JP2010121033A - 高減衰積層体用ゴム組成物および高減衰積層体 - Google Patents
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Abstract
【課題】減衰性が高く、せん断弾性率に優れ、冬場の最低気温がマイナス30℃程度に達する極寒冷地においても減衰性およびせん断弾性率の温度依存性が小さい積層体を実現することができる高減衰積層体用ゴム組成物の提供。
【解決手段】ジエン系ゴム100質量部と、カーボンブラック40〜75質量部と、シリカ30質量部超50質量部以下とを含有し、
前記ジエン系ゴムが、ビニル−シスブタジエンゴムを70質量%以上含有する高減衰積層体用ゴム組成物。
【選択図】なし
【解決手段】ジエン系ゴム100質量部と、カーボンブラック40〜75質量部と、シリカ30質量部超50質量部以下とを含有し、
前記ジエン系ゴムが、ビニル−シスブタジエンゴムを70質量%以上含有する高減衰積層体用ゴム組成物。
【選択図】なし
Description
本発明は、高減衰積層体用ゴム組成物および高減衰積層体に関する。
近年、震動エネルギーの吸収装置として、防震装置、除震装置、免震装置等が急速に普及しつつある。そして、このような装置においては、振動エネルギー減衰性能を有するゴム組成物が使用されている。
例えば、橋梁の支承やビルの免震装置に用いられる免震用積層ゴムには、減衰性(振動をより多くの熱に変換して振動エネルギーを減衰させる)が高いことや、所望のせん断弾性率が発現することが要求されている。
このような免震用積層ゴムに用いられるゴム組成物として、本出願人は、特許文献1において「ジエン系ゴム100質量部と、カーボンブラック40〜75質量部と、シリカ5〜35質量部と、無機充填剤5〜55質量部と、石油樹脂5〜50質量部とを含有する高減衰積層体用ゴム組成物。」を提案している。
しかしながら、上記特許文献1に記載の高減衰積層体用ゴム組成物は、減衰性が高く、せん断弾性率に優れるものの、冬場の最低気温がマイナス30℃程度に達する極寒冷地においては減衰性およびせん断弾性率の温度依存性が大きくなる場合があることが明らかとなった。
そこで、本発明は、減衰性が高く、せん断弾性率に優れ、冬場の最低気温がマイナス30℃程度に達する極寒冷地においても減衰性およびせん断弾性率の温度依存性が小さい積層体を実現することができる高減衰積層体用ゴム組成物の提供を目的とする。
そこで、本発明は、減衰性が高く、せん断弾性率に優れ、冬場の最低気温がマイナス30℃程度に達する極寒冷地においても減衰性およびせん断弾性率の温度依存性が小さい積層体を実現することができる高減衰積層体用ゴム組成物の提供を目的とする。
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、ビニル−シスブタジエンゴムを特定量含有するジエン系ゴムに対して、カーボンブラックおよびシリカを特定の割合で配合したゴム組成物を用いると、減衰性が高く、せん断弾性率に優れ、冬場の最低気温がマイナス30℃程度に達する極寒冷地においても減衰性およびせん断弾性率の温度依存性が小さい積層体が得られることを知見し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は、以下の(1)〜(4)を提供する。
即ち、本発明は、以下の(1)〜(4)を提供する。
(1)ジエン系ゴム100質量部と、カーボンブラック40〜75質量部と、シリカ30質量部超50質量部以下とを含有し、
上記ジエン系ゴムが、ビニル−シスブタジエンゴムを70質量%以上含有する高減衰積層体用ゴム組成物。
上記ジエン系ゴムが、ビニル−シスブタジエンゴムを70質量%以上含有する高減衰積層体用ゴム組成物。
(2)更に、上記シリカの質量に対してシランカップリング剤を1質量%以下含有する上記(1)に記載の高減衰積層体用ゴム組成物。
(3)上記ジエン系ゴムが、ブタジエンゴムを10〜30質量%含有する上記(1)または(2)に記載の高減衰積層体用ゴム組成物。
(4)上記(1)〜(3)のいずれかに記載の高減衰積層体用ゴム組成物と硬質板とを交互に積層して得られる高減衰積層体。
以下に説明するように、本発明によれば、減衰性が高く、せん断弾性率に優れ、冬場の最低気温がマイナス30℃程度に達する極寒冷地においても減衰性およびせん断弾性率の温度依存性が小さい積層体を実現することができる高減衰積層体用ゴム組成物を提供することができる。
以下に、本発明について詳細に説明する。
本発明の高減衰積層体用ゴム組成物(以下、単に「本発明のゴム組成物」ともいう。)は、ジエン系ゴム100質量部と、カーボンブラック40〜75質量部と、シリカ30質量部超50質量部以下とを含有し、上記ジエン系ゴムが、ビニル−シスブタジエンゴムを70質量%以上含有する高減衰積層体用ゴム組成物である。
次に、本発明のゴム組成物に含有するジエン系ゴム、カーボンブラックおよびシリカ等について詳述する。
本発明の高減衰積層体用ゴム組成物(以下、単に「本発明のゴム組成物」ともいう。)は、ジエン系ゴム100質量部と、カーボンブラック40〜75質量部と、シリカ30質量部超50質量部以下とを含有し、上記ジエン系ゴムが、ビニル−シスブタジエンゴムを70質量%以上含有する高減衰積層体用ゴム組成物である。
次に、本発明のゴム組成物に含有するジエン系ゴム、カーボンブラックおよびシリカ等について詳述する。
<ジエン系ゴム>
本発明のゴム組成物に含有するジエン系ゴムは、ビニル−シスブタジエンゴムを70質量%以上含有するものであれば特に限定されず、ビニル−シスブタジエンゴムを100質量%含有する、即ち、ビニル−シスブタジエンゴムのみからなるものであってもよい。
本発明のゴム組成物に含有するジエン系ゴムは、ビニル−シスブタジエンゴムを70質量%以上含有するものであれば特に限定されず、ビニル−シスブタジエンゴムを100質量%含有する、即ち、ビニル−シスブタジエンゴムのみからなるものであってもよい。
ここで、ビニル−シスブタジエンゴムとは、C4留分を主成分とする不活性有機溶媒中における、シス−1,4−重合とシンジオタクチック−1,2重合とからなるポリブタジエンゴム複合体(以下、「VCR」ともいう。)である。
ビニル−シスブタジエンゴムとしては、具体的には、例えば、シス1,4−結合含量90%以上のシス−1,4−ポリブタジエンゴム97〜80質量%と、シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン3〜20質量%とからなる複合体等が挙げられる。
ビニル−シスブタジエンゴムとしては、具体的には、例えば、シス1,4−結合含量90%以上のシス−1,4−ポリブタジエンゴム97〜80質量%と、シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン3〜20質量%とからなる複合体等が挙げられる。
本発明においては、このようなビニル−シスブタジエンゴムとして、例えば、宇部興産社製のUBEPOL−VCR等の市販品を用いることができる。
このようなビニル−シスブタジエンゴムを70質量%以上含有するジエン系ゴムを用いることにより、得られる本発明のゴム組成物と硬質板とを交互に積層して得られる本発明の高減衰積層体(以下、「本発明の積層体」ともいう。)の、減衰性を高くすることができ、冬場の最低気温がマイナス30℃程度に達する極寒冷地においても減衰性およびせん断弾性率の温度依存性を小さくすることができる。
具体的には、後述するラップシェアせん断試験により測定する減衰性能の指標となる等価減衰定数(Heq)を0.20以上とすることができる。また、後述するラップシェアせん断試験により測定するマイナス30℃における等価減衰定数(Heq-30℃)と23℃における等価減衰定数(Heq23℃)との比(Heq-30℃/Heq23℃)を1.15未満とすることができ、同様に測定するマイナス30℃におけるせん断弾性率(Geq-30℃)と23℃におけるせん断弾性率(Geq23℃)との比(Geq-30℃/Geq23℃)を1.40未満とすることができる。
具体的には、後述するラップシェアせん断試験により測定する減衰性能の指標となる等価減衰定数(Heq)を0.20以上とすることができる。また、後述するラップシェアせん断試験により測定するマイナス30℃における等価減衰定数(Heq-30℃)と23℃における等価減衰定数(Heq23℃)との比(Heq-30℃/Heq23℃)を1.15未満とすることができ、同様に測定するマイナス30℃におけるせん断弾性率(Geq-30℃)と23℃におけるせん断弾性率(Geq23℃)との比(Geq-30℃/Geq23℃)を1.40未満とすることができる。
このように減衰性を高くすることができ、冬場の最低気温がマイナス30℃程度に達する極寒冷地においても減衰性およびせん断弾性率の温度依存性を小さくすることができる理由は詳細には明らかではないが、VCRのガラス転移点は−107℃であり、汎用のブタジエンゴム(BR)のガラス転移点と等しいことを考慮すると、VCRを主成分とするゴム組成物も、BRを主成分とするゴム組成物と同様、優れた低温特性を発揮するためであると考えられる。
しかしながら、このことは、後述する比較例3および5の結果からも分かるように、汎用のポリブタジエンゴム(BR)を70質量%以上含有するジエン系ゴムを用いた場合には混合性や圧延加工性が劣ることを鑑みれば、非常に意外な効果である。これは、VCRの構造中、シンジオタクチック−1,2重合の部分が樹脂分として作用しているためであると考えられる。
しかしながら、このことは、後述する比較例3および5の結果からも分かるように、汎用のポリブタジエンゴム(BR)を70質量%以上含有するジエン系ゴムを用いた場合には混合性や圧延加工性が劣ることを鑑みれば、非常に意外な効果である。これは、VCRの構造中、シンジオタクチック−1,2重合の部分が樹脂分として作用しているためであると考えられる。
本発明のゴム組成物に含有するジエン系ゴムは、ビニル−シスブタジエンゴムを70質量%以上含有するものであるが、その含有量が100質量%未満であれば、他のジエン系ゴムを含有することになる。
他のジエン系ゴムは特に限定されないが、例えば、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム(SBR)、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム(NBR)、ブチルゴム(IIR)、ハロゲン化ブチルゴム(Br−IIR、Cl−IIR)、クロロプレンゴム(CR)等を用いることができる。
これらの中でも、モジュラス、引張強さ、切断時伸び等の物性と加工性等のバランスが良好となる理由からNRを併用するのが好ましく、減衰性、せん断弾性率の温度依存性をより低減させる理由からBRを併用するのが好ましい。
ここで、BRを併用する場合の含有量は、ジエン系ゴムの全体の質量に対して10〜30質量%であるのが好ましく、20〜30質量%であるのがより好ましい。
他のジエン系ゴムは特に限定されないが、例えば、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム(SBR)、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム(NBR)、ブチルゴム(IIR)、ハロゲン化ブチルゴム(Br−IIR、Cl−IIR)、クロロプレンゴム(CR)等を用いることができる。
これらの中でも、モジュラス、引張強さ、切断時伸び等の物性と加工性等のバランスが良好となる理由からNRを併用するのが好ましく、減衰性、せん断弾性率の温度依存性をより低減させる理由からBRを併用するのが好ましい。
ここで、BRを併用する場合の含有量は、ジエン系ゴムの全体の質量に対して10〜30質量%であるのが好ましく、20〜30質量%であるのがより好ましい。
<カーボンブラック>
本発明のゴム組成物に含有するカーボンブラックは、従来公知のものを使用することができる。
本発明のゴム組成物に含有するカーボンブラックは、従来公知のものを使用することができる。
本発明においては、CTAB吸着比表面積が100m2/g以上のカーボンブラックを用いるのが好ましく、110〜370m2/gのカーボンブラックを用いるのがより好ましい。
CTAB吸着比表面積が100m2/g以上の範囲であると、得られる本発明の積層体の減衰性をより高く維持することができる。
ここで、CTAB吸着比表面積は、カーボンブラックがゴム分子との吸着に利用できる表面積を、CTAB(セチルトリメチルアンモニウムブロミド)の吸着により測定した値である。
このようなカーボンブラックとしては、例えば、SAF、ISAF、HAFを挙げることができる。なお、CATB吸着比表面積は、ASTM D3765−80に記載の方法により測定することができる。
CTAB吸着比表面積が100m2/g以上の範囲であると、得られる本発明の積層体の減衰性をより高く維持することができる。
ここで、CTAB吸着比表面積は、カーボンブラックがゴム分子との吸着に利用できる表面積を、CTAB(セチルトリメチルアンモニウムブロミド)の吸着により測定した値である。
このようなカーボンブラックとしては、例えば、SAF、ISAF、HAFを挙げることができる。なお、CATB吸着比表面積は、ASTM D3765−80に記載の方法により測定することができる。
本発明においては、カーボンブラックの含有量は、ジエン系ゴム100質量部に対して、40〜75質量部であり、50〜75質量部であるのが好ましい。
カーボンブラックの含有量がこの範囲であると、得られる本発明の積層体の減衰性が高く、せん断弾性率が良好となる。
カーボンブラックの含有量がこの範囲であると、得られる本発明の積層体の減衰性が高く、せん断弾性率が良好となる。
<シリカ>
本発明のゴム組成物に含有するシリカは、従来公知のものを使用することができる。
シリカとしては、具体的には、例えば、ヒュームドシリカ、焼成シリカ、沈降シリカ、粉砕シリカ、溶融シリカを挙げることができる。
また、シリカは、平均凝集粒径が、5〜50μmのものが好ましく、5〜30μmのものがより好ましい。
本発明のゴム組成物に含有するシリカは、従来公知のものを使用することができる。
シリカとしては、具体的には、例えば、ヒュームドシリカ、焼成シリカ、沈降シリカ、粉砕シリカ、溶融シリカを挙げることができる。
また、シリカは、平均凝集粒径が、5〜50μmのものが好ましく、5〜30μmのものがより好ましい。
本発明においては、シリカの含有量は、ジエン系ゴム100質量部に対して、30質量部超50質量部以下であり、35〜40質量部であるのが好ましい。
シリカの含有量がこの範囲であると、得られる本発明の積層体の減衰性が高く、せん断弾性率が良好となる。
シリカの含有量がこの範囲であると、得られる本発明の積層体の減衰性が高く、せん断弾性率が良好となる。
<シランカップリング剤>
本発明のゴム組成物は、得られる本発明のゴム組成物を用いた本発明の積層体のせん断弾性率がより良好となる理由からシランカップリング剤を含有するのが好ましい。
上記シランカップリング剤は、ゴム用途に使用されるポリスルフィド系シランカップリング剤を用いるのが好ましい。
上記ポリスルフィド系シランカップリング剤としては、具体的には、例えば、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド等が挙げられる。
中でも、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィドであるのが、得られる本発明のゴム組成物を用いた本発明の積層体のせん断弾性率が更に良好となる理由から好ましい。
本発明のゴム組成物は、得られる本発明のゴム組成物を用いた本発明の積層体のせん断弾性率がより良好となる理由からシランカップリング剤を含有するのが好ましい。
上記シランカップリング剤は、ゴム用途に使用されるポリスルフィド系シランカップリング剤を用いるのが好ましい。
上記ポリスルフィド系シランカップリング剤としては、具体的には、例えば、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド等が挙げられる。
中でも、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィドであるのが、得られる本発明のゴム組成物を用いた本発明の積層体のせん断弾性率が更に良好となる理由から好ましい。
このようなシランカップリング剤としては、市販品を用いることができる。
具体的には、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド(Si69、デグッサ社製)、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド(Si75、デグッサ社製)等が例示される。
具体的には、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド(Si69、デグッサ社製)、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド(Si75、デグッサ社製)等が例示される。
本発明においては、このようなシランカップリング剤の含有量は、上記シリカの質量に対して、1質量%以下であるのが好ましい。
<その他の添加剤>
本発明のゴム組成物は、本発明の目的を損なわない範囲で、必要に応じて、その他の添加剤を含有することができる。
上記添加剤としては、例えば、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、可塑剤、軟化剤、加硫助剤、難燃剤、耐候剤、耐熱剤等が挙げられる。
加硫剤としては、具体的には、例えば、硫黄、酸化亜鉛;TMTDなどの有機含硫黄化合物;ジクミルペルオキシドなどの有機過酸化物;等が挙げられる。
加硫促進剤としては、具体的には、例えば、N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾールスルフェンアミド(CBS)などのスルフェンアミド類;メルカプトベンゾチアゾールなどのチアゾール類;テトラメチルチウラムモノスルフィドなどのチウラム類;ステアリン酸;等が挙げられる。
老化防止剤としては、具体的には、例えば、TMDQなどのケトン・アミン縮合物;DNPDなどのアミン類;スチレン化フェノールなどのモノフェノール類;等が挙げられる。
可塑剤としては、具体的には、例えば、フタル酸誘導体(例えば、DBP、DOP等)、セバシン酸誘導体(例えば、DBS等)のモノエステル類等が挙げられる。
軟化剤としては、具体的には、例えば、パラフィン系オイル(プロセスオイル)等が挙げられる。
本発明のゴム組成物は、本発明の目的を損なわない範囲で、必要に応じて、その他の添加剤を含有することができる。
上記添加剤としては、例えば、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、可塑剤、軟化剤、加硫助剤、難燃剤、耐候剤、耐熱剤等が挙げられる。
加硫剤としては、具体的には、例えば、硫黄、酸化亜鉛;TMTDなどの有機含硫黄化合物;ジクミルペルオキシドなどの有機過酸化物;等が挙げられる。
加硫促進剤としては、具体的には、例えば、N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾールスルフェンアミド(CBS)などのスルフェンアミド類;メルカプトベンゾチアゾールなどのチアゾール類;テトラメチルチウラムモノスルフィドなどのチウラム類;ステアリン酸;等が挙げられる。
老化防止剤としては、具体的には、例えば、TMDQなどのケトン・アミン縮合物;DNPDなどのアミン類;スチレン化フェノールなどのモノフェノール類;等が挙げられる。
可塑剤としては、具体的には、例えば、フタル酸誘導体(例えば、DBP、DOP等)、セバシン酸誘導体(例えば、DBS等)のモノエステル類等が挙げられる。
軟化剤としては、具体的には、例えば、パラフィン系オイル(プロセスオイル)等が挙げられる。
また、本発明のゴム組成物は、本発明の目的を損なわない範囲で、特許文献1(特開2006−143849号公報)に記載された無機充填剤や石油樹脂も含有することができるが、後述する実施例の結果からも明らかなように、これらを積極的に含有させる必要はない。
このように無機充填剤や石油樹脂を積極的に含有しなくても本発明の効果を奏する理由は明らかではないが、上記シリカの含有量が多いためであると考えられる。
このように無機充填剤や石油樹脂を積極的に含有しなくても本発明の効果を奏する理由は明らかではないが、上記シリカの含有量が多いためであると考えられる。
本発明のゴム組成物の製造方法は、特に限定されないが、例えば、上述した各成分を配合した未加硫ゴム組成物を、公知の方法、装置を用いて、混練等により調製できる。
本発明の積層体は、上述した本発明のゴム組成物と硬質板とを交互に積層して得られる高減衰積層体であり、橋梁の支承やビルの基礎免震等に用いられる構造体である。
図1に、本発明の積層体の実施態様の一例を表す高減衰積層体の断面概略図を示す。図1において、符号1は高減衰積層体(免震積層体)を表し、符号2は硬質板を表し、符号3は本発明の高減衰積層体用ゴム組成物を表す。
図1に一例として示すように、本発明の高減衰積層体1は、本発明の高減衰積層体用ゴム組成物3と、硬質板2(例えば、一般構造用鋼板、冷間圧延鋼板等)とが交互に積層されて構成される。
また、この高減衰積層体1は、本発明の高減衰積層体用ゴム組成物3と硬質板2との間に接着層を設けて構成してもよく、また、接着層を設けずに直接加硫して構成してもよい。
また、この高減衰積層体1は、本発明の高減衰積層体用ゴム組成物3と硬質板2との間に接着層を設けて構成してもよく、また、接着層を設けずに直接加硫して構成してもよい。
図1においては、本発明の高減衰積層体1は、本発明の高減衰積層体用ゴム組成物3と、硬質板2とを交互に積層させた状態が図示されているが、高減衰積層体用ゴム組成物3は2層以上を積層させた構造としてもよい。
また、図1においては、本発明の高減衰積層体用ゴム組成物3について6層、硬質板2について7層の合計13層の例を示してあるが、本発明の高減衰積層体1の本発明の高減衰積層体用ゴム組成物3と硬質板2との積層数はこれに限定されず、用いられる用途、要求される特性等に応じて、任意に設定できる。
更に、本発明の高減衰構造体1の大きさ、全体の厚さ、本発明の高減衰積層体用ゴム組成物3の層の厚さ、硬質板の厚さ等についても、用いられる用途、要求される特性等に応じて、任意に設定できる。
また、図1においては、本発明の高減衰積層体用ゴム組成物3について6層、硬質板2について7層の合計13層の例を示してあるが、本発明の高減衰積層体1の本発明の高減衰積層体用ゴム組成物3と硬質板2との積層数はこれに限定されず、用いられる用途、要求される特性等に応じて、任意に設定できる。
更に、本発明の高減衰構造体1の大きさ、全体の厚さ、本発明の高減衰積層体用ゴム組成物3の層の厚さ、硬質板の厚さ等についても、用いられる用途、要求される特性等に応じて、任意に設定できる。
本発明の積層体を製造するには、本発明の高減衰積層体用ゴム組成物をシート状に成形した後に加硫して、シート状のゴム組成物を得た後、接着剤を含む層を設けて硬質板と交互に積層させてもよいし、また、あらかじめ未加硫の本発明の高減衰積層体用ゴム組成物をシート状に成形し、硬質板と交互に積層した後、加熱して加硫・接着を同時に行ってもよい。
本発明の積層体は、上述した本発明のゴム組成物を用いているため、減衰性が高く、せん断弾性率に優れ、冬場の最低気温がマイナス30℃程度に達する極寒冷地においても減衰性およびせん断弾性率の温度依存性が小さいという優れた効果を有する。
具体的には、後述するラップシェアせん断試験により測定する減衰性能の指標となる等価減衰定数(Heq)が0.20以上となり、同様に測定するせん断弾性率(Geq)が0.57〜0.96となる。
また、後述するラップシェアせん断試験により測定するマイナス30℃における等価減衰定数(Heq-30℃)と23℃における等価減衰定数(Heq23℃)との比(Heq-30℃/Heq23℃)が1.15未満となり、同様に測定するマイナス30℃におけるせん断弾性率(Geq-30℃)と23℃におけるせん断弾性率(Geq23℃)との比(Geq-30℃/Geq23℃)が1.40未満となる。
具体的には、後述するラップシェアせん断試験により測定する減衰性能の指標となる等価減衰定数(Heq)が0.20以上となり、同様に測定するせん断弾性率(Geq)が0.57〜0.96となる。
また、後述するラップシェアせん断試験により測定するマイナス30℃における等価減衰定数(Heq-30℃)と23℃における等価減衰定数(Heq23℃)との比(Heq-30℃/Heq23℃)が1.15未満となり、同様に測定するマイナス30℃におけるせん断弾性率(Geq-30℃)と23℃におけるせん断弾性率(Geq23℃)との比(Geq-30℃/Geq23℃)が1.40未満となる。
等価減衰定数(Heq)およびせん断弾性率(Geq)は、ラップシェアせん断試験により測定される。
図2は、ラップシェア型せん断試験用試料の模式的な側面図である。図2において、符号4はラップシェア型せん断試験用試料を表し、符号5は圧延した未加硫ゴム組成物を表し、符号6は鋼板を表す。
未加硫ゴム組成物5は、幅25mm×長さ25mm×厚さ5mmのサイズに圧延された、本発明のゴム組成物の未加硫ゴム組成物である。鋼板6は、表面がサンドブラストされ、金属接着剤が塗布された鋼板(幅25mm×長さ100mm×厚さ20mm)である。
ラップシェア型せん断試験用試料4は、未加硫ゴム組成物5と鋼板6とを、図2に示されるように配置(積層)した後に、130℃で120分プレス加硫して得られる。
図2は、ラップシェア型せん断試験用試料の模式的な側面図である。図2において、符号4はラップシェア型せん断試験用試料を表し、符号5は圧延した未加硫ゴム組成物を表し、符号6は鋼板を表す。
未加硫ゴム組成物5は、幅25mm×長さ25mm×厚さ5mmのサイズに圧延された、本発明のゴム組成物の未加硫ゴム組成物である。鋼板6は、表面がサンドブラストされ、金属接着剤が塗布された鋼板(幅25mm×長さ100mm×厚さ20mm)である。
ラップシェア型せん断試験用試料4は、未加硫ゴム組成物5と鋼板6とを、図2に示されるように配置(積層)した後に、130℃で120分プレス加硫して得られる。
ラップシェアせん断試験は、加振機(サギノミヤ社製)、入力信号発振機、出力信号処理機を用いて、以下に示す条件で行われる。
上記のように作製されたラップシェア型せん断試験用試料を用いて、2軸せん断試験機による変形周波数0.5Hz、測定温度23℃で、175%歪みを10回加えたときの各1回のせん断特性値の平均を求める。
具体的には、上記ラップシェア型せん断試験にて得られたヒステリシス曲線が示すXmaxおよびQmaxを用い、等価減衰定数(Heq)およびせん断弾性率(Geq)を下記式(1)、(2)に従って算出する。図3に、ラップシェア型せん断試験にて得られたヒステリシス曲線の一例を示す。
上記のように作製されたラップシェア型せん断試験用試料を用いて、2軸せん断試験機による変形周波数0.5Hz、測定温度23℃で、175%歪みを10回加えたときの各1回のせん断特性値の平均を求める。
具体的には、上記ラップシェア型せん断試験にて得られたヒステリシス曲線が示すXmaxおよびQmaxを用い、等価減衰定数(Heq)およびせん断弾性率(Geq)を下記式(1)、(2)に従って算出する。図3に、ラップシェア型せん断試験にて得られたヒステリシス曲線の一例を示す。
式(1)中、△Wはヒステリシスループの面積(図3中、斜線部分)である。
式(2)中、Keqは下記式(3)で表され、Hは高減衰積層体中に積層されるゴム層の合計の厚みを表し、Aはゴム層の断面積である。
式(2)中、Keqは下記式(3)で表され、Hは高減衰積層体中に積層されるゴム層の合計の厚みを表し、Aはゴム層の断面積である。
高減衰積層体は、振動エネルギーの吸収装置として用いられればその用途、適用条件等は、特に限定されない。中でも、上述の優れた特性を有するため、建築用の振動エネルギーの吸収装置として用いられるのが好ましく、例えば、各種の免震、除振、防振等の振動エネルギーの吸収装置(より具体的には、例えば、道路橋の支承や、橋梁、ビルの基礎免震、戸建免震用途)に好適に用いられる。
以下、本発明を実施例に従ってより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
(実施例1〜4、比較例1〜6:ラップシェア型せん断試験用試料の作製)
まず、下記第1表に示す組成(単位は質量部)になるように、各化合物を配合してB型バンバリーミキサーにて5分間混練し、未加硫ゴム組成物を調製した。
次に、調製した未加硫ゴム組成物を幅25mm×長さ25mm×厚さ5mmのサイズに圧延した。
圧延後の未加硫ゴム組成物(図2中の5)と、表面をサンドブラストして金属接着剤を塗布した鋼板(幅25mm×長さ100mm×厚さ20mm、図2中の6)とを、図2のラップシェア型せん断試験用試料4の側面図に示すように配置(積層)した後に、130℃で120分プレス加硫してラップシェア型せん断試験用試料を作製した。
まず、下記第1表に示す組成(単位は質量部)になるように、各化合物を配合してB型バンバリーミキサーにて5分間混練し、未加硫ゴム組成物を調製した。
次に、調製した未加硫ゴム組成物を幅25mm×長さ25mm×厚さ5mmのサイズに圧延した。
圧延後の未加硫ゴム組成物(図2中の5)と、表面をサンドブラストして金属接着剤を塗布した鋼板(幅25mm×長さ100mm×厚さ20mm、図2中の6)とを、図2のラップシェア型せん断試験用試料4の側面図に示すように配置(積層)した後に、130℃で120分プレス加硫してラップシェア型せん断試験用試料を作製した。
<引張物性>
得られた未加硫ゴム組成物を148℃のプレス成型機を用い、面圧3.0MPaの圧力下で45分間加硫して、2mm厚の加硫シートを作製した。このシートからJIS3号ダンベル状の試験片を打ち抜き、引張速度500mm/分での引張試験をJIS K6251-2004に準拠して行い、引張強さ(TB)[MPa]、切断時伸び(EB)[%]、100%モジュラス(M100)[MPa]および300%モジュラス(M300)[MPa]を室温にて測定した。結果を第1表に示す。
得られた未加硫ゴム組成物を148℃のプレス成型機を用い、面圧3.0MPaの圧力下で45分間加硫して、2mm厚の加硫シートを作製した。このシートからJIS3号ダンベル状の試験片を打ち抜き、引張速度500mm/分での引張試験をJIS K6251-2004に準拠して行い、引張強さ(TB)[MPa]、切断時伸び(EB)[%]、100%モジュラス(M100)[MPa]および300%モジュラス(M300)[MPa]を室温にて測定した。結果を第1表に示す。
<ラップシェアせん断試験>
上記ラップシェア型せん断試験用試料に対して、加振機(サギノミヤ社製)、入力信号発振機、出力信号処理機を用い、ラップシェアせん断試験を行った。なお、各実施例で使用したラップシェア型せん断試験用試料の数は10個であった。
具体的には、上記ラップシェア型せん断試験用試料に対し、2軸せん断試験機による変形周波数0.5Hz、測定温度23℃で、175%歪みを10回加えたときの各1回のせん断特性値の平均を求めた。
このラップシェアせん断試験によって得られたヒステリシス曲線が示すXmaxおよびQmaxを用い、上記式(1)および(2)に従って平均せん断特性値(Geq、Heq)を求めた。結果を第1表に示す。
上記ラップシェア型せん断試験用試料に対して、加振機(サギノミヤ社製)、入力信号発振機、出力信号処理機を用い、ラップシェアせん断試験を行った。なお、各実施例で使用したラップシェア型せん断試験用試料の数は10個であった。
具体的には、上記ラップシェア型せん断試験用試料に対し、2軸せん断試験機による変形周波数0.5Hz、測定温度23℃で、175%歪みを10回加えたときの各1回のせん断特性値の平均を求めた。
このラップシェアせん断試験によって得られたヒステリシス曲線が示すXmaxおよびQmaxを用い、上記式(1)および(2)に従って平均せん断特性値(Geq、Heq)を求めた。結果を第1表に示す。
<温度依存性の評価>
上記のように作製されたラップシェア型せん断試験用試料を用いて、2軸せん断試験機による変形周波数0.5Hz、測定温度23℃で、175%歪みを10回加えたときの各1回のせん断特性値の平均(n=10)(Geq23℃、Heq23℃)を求めた。
次に、測定温度をマイナス30℃に代えた他は測定温度が室温(23℃)の場合と同様にして、マイナス30℃でのせん断特性値の平均(n=10)(Geq-30℃、Heq-30℃)を求めた。
そして、Geq温度依存性として、Geq-30℃/Geq23℃(第1表中では、「−30℃/室温」と記載した)を算出した。Heq温度依存性についても同様に行った。結果を第1表に示す。
上記のように作製されたラップシェア型せん断試験用試料を用いて、2軸せん断試験機による変形周波数0.5Hz、測定温度23℃で、175%歪みを10回加えたときの各1回のせん断特性値の平均(n=10)(Geq23℃、Heq23℃)を求めた。
次に、測定温度をマイナス30℃に代えた他は測定温度が室温(23℃)の場合と同様にして、マイナス30℃でのせん断特性値の平均(n=10)(Geq-30℃、Heq-30℃)を求めた。
そして、Geq温度依存性として、Geq-30℃/Geq23℃(第1表中では、「−30℃/室温」と記載した)を算出した。Heq温度依存性についても同様に行った。結果を第1表に示す。
<混合/圧延加工性>
混合/圧延加工性は、上述したラップシェア型せん断試験用試料の作製において、B型バンバリーミキサーにて5分間混練した際のゴムのまとまり状態と、調製した未加硫ゴム組成物の圧延の際のロール作業性で評価した。
その結果、ゴムのまとまり状態とロール作業性がいずれも極めて良好であるものを「◎」と評価し、ゴムのまとまり状態とロール作業性がいずれも良好であるものを「○」と評価し、ゴムのまとまり状態が悪いもののロール作業は何とか行うことができるものを「△」と評価し、ゴムがまとまらないものを「×」と評価した。
混合/圧延加工性は、上述したラップシェア型せん断試験用試料の作製において、B型バンバリーミキサーにて5分間混練した際のゴムのまとまり状態と、調製した未加硫ゴム組成物の圧延の際のロール作業性で評価した。
その結果、ゴムのまとまり状態とロール作業性がいずれも極めて良好であるものを「◎」と評価し、ゴムのまとまり状態とロール作業性がいずれも良好であるものを「○」と評価し、ゴムのまとまり状態が悪いもののロール作業は何とか行うことができるものを「△」と評価し、ゴムがまとまらないものを「×」と評価した。
第1表中の各成分は、以下のものを使用した。
・天然ゴム:STR20、TECK BEE HANG社製
・ビニル−シスブタジエンゴム:UBEPOL−VCR、宇部興産社製
・ブタジエンゴム:NipolBR1220、日本ゼオン社製
・カーボンブラック:ダイヤブラックI、三菱化学社製
・シリカ:ニップシールVN3、東ソー・シリカ社製
・無機充填剤:クレー(SUPREX CLAY、ケンタッキーテネシークレイカンパニー社製)
・石油樹脂:ハイレジン#120(軟化点120℃、東邦化学社製)
・硫黄:粉末イオウ、細井化学工業社製
・加硫促進剤:ノクセラーCZ、大内新興化学工業社製
・シランカップリング剤:Si69、EVONIK DEGUSSA GMBH社製
・天然ゴム:STR20、TECK BEE HANG社製
・ビニル−シスブタジエンゴム:UBEPOL−VCR、宇部興産社製
・ブタジエンゴム:NipolBR1220、日本ゼオン社製
・カーボンブラック:ダイヤブラックI、三菱化学社製
・シリカ:ニップシールVN3、東ソー・シリカ社製
・無機充填剤:クレー(SUPREX CLAY、ケンタッキーテネシークレイカンパニー社製)
・石油樹脂:ハイレジン#120(軟化点120℃、東邦化学社製)
・硫黄:粉末イオウ、細井化学工業社製
・加硫促進剤:ノクセラーCZ、大内新興化学工業社製
・シランカップリング剤:Si69、EVONIK DEGUSSA GMBH社製
第1表から明らかなように、比較例1〜4で調製した高減衰積層体用ゴム組成物から得られた積層体は、減衰性および冬場の最低気温がマイナス30℃程度に達する極寒冷地におけるせん断弾性率の温度依存性をともに満足できるものではなかった。また、比較例6で調製した高減衰積層体用ゴム組成物から得られた積層体は、減衰性が十分に高いものではなかった。
これに対し、実施例1〜4で調製した高減衰積層体用ゴム組成物から得られた積層体は、無機充填剤および石油樹脂を含有しなくても、減衰性が高く、せん断弾性率に優れ、冬場の最低気温がマイナス30℃程度に達する極寒冷地においても減衰性およびせん断弾性率の温度依存性が小さいことが分かった。
特に、シランカップリング剤を配合させて調製した実施例3および4の高減衰積層体用ゴム組成物から得られた積層体は、他の物性を大きく損なうことなくせん断弾性率を高めることが分かった。
また、ジエン系ゴムとしてブタジエンゴムを20質量%含有させて調製した実施例4の高減衰積層体用ゴム組成物から得られた積層体は、減衰性およびせん断弾性率の温度依存性がより小さくなることが分かった。
なお、汎用のブタジエンゴムをジエン系ゴムとして90質量%含有する比較例5が混合/圧延加工性に劣ることが分かった。
これに対し、実施例1〜4で調製した高減衰積層体用ゴム組成物から得られた積層体は、無機充填剤および石油樹脂を含有しなくても、減衰性が高く、せん断弾性率に優れ、冬場の最低気温がマイナス30℃程度に達する極寒冷地においても減衰性およびせん断弾性率の温度依存性が小さいことが分かった。
特に、シランカップリング剤を配合させて調製した実施例3および4の高減衰積層体用ゴム組成物から得られた積層体は、他の物性を大きく損なうことなくせん断弾性率を高めることが分かった。
また、ジエン系ゴムとしてブタジエンゴムを20質量%含有させて調製した実施例4の高減衰積層体用ゴム組成物から得られた積層体は、減衰性およびせん断弾性率の温度依存性がより小さくなることが分かった。
なお、汎用のブタジエンゴムをジエン系ゴムとして90質量%含有する比較例5が混合/圧延加工性に劣ることが分かった。
1 高減衰積層体(免震積層体)
2 硬質板
3 本発明の高減衰積層体用ゴム組成物
4 ラップシェア型せん断試験用試料
5 圧延した未加硫ゴム組成物
6 鋼板
2 硬質板
3 本発明の高減衰積層体用ゴム組成物
4 ラップシェア型せん断試験用試料
5 圧延した未加硫ゴム組成物
6 鋼板
Claims (4)
- ジエン系ゴム100質量部と、カーボンブラック40〜75質量部と、シリカ30質量部超50質量部以下とを含有し、
前記ジエン系ゴムが、ビニル−シスブタジエンゴムを70質量%以上含有する高減衰積層体用ゴム組成物。 - 更に、前記シリカの質量に対してシランカップリング剤を1質量%以下含有する請求項1に記載の高減衰積層体用ゴム組成物。
- 前記ジエン系ゴムが、ブタジエンゴムを10〜30質量%含有する請求項1または2に記載の高減衰積層体用ゴム組成物。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の高減衰積層体用ゴム組成物と硬質板とを交互に積層して得られる高減衰積層体。
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---|---|---|---|---|
JP2013053251A (ja) * | 2011-09-05 | 2013-03-21 | Sumitomo Rubber Ind Ltd | 高減衰組成物 |
JP2015129251A (ja) * | 2013-12-06 | 2015-07-16 | 住友ゴム工業株式会社 | 高減衰組成物および粘弾性ダンパ |
CN111746066A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-10-09 | 嘉峪关天源新材料有限责任公司 | 一种适应于较宽频域段的减振板及制备方法 |
JP2021031643A (ja) * | 2019-08-28 | 2021-03-01 | 株式会社ブリヂストン | 防振ゴム用ゴム組成物、及び防振ゴム製品 |
-
2008
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