JP3845500B2 - 免震積層体用ゴム組成物 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動エネルギーを効率良く吸収することが出来、且つ長期耐久性にすぐれたゴム組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、振動エネルギーの吸収装置、即ち、防振、除震、免震装置などが急速に普及しつつある。そして、この装置においては、減衰性能を有するゴム組成物が使用されている。
従来、ゴム材料に高減衰特性を持たせるために、すなわち、高減衰特性を持ったゴム組成物を得るためには、カーボンブラックや石油樹脂を多量に配合している。
【０００３】
しかしながら、カーボンブラックの多量配合では減衰性能は向上するが（高ヒステリシスロス）、精練加工性が劣るとともに、免震装置のせん断破壊特性が低下する欠点がある。一方、石油樹脂の多量配合でも、減衰特性は向上するが、クリープ特性が低下し、長期耐久性に劣るという欠点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、振動エネルギー吸収性及び長期耐久性に優れた免震積層体用ゴム組成物を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の免震積層体用ゴム組成物は、天然ゴムを主成分とするゴム１００重量部に対し、ポリスチレンとビニルポリイソプレンのブロック共重合体からなると共に、ガラス転移温度が−１５℃以上である共重合体５〜３０重量部、石油樹脂１５〜６０重量部、および微粒子カーボンブラック５０〜９０重量部を含んでなることを特徴とする。
【０００６】
このように天然ゴム（ＮＲ）、ポリスチレンとビニルポリイソプレンのブロック共重合体からなると共に、ガラス転移温度が−１５℃以上である共重合体、石油樹脂、および微粒子カーボンブラックを組み合わせて用いるため、振動エネルギー吸収性及び長期耐久性を向上させることが可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、免震積層体の一例を示す断面説明図である。図１において、免震積層体１はゴム組成物２が鋼板等の剛性を有する硬質板３を介して複数層積層した構造となっている。
本発明では、図１におけるゴム組成物２として、天然ゴム（ＮＲ）、ポリスチレンとビニルポリイソプレンのブロック共重合体からなると共に、ガラス転移温度が−１５℃以上である共重合体、石油樹脂、および微粒子カーボンブラックからなるゴム組成物を用いるのである。
【０００８】
天然ゴム（ＮＲ）としては、市販されているいずれのものを用いてもよい。ＮＲの他に、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）等のゴムを配合してもよい。
ポリスチレンとビニルポリイソプレンのブロック共重合体からなると共に、ガラス転移温度が−１５℃以上である共重合体は、例えば、クラレ（株）製の"ハイブラー"として市販されている。なお、ガラス転移温度（Ｔｇ）は、ＤＳＣ（示差走差熱量計）で測定した値である。
【０００９】
石油樹脂は、いわゆる石油ナフサを熱分解後、蒸留によって分画されて得られるインデン、α−メチルスチレンなどの重合成分を含むＣ9 〜Ｃ10 留分をカチオン重合させて得られる樹脂であり、ＦＴＲ（三井石油化学工業（株））、ハイレジン（東邦化学工業（株））、クマロン樹脂（新日鐡化学社製）などとして市販されているものである。
【００１０】
本発明で使用する微粒子カーボンブラックは窒素比表面積が通常６０〜１５０ m2 /g、特には８０〜１５０ m2 /gであり、ＤＢＰ吸油量が通常６０〜１６０cm3 / １００ｇ、特には９０〜１６０cm3 / １００ｇのものが好ましい。このようなものはＡＳＴＭで示されるＨＡＦ、ＩＳＡＦ、ＳＡＦタイプのカーボンブラックとして市販されており、使用することができる。
【００１１】
本発明では、ＮＲを主成分とするゴム１００重量部に対し、ポリスチレンとビニルポリイソプレンのブロック共重合体からなると共に、ガラス転移温度が−１５℃以上である共重合体５〜３０重量部、石油樹脂１５〜６０重量部、および微粒子カーボンブラック５０〜９０重量部を配合する。
ポリスチレンとビニルポリイソプレンのブロック共重合体からなると共に、ガラス転移温度が−１５℃以上である共重合体が５重量部未満では得られるゴム組成物の減衰性が不足し、３０重量部超では低温特性が悪化する。石油樹脂が１５重量部未満では振動エネルギーの吸収能が不足し、６０重量超ではクリープ大となる。微粒子カーボンブラックが５０重量部未満では吸収能に劣り、９０重量部超では本発明のゴム組成物の製造の際に加工性が低下し製造上好ましくなく、又強度も低下する。
【００１２】
本発明のゴム組成物を製造するに当っては、未加硫ゴムの加硫の目的でＮ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド、Ｎ−ｔ−ブチル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミドなどの加硫促進剤および亜鉛華、ステアリン酸などの加硫助剤が未加硫ゴムに適切量配合される。
本発明のゴム組成物を免震積層体に適用した場合の一例を図１に示したが、本発明のゴム組成物２と例えば一般構造用鋼板、冷間圧延鋼板などからなる硬質板３とが交互に積層されて免震積層体が構成される。この積層体を製造するには、成形・加硫して、シート状のゴム組成物を得た後、接着剤により硬質板と接着してもよいし、またあらかじめ未加硫のゴム配合物をシート状に成形し、硬質板と積層した後に加熱して加硫・接着を同時に行って製造することもできる。
【００１３】
このような免震積層体は、例えば、道路橋の支承や、ビルの基礎支承の用途に用いることができる。
【００１４】
【実施例】
表２に示す配合内容（重量部）でゴム組成物を作製した（実施例１〜３、比較例１〜２）。これらのゴム組成物につき、下記により引張強度（ＴB ）、破断伸び（ＥB ）、JIS A 硬度(Hs)を評価した。また、ゴムと鉄板を交互に積層した図１の免震積層体（サイズ１３５mm×１３５mm×７４mm）を作製し、等価減衰定数（ｈeq）およびクリープ性（橋の設計供用年数に相当するクリープ量）をそれぞれ評価した。ここで、等価減衰定数（ｈeq）は振動エネルギー吸収性能を表わす。この結果を表２に示す。
【００１５】
引張強さ（Ｔ B 、 kgf/cm 2 ）：
JIS K 6301 によって測定した。数値の大きい方が強度が大きく、破断しにくい。
破断伸び（Ｅ B 、％）：
JIS K 6301 によって測定した。
【００１６】
等価減衰定数（ｈ eq ）：
２軸せん断試験機により、0.5 Ｈz 、175 ％歪時の条件にて求めた。
橋梁の免震装置として用いられる高減衰ゴム支承は、設計で期待する橋の減衰定数が得られるような地震時エネルギー吸収能力を有する必要がある。免震設計の基本となる「道路橋の免震設計法マニュアル（建設省（財）土木研究センター）」では、橋の減衰定数に基づく設計水平震度の補正係数は下記の表１のとおりとなっており、橋として地震時の震動を８割程度にすること（地震時のエネルギーを２割ほど吸収すること）が望まれている。
【００１７】
【表１】
高減衰ゴム支承の等価減衰定数はせん断ひずみの増加に伴って減少する傾向にあるため、保有水平耐力法レベルで期待できる橋の減衰定数は0.12〜0.15が妥当であり、これを満足する対象ひずみレベルでの高減衰ゴム支承の等価減衰定数は0.13程度以上となる。
【００１９】
クリープ性（％）：
温度＋２０℃で、設計支圧応力度（６０kgf/cm2 ）に相当する鉛直荷重を１０００時間作用させた場合に免震装置に生じる鉛直変位をもとに、式（１）から橋の設計供用年数に相当するクリープを求める。
δCR＝atb (1)
ここに、
δCR：免震装置のクリープ変形量（mm）
t ：橋の設計供用年数（時間）
a,b ：クリープ定数で、式（２）および式（３）より算出する。
【００２０】
a ＝（δ100 ）2 ／（δ1000）2 (2)
b ＝ log（δ1000／δ100 ） (3)
δ100 ：１００時間後に生じる免震装置の鉛直変位（mm）
δ1000：１０００時間後に生じる免震装置の鉛直変位（mm）
式（１）で算出した橋の設計供用年数に相当するクリープ量は、ゴム総厚の５％以下でなければならない。
【００２１】
【表２】
表２から明らかなように、本発明ゴム組成物（実施例１〜３）は、比較例のゴム組成物に比して振動エネルギー吸収性、長期耐久性に優れていることが判る。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の免震積層体用ゴム組成物は、天然ゴムを主成分とするゴム１００重量部に対し、ポリスチレンとビニルポリイソプレンのブロック共重合体からなると共に、ガラス転移温度が−１５℃以上である共重合体５〜３０重量部、石油樹脂１５〜６０重量部、および微粒子カーボンブラック５０〜９０重量部を含んでなるため、振動エネルギー吸収性、長期耐久性に優れるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】免震積層体の一例を示す断面説明図である。
【符号の説明】
１ 免震積層体 ２ ゴム組成物 ３ 硬質板
Claims (2)
- 天然ゴムを主成分とするゴム１００重量部に対し、ポリスチレンとビニルポリイソプレンのブロック共重合体からなると共に、ガラス転移温度が−１５℃以上である共重合体５〜３０重量部、石油樹脂１５〜６０重量部、および微粒子カーボンブラック５０〜９０重量部を含んでなる免震積層体用ゴム組成物。
- 前記微粒子カーボンブラックが窒素比表面積６０〜１５０m 2 ／ｇ、ＤＢＰ吸油量６０〜１６０cm3 ／１００ｇを有する請求項１記載の免震積層体用ゴム組成物。
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1997
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