JP3233458B2 - 高減衰ゴム組成物 - Google Patents

高減衰ゴム組成物

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高減衰性を発揮し、弾性
率の温度依存性の少なく、かつ破壊特性に優れたゴム組
成物である。防振、制振、免振、除振などの広範囲にわ
たって、振動エネルギーの伝達緩和、吸収装置に使用す
るのに好適であり、特に例えば−30℃といった極めて
過酷な温度における使用が要求される場合に有効であ
る。
【0002】
【従来の技術】近年、産業の高度化に伴って自動車をは
じめ産業機械、家庭用電気機器、OA機器、車両、高層
ビル、橋梁の主塔等など幅広い分野で騒音や振動の低減
技術が必要となってきており、ますます重要性が高まっ
てきている。これらの防振、制振、免振、除振等の技術
における振動エネルギーの伝達緩和、吸収装置には、一
般に高減衰特性を有したゴム配合物が使用されている。
【0003】通常、これらのゴム配合物には、カーボン
ブラックを多量配合するとともに、軟化剤や可塑剤、樹
脂が多量に配合されたり、ハイスチレンSBRのような
ガラス転移点の高いポリマーをブレンドする方法がとら
れている。しかし、カーボンブラックの多量配合は混練
時および成形時の加工性の低下をもたらす。また、軟化
剤や可塑剤の配合は減衰性の低下をまねく。さらに、樹
脂を多量配合したり、ガラス転移点の高いポリマーを使
用する場合、弾性率の温度依存性が大きく、実使用にお
いては安定した性能を示さないゴム配合物となってしま
う。
【0004】また、従来、高減衰で弾性率の温度依存性
の小さいゴム組成物としてシリコーンゴムを用いること
がある。しかし、このゴム組成物は破壊特性(低引張り
強さ、低剪断強度、低剪断伸び)の点で欠点があった。
【0005】以上のような状況から弾性率の温度依存性
の少なく、破壊特性に優れた、高減衰で広温度範囲にお
いて使用可能な耐寒性の優れたゴム配合物の出現は、振
動エネルギーの伝達緩和、吸収装置の需要増加に伴い、
早急に求められている重要でかつ難解な課題である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高減衰性を
発現し弾性率の温度依存性が少なく、破壊特性に優れ未
加硫時の加工性にも優れた、ゴム配合物を提供すること
を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】一般にホワイトカーボン
と呼ばれるシリカは、表面がシラノール基により高極
性、親水性になっており、ゴムとのぬれや分散が悪い。
また、加硫促進剤がシリカ表面に吸着されるので加硫を
遅らせ、また混練中にゴムとの間でゲルを生成したりし
て、加工性を悪くするなどの問題があり、実配合に供す
るのが困難であった。このため、シラン化合物により、
シリカ表面のシラノール基に疎水性、極性の官能基を導
入したシリカを用いることにより上記に述べたような問
題点が解消され、実配合に供されるようになった。これ
はシラン化合物とシリカとの縮合反応でシリカ表面のシ
ラノール基が減少し、それにより加硫遅れやゲル化が少
なくなり、シリカ粒子の凝集も減少して分散性が向上
し、これらのことにより、混練り、成形時の加工性、加
硫特性が改良され弾性率の温度依存性も少ないゴム組成
物が得られるようになった。
【0008】しかし、逆にシラノール基の減少は減衰特
性の低下を招く。このため適度な範囲の比表面積とシラ
ノール濃度が必要である。
【0009】研究の結果、各種シラン化合物により表面
処理した図1の範囲内の比表面積、シラノール濃度の無
水あるいは含水シリカを基材ゴム100重量部に対して
30〜160重量部、好ましくは40〜120重量部配
合したゴム配合物が減衰特性と弾性率の温度依存性もよ
く、金属との接着、破壊特性にも優れ、未加硫時の加工
性も優れたゴム配合物を得ることが可能となり、その結
果、振動エネルギーの吸収、緩和に係わるゴム材料とし
て免振、防振、制振等に適用できることが判った。尚、
本明細書中において、温度依存性が良いとは、動的剪断
貯蔵弾性率の比(−30℃/30℃)か2.7以下であ
ることを意味し、減衰性が良いとはtanδ(30℃)が
0.05以上であることを意味する。
【0010】本発明における基材ゴムとしては、天然ゴ
ムと合成ゴムが挙げられ、合成ゴムとしては、ポリイソ
プレンゴム、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およびその混合物が使用でき
る。とりわけ、ポリブタジエンゴム、天然ゴム、ポリイ
ソプレンゴムが好ましい。
【0011】本発明に用いる無水あるいは含水シリカは
前述のように、表面がシラン化合物により表面処理され
たものであって、その比表面積(Xm2/g)とシラノー
ル濃度(Y個/nm2)との関係が以下の条件を満足する
ものである。 30≦X≦400 0.07≦Y≦1.3 Y≦−2.07ln(X)+1.40X0.276+5.29
【0012】表面処理に用いられるシラン化合物はメチ
ルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メ
チルジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジ
メチルジエトキシシラン、ジメチルエトキシシラン、ト
リメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、
イソブチルトリメトキシシラン、n−デシルトリメトキ
シシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリ
エトキシシラン、ジフェニルトリメトキシシラン、ジフ
ェニルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラ
ン、トリフェニルエトキシシラン、ヘキシルトリメトキ
シシラン、オクタデシルメチルジメトキシシラン、オク
タデシルトリエトキシシラン、オクタデシルトリメトキ
シシラン、トリデカフルオロオクチルトリメトキシシラ
ン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、ヘプタ
デカフルオロデシルメチルジメトキシシラン、ヘプタデ
カフルオロデシルトリメトキシシラン、シクロヘキシル
メチルジメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、オ
クタメチルシクロテトラシラザン、ノナメチルトリシラ
ザン、メチルトリクロロシラン、メチルジクロロシラ
ン、ジメチルジクロロシラン、ジメチルクロロシラン、
ジメチルブチルクロロシラン、ジメチルオクタデシルク
ロロシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリク
ロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、トリフェニル
クロロシラン、トリ−n−プロピルクロロシラン、メチ
ルジフェニルクロロシラン、メチルフェニルジクロロシ
ラン、n−ブチルジメチルクロロシラン、tert−ブ
チルジメチルクロロシラン、tert−ブチルジフェニ
ルクロロシラン、クロロメチルジメチルクロロシラン、
クロロメチルトリメチルシラン、3−クロロプロピルメ
チルジメトキシシラン、3−クロロプロピルメチルジエ
トキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラ
ン、3−クロロプロピルトリス(トリメチルシロキシ)シ
ラン、ジフェニールシランジオール、トリクロロエチル
シラン、ヘプタデカフルオロデシルメチルジクロロシラ
ン、ヘプタデカフルオロデシルトリクロロシラン、ヘプ
タデカフルオロデシルメチルジクロロシラン、オクタデ
シルジメチルクロロシラン、オクタデシルメチルジクロ
ロシラン、オクタデシルトリクロロシラン、トリ−n−
ブチルクロロシラン、トリデカフルオロオクチルトリク
ロロシラン、トリエチルクロロシラン等が挙げられる。
シリカの表面処理方法は、シリカに、上記シラン化合物
を添加し、100〜200℃に加熱、撹拌し、シリカと
シラン化合物を縮合反応させて行われる。
【0013】比表面積(X)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。シ
ラノール濃度は電位差自動滴定装置(AT−310、京
都電子工業(株)製)を用いて測定する。
【0014】上記比表面積およびシラノール濃度を満足
するシリカは市販されており、日本アエロジル(株)製ア
エロジルR812S、R805、R812、R972、
RX200、RX50およびOX50が挙げられる。比
表面積(X)が上記範囲外であると、ゴム中での、分散が
悪くなる。シラノール濃度(Y)は上記範囲外であると、
ゴムとの混練中のゲル化が大きくなり、又加硫がいちじ
るしく遅れる。表面処理されたシリカの配合量は基材ゴ
ム100重量部に対し、30〜160重量部、好ましく
は40〜120重量部である。30重量部より少ないと
減衰付与効果が少くなり、160重量部を越えるとゴム
中への混練が難しくなる。
【0015】本発明のゴム配合物には、加硫剤(例えば
硫黄)、加硫促進剤、加硫助剤(例えば、ステアリン
酸、酸化亜鉛等)、老化防止剤、カーボンブラック、充
填剤、軟化剤、粘着付与剤等を必要に応じて、添加す
る。加硫剤は基材ゴム100重量部に対し0.3〜5重
量部配合してもよい。また加硫促進剤は基材ゴム100
重量部に対し、0.3〜4重量部配合してもよい。更
に、加硫助剤は基材ゴム100重量部に対して1〜6重
量部配合することができる。これら全体の配合量は基材
ゴム100重量部に対して 5〜100重量部である。
【0016】本発明のゴム配合物は上記成分を十分混練
した後、140〜180℃の温度で所定時間加硫成形す
る。
【0017】
【実施例】本発明の実施例につき、以下の如く説明す
る。表−1に示すシリカを用いて実施例を表2〜4に示
し、比較例として表−5に示すゴム配合物を混練しその
配合物を150℃で所定時間プレス加硫して得られる加
硫ゴムの諸物性を測定した。
【0018】本発明のゴム組成物の各組成物の各物性と
その測定法は下記の通りである。 物性; 引張強さ(kgf/cm2)、伸び(%)、剪断変形伸び
(%)、剪断強度(kg/cm2)、動的剪断貯蔵弾性率(G*)、
およびtanδ。 測定法;引張強さ(kgf/cm2)、伸び(%)はJIS K6
301に準じて行う。
【0019】剪断変形伸び%、剪断強度(kg/cm2)は図2
のような試料でテストする。ゴム組成物の加硫挙動は日
合商事株式会社、JSR、キュラストメータIIID型に
よって測定した。
【0020】動的粘弾性物性は株式会社東京衡機製造
所、PSA−015ハイドロパルス疲労試験機にて測定
した。
【0021】その測定条件は周波数0.5Hz、剪断歪
み±50%、温度30℃と−30℃である。
【0022】また、表−6には比較例として高減衰シリ
コーンゴムを示している。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】
【表3】
【0026】
【表4】
【0027】
【表5】
【0028】
【表6】
【0029】本発明の請求範囲内のシリカを用いた実施
例1〜11と比較例1、2をくらべると、比較例1,2
に用いたシリカはいずれも比表面積とシラノール濃度が
図1の斜線シラノール濃度図1に示す範囲外のものであ
る。これらシリカを用いた比較例1、2は未架橋時のト
ルクが著しく高く混練、カレンダーリング、押出成型等
の加工性が悪く、かつ加硫が非常に遅れ、実用配合とし
ては不適当である。
【0030】一方、実施例1〜11は未架橋時のトルク
も低く、減衰の指標となるTanδも0.10〜0.32と
高い。また、弾性率の温度依存性も−30℃と30℃と
の弾性率の比も1.50〜2.18と低い値を示しており
良好である。比表面積が30m2/g以下のシリカとして
は3m2/gのものがあるが、これほど比表面積が小さく
なると減衰付与効果がない。また、シラノール基濃度
0.07/nm2以下のものは作ることは不可能である。
【0031】従来から、高減衰で弾性率の温度依存性の
良好なゴムとしてシリコーンゴムがあるがこれは低破壊
強度(低引張り強度、低剪断強度、低剪断変形伸び)であ
る欠点を有していた。
【0032】比較例3、4と実施例とを較べると、実施
例は破断特性の指標となる引張り強度、剪断強度、剪断
変形伸びにおいて、実施例は比較例より優っていること
がわかる。
【0033】、上述のことより請求範囲内の比表面積と
シラノール濃度が図1の斜線に示す範囲内の無水あるい
は含水シリカを使用したゴム組成物は従来の、シリカを
使用したゴム組成物の欠点もなく、従来の高減衰ゴム組
成物に較べて、破断特性が良く、高減衰で、かつ弾性率
の温度依存性の小さい良好なゴム組成物であることが判
る。
【0034】
【発明の効果】以上述べた通り、本発明の高減衰ゴム組
成物は高減衰特性、弾性率の温度依存性も小さく、かつ
破断特性に優れていることから、各種免震、防振、制振
装置のゴム材料として有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の要件(XおよびY)の領域を表わした
図。
【図2】 剪断変形伸び(%)と剪断強度(kg/cm2)を測
定するための試料の模式図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−251490(JP,A) 特開 平4−298538(JP,A) 特開 平2−75663(JP,A) 特開 昭49−34948(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08L 21/00 B32B 25/14 C08K 3/36 C08K 9/06

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主鎖にC−C結合を有する基材ゴム10
    0重量部に対してシラン化合物によって表面処理した無
    水あるいは含水シリカを含有するゴム組成物であって、
    該シリカの比表面積(Xm/g)とシラノール濃度(Y
    個/nm)が30≦X≦400、0.07≦Y≦1.3
    かつY≦−2.07ln(X)+1.40X0.276
    5.29の範囲内であることを特徴とする高減衰性で弾
    性率の温度依存性の少なく、かつ破壊特性に優れたゴム
    組成物。
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