JP2009001603A - ゴム支承被覆用ゴムシート及びゴム支承用被覆材 - Google Patents

Abstract

【課題】成形時において優れた加工性を有すると共に、加硫後において、優れた破壊強度と、低い弾性率とを兼ね備えたゴム支承の被覆層が得られるゴム支承被覆用ゴムシートを提供する。
【解決手段】ゴム成分として、天然ゴムとＥＰＤＭとを含有し、更に、シリカと、カーボンブラックと、ワックス及び／又はアマイド化合物とを含有する未加硫ゴム組成物からなることを特徴とするゴム支承被覆用ゴムシート。
【選択図】なし

Description

本発明は、免震用ゴム積層体の外周を被覆してゴム支承を形成するためのゴム支承被覆用ゴムシートに関する。

近年、ビルや橋梁等の建造物を建設する際、地震等により引き起こされる震動による破損を防ぐために、ゴム支承等を用いて免震構造を構成することが行われている。
ゴム支承とは、ビルや橋梁等の建造物の上部構造の荷重を支え、かつ前記建造物の上部構造体と下部構造体との接点に設置される部材であり、地震等により引き起こされる震動によって生じる上部構造及び下部構造の変位をこのゴム支承で吸収するためのものである。これは一般に複数個の鋼板等の硬質板と粘弾性的性質を有するゴム材料からなる軟質板とを交互に積層し、両者を強固に接着させることで耐荷重性の向上を図ると共に、水平力に対してゴムの弾力性で対応できるようにしたものである。

このようなゴム支承では、外観、耐久性及び耐候性等の向上のため、上記硬質板と軟質板とが交互に積層されたゴム支承本体の外周に、軟質板と同様の組成物からなる被覆層を形成したり、あるいは同様の組成物からなる厚さ数ｍｍ程度のゴムシートをゴム支承本体の外周に巻回して被覆することが行われている。従来、ゴム支承被覆用ゴムシートとしては、本体の軟質板に用いられるゴムのせん断弾性率Ｇが０．６Ｎ／ｍｍ²程度であるため、ゴム支承本体の弾性率に影響を与えないように、同程度の弾性率のものを使用していた。

しかしながら、近年の地震に対する防災意識の高まりや耐震性基準の厳格化に伴い、せん断弾性率Ｇが０．３〜０．５Ｎ／ｍｍ²程度の低弾性率で高性能なゴム支承が求められるようになった。この要求に対し、ゴム支承本体の軟質板として用いられるゴムについては低弾性率化が進められたが、被覆用のゴムについては、耐久性や成形加工時の作業性を考慮し、未だにせん断弾性率Ｇが０．６Ｎ／ｍｍ²相当以上のゴムを使用していることが多い。その結果、ゴム支承には、高性能化に伴う厳しいバネ精度の要求を満たすために低弾性率のゴムが軟質板として用いられるようになったが、被覆材の高い弾性率がゴム支承全体としてのゴム弾性率を引き上げて、ゴム支承全体の性能を低下させるおそれがある。この問題は、ゴム支承本体の軟質板と同レベルのせん断弾性率を有するゴムを被覆材に適用することで解消できるが、現状では成形時の加工性や、加硫硬化後の破壊強度等において課題が残され、実用化が遅れているのが実情である。

一般的にゴムの低弾性率化を図るには、カーボン配合部数の低減、低級カーボンの使用、可塑剤及び石油樹脂の増量等の方法が有効であるが、いずれの方法も未加硫ゴムが軟らかくなるばかりでなく、粘着性も大幅に増大してしまうため、加工性が著しく低下してしまう結果となった。また、上記の方法により低弾性率の被覆材を作製した場合、十分な破壊強度が得られない場合があるため、被覆材としての耐久性が不十分となるおそれがあり、ゴム支承の製造における大きな課題となっている。
従って、加硫前の加工性に優れると共に、加硫後には、優れた破壊強度と、低い弾性率とを兼ね備えたゴム支承用被覆材を得ることができるゴム支承被覆用ゴムシートの開発が望まれる。

なお、本発明に関連する先行技術文献としては下記のものが挙げられる。
特許第２５７０３４０号公報 特開２００２−４７３８２号公報 特開２００６−５２２８１号公報 特開２００６−３７００２号公報

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、成形時において優れた加工性を有すると共に、加硫後において、優れた破壊強度と、低い弾性率とを兼ね備えたゴム支承の被覆層が得られるゴム支承被覆用ゴムシートを提供することを目的とする。

本発明者は、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、ゴム成分として天然ゴムとＥＰＤＭとを含有し、更に、所定量のシリカと、カーボンブラックと、ワックス及び／又はアマイド化合物とを添加することにより、加工性に優れるゴム支承被覆用ゴムシートが得られ、更に、該ゴムシートを加硫硬化させることにより、優れた破壊強度と、せん断弾性率Ｇが０．３〜０．５Ｎ／ｍｍ²の低い弾性率を兼ね備えたゴム支承用被覆材を得ることができ、この被覆材でゴム支承本体を被覆することにより、高性能で耐久性にも優れたゴム支承が得られることを見出し、本発明に到達した。

即ち、本発明は、下記のゴム支承被覆用ゴムシート及び該ゴムシートを加硫硬化してなるゴム支承用被覆材を提供する。
［１］ ゴム成分として、天然ゴムとＥＰＤＭとを含有し、更に、シリカと、カーボンブラックと、ワックス及び／又はアマイド化合物とを含有する未加硫ゴム組成物からなることを特徴とするゴム支承被覆用ゴムシート。
［２］ 上記［１］記載のゴム支承被覆用ゴムシートが加硫硬化してなり、せん断弾性率Ｇが０．３〜０．５Ｎ／ｍｍ²であることを特徴するゴム支承用被覆材。

本発明によれば、加工性に優れるゴム支承被覆用ゴムシートを得ることができ、該ゴムシートを加硫成形することにより、優れた破壊強度と、低い弾性率とを兼ね備えたゴム支承用被覆材を得ることができ、この被覆材でゴム支承本体を被覆することにより、高性能で耐久性に優れるゴム支承を得ることができるものである。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のゴム支承被覆用ゴムシートは、上記の通り、ゴム成分として天然ゴムとＥＰＤＭとを含有し、更にカーボンブラックと、シリカと、ワックス及び／又はアマイド化合物とを含有してなるものである。

（１）ゴム成分
本発明のゴム支承被覆用ゴムシートで用いるゴム成分としては、耐久性や温度依存性の観点から、天然ゴム及びＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエンゴム）を用いる。また、本発明の目的を損なわない範囲であれば、上記のゴム成分に加えて合成ゴム等の他のゴムを併用してもよい。その具体例としては、イソプレンゴムやスチレン・ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、クロロプレンゴム、イソブチレン・イソプレンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、エポキシ化天然ゴム、アクリレートブタジエンゴム等の合成ゴム及びこれら天然ゴムまたは合成ゴムの分子鎖末端が変性されたもの等を挙げることができ、これらの中から適宜選択使用すればよい。

なお、本発明においては、外観及び耐久性等の観点から、ＥＰＤＭの上記ゴム成分全体に占める割合を通常４０〜８０質量％、特に４０〜６０質量％とすることが好ましい。８０質量％を超えると、ゴム破壊特性などの耐久性や混練り作業性の低下を招くおそれがあり、４０質量％未満となった場合は、耐候性の低下を招くおそれがある。本発明では、ＥＰＤＭの配合割合を上記範囲とすることにより、耐候性と耐久性とをより確実に両立することができる。

（２）カーボンブラック
カーボンブラックとしては、ゴム工業で通常使用されているものを使用することができ、特に限定されるものではないが、例えば、ＳＲＦ、ＧＰＦ、ＦＥＦ、ＨＡＦ、ＩＳＡＦ、ＳＡＦ、ＦＴ、ＭＴ等のカーボンブラックを挙げることができる。本発明においては、ＳＡＦ、ＩＳＡＦを好適に用いることができる。また、これらのカーボンブラックは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。なお、上記カーボンブラックは、窒素吸着比表面積が１０〜５０ｍ²／ｇ、ＤＢＰ吸収量が２０〜１５０ｍｌ／１００ｇ、よう素吸着量が１０〜５０ｍｇ／ｇであることが好ましい。

上記カーボンブラックの添加量は、上記ゴム成分１００質量部に対して、通常１０〜３０質量部とすることが好ましい。添加量が３０質量部を超えると、所期のせん断弾性率Ｇを得難くなるおそれがあり、１０質量部未満では、所期のせん断弾性率Ｇを得難くなると共に、混練作業性の低下を招くおそれがある。

（３）シリカ
本発明においては、シリカを上記カーボンブラックと併用することで、ゴムの破壊特性を維持しながら、弾性率の上昇を抑えることができる。上記シリカとしては、この分野において通常使用されているものを使用することができ、特に限定されるものではないが、本発明においては、疎水化処理シリカを好適に用いることができる。この疎水化処理シリカとしては、窒素吸着比表面積（ＢＥＴ法）が、通常１５０〜５００ｍ²／ｇ、特に１５０〜３５０ｍ²／ｇの範囲の湿式シリカ１００質量部に対して、動粘度が１０^-6〜１ｍ²／ｓの範囲のシリコーンオイル０．１〜５０質量部を配合して表面処理して得られるものが好ましい。上記湿式シリカの比表面積が１５０ｍ²／ｇ未満では、所望の破壊特性が得られないおそれがある。また、５００ｍ²／ｇを超えると、ゴム成分への分散性が低下するおそれがある。なお、上記シリカのＤＢＰ吸収量は１５０〜３５０ｍｌ／１００ｇであることが好ましい。

上記シリカの添加量は、上記ゴム成分１００質量部に対して、通常１〜１０質量部、特に５〜１０質量部とすることが好ましい。添加量が１０質量部を超えると、所期のせん断弾性率Ｇを得難くなるおそれがあり、１質量部未満では、破壊特性に対する効果が得られないおそれがある。
なお、本発明においては、上記シランをゴム成分と混練する際、公知のシランカップリング剤を適宜添加することもでき、これによりゴム成分への分散性を向上させることが可能である。

（４）ワックス、アマイド化合物
ワックスやアマイド化合物としては、パラフィンワックス及びミクロクリスタリンワックス等のワックス、ステアリン酸アミド、オレイン酸アミド及びエルカ酸アミド等のアマイド化合物を挙げることができ、１種を単独で、又は２種以上を併用して用いればよい。特に本発明においては、ミクロクリスタリンワックスやエルカ酸アミドを好適に用いることができる。これらの配合により、ゴムシートの粘着性を低減させることができ、ゴム支承本体を被覆する際の成形作業性を向上させることができる。
添加量は、上記ゴム成分１００質量部に対して、通常０．５〜２質量部、特に０．５〜１質量部とすることが好ましい。２質量部を超えると、外観の悪化を招くおそれがあり、０．５質量部未満になると所望する加工性の改善効果が得られないおそれがある。

（５）その他の添加剤
本発明のゴム組成物には上記各成分以外にも、本発明の目的を損なわない範囲で、公知の加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、亜鉛華（ＺｎＯ）、ワックス類、酸化防止剤、充填剤、発泡剤、可塑剤、滑剤、粘着付与剤、紫外線吸収剤等の添加剤を、適宜配合することができる。

可塑剤としては、例えば、アロマティック油、ナフテニック油、パラフィン油等のプロセスオイルや、やし油等の植物油、アルキルベンゼンオイル等の合成油等が挙げられる。これらのうち、プロセスオイルが好ましく、特にパラフィン系オイルが好ましい。その添加量としては、上記原料ゴム１００質量部に対し、通常２０〜５０質量部である。

加硫剤としては、例えば硫黄が挙げられる。その添加量としては上記原料ゴム１００質量部に対し通常０．５〜３質量部である。硫黄の上記原料ゴム１００質量部に対する配合量が０．５質量部未満では、本発明のゴム組成物の破壊特性が低下する場合があり、一方３質量部を超えると、所望の弾性率が得られない場合がある。

加硫促進剤としては、例えばＣＢＳ（Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアジルスルフェンアミド）、ＴＢＢＳ（Ｎ−ｔ−ブチル−２−ベンゾチアジルスルフェンアミド）、ＴＢＳＩ（Ｎ−ｔ−ブチル−２−ベンゾチアジルスルフェンイミド）等のスルフェンアミド系の加硫促進剤、ＤＰＧ（ジフェニルグアニジン）等のグアニジン系の加硫促進剤、テトラオクチルチウラムジスルフィド、テトラベンジルチウラムジスルフィド等のチウラム系加硫促進剤、ジアルキルジチオリン酸亜鉛等の加硫促進剤等が挙げられる。その添加量としては、上記原料ゴム１００質量部に対し、通常１．５〜３．５質量部である。

充填剤としては、例えば、ホワイトカーボン、微粒子ケイ酸マグネシウム、重質炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、クレー、タルク等の無機充填剤、ハイスチレン樹脂、クマロンインデン樹脂、フェノール樹脂、リグニン、変性メラミン樹脂、ロジン誘導体等の有機充填剤が挙げられる。その添加量としては、上記原料ゴム１００質量部に対し、通常１０〜５０質量部である。

本発明においては、ゴム支承被覆用ゴムシートの配合を上記構成とすることにより、加硫後においてせん断弾性率Ｇが通常０．３〜０．５Ｎ／ｍｍ²、特に０．３５〜０．４５Ｎ／ｍｍ²であり、破壊強度が通常１２〜１６ＭＰａ、特に１４〜１６ＭＰａであるゴム支承用被覆材を得ることができる。

本発明のゴムシートを得る際、上記各成分の配合方法に特に制限はなく、全ての成分原料を一度に配合して混練しても良いし、２段階あるいは３段階に分けて各成分を配合して混練を行ってもよい。なお、混練に際してはロール、インターナルミキサー、バンバリーローター等の混練機を用いることができる。また、シート状に成形する際には、押出成形機、プレス機等の公知の成形機を用いればよい。

得られたゴムシートはゴム支承本体の外周に巻き付け、被覆した後、加硫硬化することによって、外観だけでなく耐久性、耐候性等に優れたゴム支承を得ることができる。この時の加硫条件としては、特に限定されるものではないが、通常１２０〜１６０℃の加硫条件を採用することができる。

以下、本発明について実施例及び比較例を挙げて詳細に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。
［実施例１〜７、比較例１，２］
表１に示す配合の材料を、バンバリーミキサーを用いて常法に従って混練し、長さ１２０ｍｍ×幅１２０ｍｍ×厚さ２ｍｍのゴムシートを作製した。その後、１４１℃、６０分間の条件で加硫硬化させ、ゴム支承用被覆材の評価体とした。
得られたゴムシート及び被覆材については下記の方法により各項目について評価した。評価結果を表１に併記した。

《評価方法》
・せん断弾性率Ｇ（Ｎ／ｍｍ²）
試験機：バネ剛性損失エネルギー測定装置（（株）鷺宮製作所製、ＥＦＨ−２０−８−１０）
試験方法：周波数０．２Ｈｚで１７５％１０回のせん断試験を行い、その１０回の平均値からせん断弾性率Ｇを求めた。

・破壊強度（ＭＰａ）
ＪＩＳ Ｋ ６３０１に準拠して測定した。

・伸び（％）
ＪＩＳ Ｋ ６３０１に準拠して測定した。

・タッキネス（Ｎ）
試験機：（株）東洋精機製作所製、ピクマタックテスターＩＩ
試験方法：２ｍｍに圧延した加硫前のゴムシートを１０ｍｍ幅に裁断し、これを試験機治具（直径５０ｍｍ、幅１４ｍｍ）に巻き付け、該治具を試験機にセットした。次いで、この試験機を上記ゴムシートとは別に用意したゴムシート上に置き、上記治具を下降スピード３０ｍｍ／ｍｉｎ．で下降させ、試験機下に置かれたゴムシートに荷重１００ｇで１０秒間圧着させた。その後、上記治具を同スピードで上昇させ、その時の両ゴムシート間の剥離強度を測定した。

・加硫ゴムのブルーム
加硫後のゴムシートを、２３℃恒温室で２４時間保管した後のゴムシート表面の状態を目視により観察した。

・成形作業性
直径１００ｍｍ、長さ１００ｍｍの円筒に２ｍｍ厚×５０ｍｍ幅の加硫前のゴムシートを３重に巻き付けた時のゴムシート同士の粘着性が十分かどうか、また一度巻き付けたゴムシートの位置を修正する際、巻き付けたゴムシートをスムーズに剥がせるかどうかについて官能評価にて評価した。
○：成形作業性 良い
×：成形作業性 悪い

ＮＲ：天然ゴム
カーボンブラック１：ＩＳＡＦ級カーボンブラック、シースト６（東海カーボン（株）製
）
カーボンブラック２：ＦＴ級カーボンブラック、アサヒサーマル（旭カーボン（株）製）
カーボンブラック３：ＳＲＦ級カーボンブラック、旭＃５０（旭カーボン（株）製）
シリカ：ニップシールＡＱ（東ソー・シリカ（株）製）
石油樹脂：クイントン１９２０（日本ゼオン（株）製）
ワックス：サンノックＷ（大内新興化学工業（株）製）
アマイド化合物：アルフローＰ−１０（日本油脂（株）製）
オイル：サンセン４２４０（ＳＵＮ ＲＥＦＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＡＲＫＥ社製）
加硫促進剤：ノクセラーＣＺ（大内新興化学工業（株）製）

Claims (7)

1. ゴム成分として、天然ゴムとＥＰＤＭとを含有し、更に、シリカと、カーボンブラックと、ワックス及び／又はアマイド化合物とを含有する未加硫ゴム組成物からなることを特徴とするゴム支承被覆用ゴムシート。
2. ＥＰＤＭの含有率が全ゴム成分の４０〜８０質量％である請求項１記載のゴム支承被覆用ゴムシート。
3. 上記カーボンブラックの含有割合が、上記ゴム成分１００質量部に対して１０〜３０質量部である請求項１又は２記載のゴム支承被覆用ゴムシート。
4. 上記カーボンブラックの窒素吸着比表面積が１０〜５０ｍ²／ｇ、ＤＢＰ吸収量が２０〜１５０ｍｌ／１００ｇ、よう素吸着量が１０〜５０ｍｇ／ｇである請求項１〜３のいずれか１項に記載のゴム支承被覆用ゴムシート。
5. 上記シリカの含有割合が上記ゴム成分１００質量部に対して１〜１０質量部である請求項１〜４のいずれか１項に記載のゴム支承被覆用ゴムシート。
6. 上記シリカの窒素吸着比表面積が１５０〜５００ｍ²／ｇ、ＤＢＰ吸収量が１５０〜３５０ｍｌ／１００ｇである請求項１〜５のいずれか１項に記載のゴム支承被覆用ゴムシート。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のゴム支承被覆用ゴムシートが加硫硬化してなり、せん断弾性率Ｇが０．３〜０．５Ｎ／ｍｍ²であることを特徴するゴム支承用被覆材。