステリシ
スループの面積を割った値で示される。本発明のゴム組
成物は、上記の特性を有することから免震支承の積層ゴ
ムとして好適である。支承のクリープの程度は、支承の
ゴム高さの８％未満に抑える必要があり、好ましくは６
％以内とされる。本発明のゴム組成物において、軟化剤
は、この程度のクリープにおさまる程度に添加される。

【００２０】本発明のゴム組成物には、加硫剤（例え
ば、粉末硫黄）、加硫促進剤［例えば、Ｎ−シクロヘキ
シル−２−ベンゾチアジル・スルフェンアミド（ＣＢ
Ｓ）、テトラエチルチウラム・ジスルフィド（ＴＥＴ
Ｄ）］、加硫助剤（例えば、ステアリン酸、酸化亜鉛
等）、老化防止剤［例えば、Ｎ−（１，３−ジメチルブ
チル）−Ｎ’−フェニル−ｐ−フェニレンジアミン、
２，２，４−トリメチル−１，２−ジヒドロキノリン重
合物］、等を必要に応じて添加する。通常、ゴム１００
重量部に対し、加硫剤０．３〜５重量部、加硫促進剤
０．３〜４重量部、加硫助剤１〜６重量部を配合する。

【００２１】本発明のゴム組成物は、上記のように各成
分を配合し、十分混練したのち、通常、１１０〜１５０
℃で加熱加硫し成形する。本発明のゴム組成物は、特定
の配合範囲のカーボンブラックおよびシリカを含有し、
静的せん断弾性率が４．５ｋｇｆ/ｃｍ²以下、ヒステリ
シスロスが８〜３５％であるという特性を有する。本ゴ
ム組成物は、免震支承の積層ゴムとして好適である。

【００２２】

【実施例】以下に実施例および比較例を挙げて本発明を
さらに具体的に説明する。実施例１表１の実施例１の項に示す配合物を、バンバリーミキサ
ーを用いて充分に混練した後、１４０℃で３０分間加熱
し、加硫・成形してゴムシートを作製した。

【００２３】なお、表1において、次の配合物が用いら
れた。・天然ゴム：ＳＭＲＣＶ６０（Standard Malasian
Rubber、ConstantViscosity ６０）・イソプレンゴム（ＩＲ）：ＮＩＰＯＬＩＲ２２００
（商品名）・イソプレンゴム（ＩＲ）：カリフレックスＩＲ３０９
（商品名）・カーボンブラック（ＧＰＦ）：ＤＢＴ吸油量８４ｍｌ
/ｇ、ヨウ素吸着量２４ｍｇ/ｇ、（三菱化学製、商品
名；ダイアブラックＧ）・シリカ：ＢＥＴ比表面積２７０ｍ²/ｇ、日本シリカ
製、商品名；ニプシルＶＮ３・アロマチックオイル：鉱物油系の軟化剤に属する石油
系軟化剤のひとつである芳香族プロセスオイルで芳香族
炭素が３５％以上のものである。

【００２４】・老化防止剤１３；Ｎ−（１，３−ジメチ
ルブチル）−Ｎ’−フェニル−ｐ−フェニレンジアミ
ン、大内新興、ノクラック６Ｃ・老化防止剤ＨＰＧ：２，２，４−トリメチル−１，２
−ジヒドロキノリンポリマー、グレートレイクス社、ア
ノックスＨＰＧ・加硫促進剤ＮＳ：Ｎ−tert−ブチル−２−ベンゾチア
ゾリルスルフェンアミド、大内新興、ノクセラーＮＳ加硫促進剤ＴＯＴ−ｎ：テトラキス（２−エチルヘキシ
ル）チウラムジスルフィド、大内新興、ノクセラーＴＯ
Ｔ−ｎ次に、かくして作製されたシートを用いて、外径
φ６００ｍｍ、内径φ１５ｍｍ、一次形状係数Ｓ１＝
４１．２、二次形状係数Ｓ２＝５．１、ゴム積層数
３．５５ｍｍ×３３層、鋼板積層数３．２ｍｍ×３２
層、の免震支承を作製した。この支承に、せん断弾性率
を面圧２００ｋｇ/ｃｍ²で水平方向に破断するまでせん
断歪を与えた。

【００２５】一方、同じゴムシートを用いて、外径φ１
８０ｍｍ、内径φ０ｍｍ、一次形状係数Ｓ１＝３
４．６、二次形状係数Ｓ２＝４．９５、ゴム積層数１．
３×２８層、鋼板積層数１．２ｍｍ×２７層、の免震支
承を作製した。これを常温で老化させ、６０年後のクリ
ープ量を推定した。測定結果を表１に示す。

【００２６】表１において、ΔＶはトルエン中、４０
℃、２４時間後の体積膨張率を、Ｈｓは旧ＪＩＳＫ６
３０１ＪＩＳＡ型硬度を、動的せん断弾性率は東京衡
機製造製動的せん断試験機での２０℃、０．３ＨｚＩ１
００％歪での測定値をそれぞれ示す。実施例２実施例１と同様にして得たゴムシートを用いて、φ６０
０およびφ１８０の支承を作製した。その限界破断歪と
クリープ率を測定した。その結果を表１に示す。比較例１表１の比較例１の項に示す配合組成でゴムシートを作製
した。このゴムシートを用いて、実施例１と同様にして
φ６００およびφ１８０の支承を作製した。その限界破
断歪とクリープ率を測定した。その結果を表１に示す。比較例２表１の比較例２の項に示す配合組成でゴムシートを作製
した。このゴムシートを用いて、実施例１と同様にして
φ６００およびφ１８０の支承を作製した。その限界破
断歪とクリープ率を測定した。その結果を表１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１に示す結果から、カーボンブラック量
とシリカ量を適宜に選択することにより、静的せん断弾
性率が４．５ｋｇｆ/ｃｍ²以下でヒステリシスロスが８
％以上のゴム組成物が得られ、限界破断伸びは４００％
以上、クリープ率８％未満の支承を作製することができ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】天然ゴムおよび/またはイソプレンゴムを
５０重量部以上含有するジェン系ゴム１００重量部に対
し、カーボンブラック１０〜３５重量部とシリカ５〜２
５重量部の割合で含有し、静的せん断弾性率が４．５ｋ
ｇｆ/ｃｍ²以下、１００％折り返し時のヒステリシスロ
スが８〜３５％であることを特徴とするゴム組成物。
【請求項２】前記カーボンブラックのＤＢＴ吸油量およ
びヨウ素吸着量がそれぞれ５５〜１００ｍｌ/１００ｇ
と２０〜１２０ｍｇ/ｇであり、前記シリカのＢＥＴ比
表面積が１５０〜３００ｍ²/ｇである請求項１記載のゴ
ム組成物。
【請求項３】免震支承の積層ゴム用である請求項１また
は２記載のゴム組成物。