JP2017161260A - Contact state analysis method of rubber and measurement surface - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ゴムと測定面との接触状態の解析方法に関する。本発明は、詳細にはタイヤ用のゴムと、路面等のタイヤが接触する測定面との接触状態の解析方法に関する。 The present invention relates to a method for analyzing a contact state between rubber and a measurement surface. More particularly, the present invention relates to a method for analyzing a contact state between a rubber for tire and a measurement surface such as a road surface on which the tire contacts.
タイヤと路面との接触状態は、タイヤと路面との摩擦係数に影響を与える。これは、タイヤの操縦安定性や制動力、転がり抵抗に影響を与える。タイヤの開発において、タイヤ用のゴムと路面等の測定面との接触状態を、精度よく解析することは重要である。 The contact state between the tire and the road surface affects the coefficient of friction between the tire and the road surface. This affects the steering stability, braking force, and rolling resistance of the tire. In the development of tires, it is important to accurately analyze the contact state between tire rubber and a measurement surface such as a road surface.
これまで、ゴムと測定面との接触状態を解析する方法は、発明者らの知る限り提案されていない。以下の非特許文献1には、金属等の硬い固体同士が接触したときの接触面積の測定方法が開示されている。この方法では、固体間にPET薄膜が挟み込まれる。PET薄膜を外した後、この薄膜上の押しつぶされた部分の面積が測定される。これにより、固体間の接触面積が求められている。 So far, as far as the inventors know, no method for analyzing the contact state between the rubber and the measurement surface has been proposed. Non-Patent Document 1 below discloses a method for measuring a contact area when hard solids such as metals are in contact with each other. In this method, a PET thin film is sandwiched between solids. After removing the PET film, the area of the crushed portion on the film is measured. Thereby, the contact area between solid is calculated | required.
ゴムと測定面との接触状態を解析するために、非特許文献1の方法を応用して、ゴムと測定面との間にPET薄膜を挟み込む方法が考えられる。しかし、ゴムは接着性が高い。ゴムと測定面との間にPET薄膜を挟み込むことにより、PET薄膜がゴムに貼り付く。PET薄膜をゴムから剥がすとき、PET薄膜上の押しつぶされた部分が変形する。この方法では、ゴムと測定面との接触状態が精度よく解析できない。 In order to analyze the contact state between the rubber and the measurement surface, a method of sandwiching a PET thin film between the rubber and the measurement surface by applying the method of Non-Patent Document 1 can be considered. However, rubber is highly adhesive. By sandwiching the PET thin film between the rubber and the measurement surface, the PET thin film adheres to the rubber. When the PET thin film is peeled from the rubber, the crushed portion on the PET thin film is deformed. This method cannot accurately analyze the contact state between the rubber and the measurement surface.
本発明の目的は、ゴムと測定面との接触状態を精度よく解析する方法の提供である。 An object of the present invention is to provide a method for accurately analyzing the contact state between rubber and a measurement surface.
本発明に係るゴムと測定面との接触状態解析方法は、ゴム組成物からなる試験片と測定面との間に高分子膜を挟み込む工程、上記試験片に測定面側に向けて荷重を負荷する工程、上記試験片と高分子膜とを冷却する工程、上記試験片を取り外す工程及び上記高分子膜の表面を観察する工程を有する。 The method for analyzing the contact state between the rubber and the measurement surface according to the present invention includes a step of sandwiching a polymer film between a test piece made of a rubber composition and the measurement surface, and a load is applied to the test piece toward the measurement surface side. A step of cooling the test piece and the polymer film, a step of removing the test piece, and a step of observing the surface of the polymer film.
好ましくは、試験片と高分子膜とを冷却する工程におけるこれらの冷却温度は、−30℃以上0℃以下である。 Preferably, these cooling temperatures in the step of cooling the test piece and the polymer film are −30 ° C. or more and 0 ° C. or less.
好ましくは、上記高分子膜の厚みは、0.5μm以上5μm以下である。 Preferably, the polymer film has a thickness of 0.5 μm or more and 5 μm or less.
好ましくは、ゴム及び高分子化合物を2倍の長さに引っ張ったときの弾性率がM100弾性率とされたとき、上記高分子膜のM100弾性率Mpの、上記試験片のM100弾性率Msに対する比(Mp/Ms)は、8以下である。 Preferably, when the elastic modulus when the rubber and the polymer compound are pulled to twice the length is M100 elastic modulus, the M100 elastic modulus Mp of the polymer film is relative to the M100 elastic modulus Ms of the test piece. The ratio (Mp / Ms) is 8 or less.
好ましくは、上記高分子膜の圧縮強さは70MP以上である。 Preferably, the compressive strength of the polymer film is 70 MP or more.
好ましくは、上記高分子膜は透明である。 Preferably, the polymer film is transparent.
好ましくは、上記高分子膜の主たる材質は、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタラート、ポリスチレン又はポリメタクリル酸メチルである。 Preferably, the main material of the polymer film is polycarbonate, polyethylene terephthalate, polystyrene, or polymethyl methacrylate.
本発明に係るゴムと測定面との接触状態解析方法では、ゴム組成物からなる試験片と測定面との間に高分子膜が挟み込まれる。試験片に、測定面に向けて荷重が負荷される。高分子膜を介して試験片と測定面とが接触している部分において、高分子膜が押しつぶされる。この高分子膜を取り外す前に、この試験片及び高分子膜は、冷却される。この冷却により、高分子膜は硬化する。この冷却により、試験片と高分子膜との接着力が低下する。試験片を高分子膜から取り外すときに、高分子膜の押しつぶされた部分の変形が抑えられる。この方法では、この高分子膜の表面を観察することにより、精度よくゴムと測定面との接触状態が解析できる。 In the method for analyzing the contact state between the rubber and the measurement surface according to the present invention, a polymer film is sandwiched between the test piece made of the rubber composition and the measurement surface. A load is applied to the test piece toward the measurement surface. The polymer film is crushed at a portion where the test piece and the measurement surface are in contact with each other through the polymer film. Prior to removal of the polymer membrane, the specimen and polymer membrane are cooled. By this cooling, the polymer film is cured. This cooling reduces the adhesion between the test piece and the polymer film. When the test piece is removed from the polymer film, deformation of the crushed portion of the polymer film is suppressed. In this method, the contact state between the rubber and the measurement surface can be analyzed with high accuracy by observing the surface of the polymer film.
以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on preferred embodiments with appropriate reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係るゴムと測定面との接触状態の解析方法のフロー図である。図2は、図1の方法による解析途中の状態が示された模式図である。図1で示されるように、この解析方法は、次のS1からS5の工程を備えている。
(S1)試験片2と測定面4との間に高分子膜6を挟み込む工程
(S2)試験片2に荷重を負荷する工程
(S3)試験片2及び高分子膜6を冷却する工程
(S4)試験片2を取り外す工程
(S5)高分子膜6を観測する工程
FIG. 1 is a flowchart of a method for analyzing a contact state between a rubber and a measurement surface according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing a state during the analysis by the method of FIG. As shown in FIG. 1, this analysis method includes the following steps S1 to S5.
(S1) Step of sandwiching the
この解析の準備として、試験片2、測定面4及び高分子膜6が用意される。試験片2は、ゴム組成物からなる。このゴム組成物は、タイヤ用である。測定面4は、この試験片2との接触状態が解析される、相手となる面である。測定面4は、例えばアスファルトよりなる模擬路面である。測定面4が、通常の路面でもよい。図2で示されるように、測定面4には、通常、凹凸が存在する。高分子膜6は透明である。高分子膜6の主たる材質として、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリスチレン又はポリメタクリル酸メチル(PMMA)が例示される。
As a preparation for this analysis, a
工程S1では、図2で示されるように、測定面4の上に、高分子膜6が配置される。この高分子膜6の上に、試験片2が配置される。この工程では、高分子膜6が、試験片2と測定面4との間に挟み込まれる。
In step S1, the
工程S2では、試験片2に、測定面4に向けて荷重が負荷される。図2の実施形態では、試験片2の上に重り8が載せられる。試験片2が、測定面4に押しつけられる。これにより、高分子膜6を介して試験片2と測定面4とが接触している部分において、高分子膜6が押しつぶされる。この部分において、高分子膜6が変形する。この変形した部分は、試験片2と測定面4との接触痕と称される。この工程では、試験片2と測定面4との接触痕が、高分子膜6に形成される。
In step S <b> 2, a load is applied to the
工程S3では、試験片2と高分子膜6とが冷却される。図2に示されるとおり、この実施形態では、ガス冷却装置10が使用される。図で示されるように、ガス冷却装置10は、冷却ガス発生部12とノズル14とからなる。この装置では、冷却ガス発生部12で発生した低温のガスが、ノズル14から噴射される。冷却ガスが、この装置から試験片2と高分子膜6とに吹き付けられる。試験片2と高分子膜6との接触部分が冷却される。試験片2及び高分子膜6の冷却に使用される装置は、ガス冷却装置10に限られない。他の冷却装置が使用されてもよい。試験片2と高分子膜6とが冷却できればよい。例えば、試験片2、測定面4及び高分子膜6を、冷却庫に入れて冷却してもよい。
In step S3, the
工程S4では、試験片2が取り外される。この工程では、まず図2の状態から、重り8が下ろされる。試験片2が高分子膜6から剥がされ、試験片2が取り外される。
In step S4, the
工程S5では、高分子膜6の表面が観察される。この観察は、高分子膜6が測定面4上に配置された状態で行われる。高分子膜6を測定面4から剥がした後で、高分子膜6が観察されてもよい。図示されないが、この観察には、顕微鏡が使用される。具体的には、この実施形態では、マイクロスコープが用いられる。マイクロスコープにて、表面が拡大撮影される。撮影された画像は、ディスプレイ上で表示されか、あるいは、プリントアウトされる。これらの画像が、肉眼にて観察される。例えば、これらの画像から接触部分の大きさが計測される。これらの画像が、画像データとしてデータ処理装置に送られ、この装置によって接触面積が計算されてもよい。
In step S5, the surface of the
以下、本発明の作用効果が説明される。 Hereinafter, the function and effect of the present invention will be described.
本発明に係るゴムと測定面との接触状態解析方法では、ゴム組成物からなる試験片2と測定面4との間に高分子膜6が挟み込まれる。試験片2に、測定面4に向けて荷重が負荷される。高分子膜6を介して試験片2と測定面4とが接触している部分において、高分子膜6が押しつぶされる。試験片2と測定面4との接触痕が、高分子膜6に形成される。この高分子膜6を取り外す前に、この試験片2及び高分子膜6は、冷却される。この冷却により、高分子膜6が硬化する。この冷却により、試験片2と高分子膜6との接着力が低下する。試験片2を高分子膜6から取り外すときに、高分子膜6の変形が抑えられる。試験片2と測定面4との接触痕の変形が抑えられる。この接触痕は、試験片2と測定面4とが高分子膜6を介して接触していた部分を、精度よく表す。この高分子膜6の表面を観察することにより、精度よくゴムと測定面との接触状態が解析できる。
In the method for analyzing the contact state between the rubber and the measurement surface according to the present invention, the
高分子膜6の厚みは、5μm以下が好ましい。弾性率の小さなゴム組成物からなる試験片2が測定面4と接触したとき、試験片2が微小に変形する。高分子膜6の厚みを5μm以下とすることで、この試験片2の微小な変形を反映した試験片2と測定面4との接触痕が、高分子膜6に形成されうる。この方法では、試験片2と測定面4との接触状態が精度よく解析できる。この観点から、高分子膜6の厚みは、3μm以下がより好ましい。高分子膜6の厚みは、0.5μm以上が好ましい。厚みが0.5μm以上の高分子膜6は、破損しにくい。高分子膜6の厚みを0.5μm以上とすることで、試験中に高分子膜6が破損することが防止されている。この観点から、高分子膜6の厚みは、0.7μm以上がより好ましい。
The thickness of the
ここでは、ゴム及び高分子化合物について、その長さを2倍に引っ張ったときの弾性率が「M100弾性率」と称される。高分子膜6のM100弾性率がMpとされ、試験片2のM100弾性率がMsとされたとき、M100弾性率MpのM100弾性率Msに対する比(Mp/Ms)は10以下が好ましい。比(Mp/Ms)を10以下とすることで、試験片2の微小な変形を反映した試験片2と測定面4との接触痕が、高分子膜6に形成されうる。この方法では、試験片2と測定面4との接触状態が精度よく解析できる。この観点から、比(Mp/Ms)は8以下がより好ましい。本願において、M100弾性率は、JIS K6251「加硫ゴム及び可塑性ゴム−引張特性の求め方」の規定に準拠した引っ張り試験により、測定される。本願の試験片2のM100弾性率の測定に際し、試験片2と同じ材質の試験体が作成される。高分子膜6のM100弾性率の測定に際し、高分子膜6と同じ材質の試験体が作成される。測定は、23℃の温度下でなされる。
Here, the elastic modulus when the length of the rubber and the polymer compound is doubled is referred to as “M100 elastic modulus”. When the M100 elastic modulus of the
高分子膜6の圧縮強さは、70MPa以上が好ましい。圧縮強さが70MPa以上である高分子膜6を使用することで、試験中に高分子膜6が破損することが防止されている。この観点から、高分子膜6の圧縮強さは、80MPa以上がより好ましい。高分子膜6の圧縮強さの測定に際し、高分子膜6と同じ材質の試験体が作成される。高分子膜6の圧縮強さは、この試験体について、「JIS K7181」の記載に準じて、圧縮試験機にて測定される。
The compressive strength of the
高分子膜6のロックウェル硬さは、M100以下が好ましい。ロックウェル硬さがM100以下である高分子膜6を使用することで、試験片2の微小な変形を反映した試験片2と測定面4との接触痕が、高分子膜6に形成されうる。この方法では、試験片2と測定面4との接触状態が精度よく解析できる。この観点から、高分子膜6のロックウェル硬さは、M80以下がより好ましい。高分子膜6のロックウェル硬さの測定に際し、高分子膜6と同じ材質の試験体が作成される。ロックウェル硬さは、この試験体について、「JIS K7202」の記載に準じて、ロックウェル硬さ測定器にて測定される。
The Rockwell hardness of the
高分子膜6は透明であることが好ましい。透明な高分子膜6では、その表面を顕微鏡で観察する際に、接触痕の部分では光が乱反射し、接触痕以外の部分では光が透過する。この高分子膜6は、顕微鏡による接触痕の観察が容易である。透明な高分子膜6を用いることで、精度の良い試験片2と測定面4との接触状態の解析が、効率良くできる。
The
高分子膜6の全光線透過率は、70%以上が好ましい。全光線透過率が70%以上高分子膜6は、顕微鏡による接触痕の観察が容易である。この高分子膜6を用いることで、精度の良い試験片2と測定面4との接触状態の解析が、効率良くできる。全光線透過率は、高分子膜6について、「JIS K7375」の記載に準じて、分光ヘーズメータにて測定される。
The total light transmittance of the
前述のとおり、高分子膜6の主たる材質は、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタラート、ポリスチレン又はポリメタクリル酸メチルが好ましい。これらを主たる材質とする高分子膜6の圧縮強さは大きい。これらを主たる材質とする高分子膜6は、破損しにくい。これらを高分子膜6の主たる材質とすることで、試験中に高分子膜6が破損することが防止されている。これらを主たる材質とする高分子膜6の硬さは低い。これらを主たる材質とする高分子膜6は、軟質である。これらを高分子膜6の主たる材質とすることで、試験片2と測定面4との接触痕が、精度よく高分子膜6に形成されうる。この方法では、試験片2と測定面4との接触状態が精度よく解析できる。さらに、これらを主たる材質とする高分子膜6は、透明である。これらを高分子膜6の主たる材質とすることで、精度の良い試験片2と測定面4との接触状態の解析が、効率良くできる。
As described above, the main material of the
試験片2に荷重を負荷する際の、試験片2と測定面4との接触圧は、0.1MPa以上5MPaが好ましい。接触圧を0.1MPa以上5MPa以下とすることで、実際のタイヤと路面とが接触するのと近い状態で、試験片2と測定面4との接触状態の解析ができる。この方法では、実際のタイヤと路面との接触状態を反映した解析ができる。この観点から、接触圧は0.2MPa以上2MPa以下がより好ましい。
The contact pressure between the
試験片2に荷重を負荷する時間は、0.5分以上が好ましい。試験片2に荷重を0.5分以上負荷することにより、試験片2と測定面4との接触痕が、精度よく高分子膜6に形成されうる。この観点から、この時間は1分以上がより好ましい。効率的に解析を実施するとの観点から、試験片2に荷重を負荷する時間は、10分以下が好ましい。
The time for applying the load to the
試験片2と高分子膜6とが冷却されたときのこれらの温度(冷却温度)は、0℃以下が好ましい。冷却温度を0℃以下とすることで、高分子膜6が十分に硬化する。冷却温度を0℃以下とすることで、高分子膜6と試験片2との接着力が効果的に低下する。この方法では、高分子膜6を試験片2から取り外すときに、高分子膜6の変形が抑えられる。この方法では、精度よくゴムと測定面4との接触状態が解析できる。この観点から、冷却温度は、−5℃以下がより好ましい。容易に効率よく冷却できるとの観点から、冷却温度は、−30℃以上が好ましく、−20℃以上がより好ましい。
These temperatures (cooling temperatures) when the
試験片2を顕微鏡で観察する際の倍率は、10倍以上が好ましい。試験片2を顕微鏡で観察する際の倍率を10倍以上とすることで、精度よく試験片2と測定面4との接触状態が解析できる。この観点から、試験片2を顕微鏡で観察する際の倍率は、15倍以上がより好ましい。効率よく試験片2と測定面4との接触状態を解析するとの観点から、試験片2を顕微鏡で観察する際の倍率は、100倍以下が好ましい。
The magnification when observing the
以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。 Hereinafter, the effects of the present invention will be clarified by examples. However, the present invention should not be construed in a limited manner based on the description of the examples.
[高分子膜、試験片及び測定面の準備]
ポリカーボネートを5wt%含むクロロホルム溶液を作成し、これを用いてスピンコート法で高分子膜を作成した。この高分子膜の厚みは、1μmとされた。タイヤのトレッドに使用されるゴム組成物からなる箱型の試験片が用意された。測定面として、アスファルトからなる模擬路面が用意された。
[Preparation of polymer film, test piece and measurement surface]
A chloroform solution containing 5 wt% of polycarbonate was prepared, and a polymer film was prepared by spin coating using this. The thickness of this polymer film was 1 μm. A box-shaped test piece made of a rubber composition used for a tire tread was prepared. A simulated road surface made of asphalt was prepared as a measurement surface.
[実施例1]
図1示されたフローで、試験片と測定面との接触状態が解析された。試験片に荷重を負荷する工程では、試験片には、0.8MPaの荷重が1分間負荷された。試験片及び高分子膜を冷却する工程では、窒素ガスを噴出するガス冷却装置が用いられた。この冷却ガスを吹き付けることで、試験片及び高分子膜は、−20℃に冷却された。高分子膜の観測工程では、キーエンス(株)製のマイクロスコープ「VHX−1000」が使用された。高分子膜の表面が、30倍の倍率で拡大撮影された。
[Example 1]
In the flow shown in FIG. 1, the contact state between the test piece and the measurement surface was analyzed. In the step of applying a load to the test piece, a load of 0.8 MPa was applied to the test piece for 1 minute. In the process of cooling the test piece and the polymer film, a gas cooling device for ejecting nitrogen gas was used. By blowing this cooling gas, the test piece and the polymer film were cooled to -20 ° C. In the observation process of the polymer film, a microscope “VHX-1000” manufactured by Keyence Corporation was used. The surface of the polymer film was magnified at a magnification of 30 times.
[比較例1]
試験片及び高分子膜を冷却する工程を有さないことの他は実施例1と同様にして、試験片と測定面との接触状態が解析された。
[Comparative Example 1]
The contact state between the test piece and the measurement surface was analyzed in the same manner as in Example 1 except that the test piece and the polymer film were not cooled.
[高分子膜表面の観測結果]
図3(a)、(b)及び(c)に、実施例1で観測した高分子膜の表面の一部が示されている。これらは、高分子膜の異なる部分の拡大写真である。試験片と測定面とが接触していた部分は、高分子膜が押しつぶされて変形する。この部分には、接触痕が形成される。この接触痕により光が乱反射するため、この部分は白く写っている。試験片と測定面とが接触していない部分は、光が透過するため、黒く写っている。すなわち、これらの写真において、白い部分は、試験片と測定面との接触部分、黒い部分は、試験片と測定面とが接触していない部分である。
[Observation results of polymer film surface]
3A, 3B, and 3C show a part of the surface of the polymer film observed in Example 1. FIG. These are magnified photographs of different parts of the polymer membrane. The polymer film is crushed and deformed at the portion where the test piece and the measurement surface were in contact. Contact marks are formed in this portion. Since the light is irregularly reflected by this contact mark, this portion appears white. A portion where the test piece and the measurement surface are not in contact with each other is black because light is transmitted. That is, in these photographs, the white portion is the contact portion between the test piece and the measurement surface, and the black portion is the portion where the test piece and the measurement surface are not in contact.
図4(a)、(b)及び(c)に、比較例1で観測した表面の一部が示されている。これらの写真において、図4(a)、(b)及び(c)で写っている場所は、それぞれ図3(a)、(b)及び(c)で写っている場所と同じである。 4A, 4 </ b> B, and 4 </ b> C show a part of the surface observed in Comparative Example 1. FIG. In these photographs, the places shown in FIGS. 4 (a), (b) and (c) are the same as the places shown in FIGS. 3 (a), (b) and (c), respectively.
図3(a)と図4(a)との比較、図3(b)と図4(b)との比較及び図3(c)と図4(c)との比較のいずれにおいても、図4の方が図3より、白い部分が大きい。これは、比較例1の方法では高分子膜を試験片から引き剥がす際に、高分子膜の表面が変形したのに対し、実施例1の方法では高分子膜を試験片から引き剥がす際に、高分子膜の表面の変形が抑えられていることを示す。実施例1の方が比較例1よりも、精度よく試験片と測定面との接触痕が高分子膜に形成できている。 FIG. 3 (a) is compared with FIG. 4 (a), FIG. 3 (b) is compared with FIG. 4 (b), and FIG. 3 (c) is compared with FIG. 4 (c). The white part is larger in FIG. 3 than in FIG. This is because the surface of the polymer film was deformed when the polymer film was peeled off from the test piece in the method of Comparative Example 1, whereas the polymer film was peeled off from the test piece in the method of Example 1. This indicates that the deformation of the surface of the polymer film is suppressed. In Example 1, the contact mark between the test piece and the measurement surface can be formed on the polymer film with higher accuracy than in Comparative Example 1.
以上で示されたとおり、実施例の方法は比較例の方法より評価結果が優れている。このことから、本発明の優位性は明らかである。 As shown above, the method of the example is superior in the evaluation result to the method of the comparative example. From this, the superiority of the present invention is clear.
以上説明された方法は、種々のゴム組成物と測定面との接触部分の解析に用いられうる。 The method described above can be used for analysis of contact portions between various rubber compositions and a measurement surface.
2・・・試験片
4・・・測定面
6・・・高分子膜
8・・・重り
10・・・ガス冷却装置
12・・・冷却ガス発生部
14・・・ノズル
DESCRIPTION OF
Claims (7)
上記試験片に、測定面側に向けて荷重を負荷する工程、
上記試験片と高分子膜とを冷却する工程、
上記試験片を取り外す工程
及び
上記高分子膜の表面を観察する工程
を有するゴム組成物と測定面との接触状態解析方法。 A step of sandwiching a polymer film between a test piece made of a rubber composition and a measurement surface;
Applying a load to the test piece toward the measurement surface,
Cooling the test piece and the polymer film,
A method for analyzing a contact state between a rubber composition and a measurement surface, comprising a step of removing the test piece and a step of observing the surface of the polymer film.
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CN109342246A (en) * | 2018-12-03 | 2019-02-15 | 山东科技大学 | A kind of coating sample array wearability fast appraisement method and its device |
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