JP4618014B2 - Rubber laminate - Google Patents
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本発明は、ゴム積層体に関し、さらに詳しくは、良好な振動エネルギー吸収性能を有するとともに、耐久性および引張り性能を向上させることが可能なゴム積層体に関するものである。 The present invention relates to a rubber laminate, and more particularly to a rubber laminate that has good vibration energy absorption performance and can improve durability and tensile performance.
構造体の基礎等に設置されて支承となるゴム積層体は、種々提案されており、減衰性能を向上させために鉛を減衰材として用いたゴム積層体が知られている。その構造は図5に例示するように、金属製の上部プレート2と下部プレート3の間に薄い鋼板5とゴム層4とを交互に積層したゴム積層体1に、上部プレート2から下部プレート3まで貫通する挿入孔8を設けて、鉛プラグ7を挿入孔8に挿入して減衰材としている。上部プレート2には、構造体等の設置に用いるボス穴Bが設けられている。
Various rubber laminates that are installed on the foundation of a structure and serve as a support have been proposed, and rubber laminates using lead as a damping material are known in order to improve damping performance. As illustrated in FIG. 5, the structure includes a
この鉛プラグ7の優れた減衰性能によって、良好な振動エネルギー吸収性能を得ることができるが、鉛は伸びが小さく、更にゴムと一体化しないため、上部プレート2と下部プレート3とが相対的に横にずれて大きくせん断変形すると、図6に示すように、くびれが生じて破損し、使用不可能になるため耐久性が十分ではないという問題があった。
The excellent damping performance of the
また、ゴム積層体1は、通常、圧縮応力状態で使用されるが、上部プレート2と下部プレート3とが相対的に上下方向に離間するような引張り応力を受けることも想定して設計されるため、ある程度の受圧面積を確保して引張り応力を小さくする必要がある。
The
ところが、鉛は接着が困難な素材であり、鉛プラグ7と両プレート2、3とを接着固定して一体化することができない。そのため、ゴム層4と両プレート2、3との接着面積を大きくしなければならず、ゴム積層体1の小型化が困難であるという問題があった。
However, lead is a material that is difficult to bond, and the
一方で、鉛プラグ7に替えてプラスチック材料を充填して減衰材として用いるものが提案されている(特許文献1参照)。しかしながら、この提案においても減衰材と上部および下部プレートとは一体化されていないため、引張り性能の向上化およびゴム積層体の小型化に問題があった。
本発明の目的は、良好な振動エネルギー吸収性能を有するとともに、耐久性および引張り性能の向上と小型化が可能なゴム積層体を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a rubber laminate that has good vibration energy absorption performance and that can be improved in durability and tensile performance and can be reduced in size.
上記目的を達成するため本発明のゴム積層体は、上部プレートと下部プレートとの間に鋼板とゴム層とを交互に積層したゴム積層体において、トランスポリイソプレンからなる減衰材を前記上部プレート、下部プレート、鋼板、ゴム層と接着して一体化して両プレート間に介設し、前記減衰材にジエン系ゴムおよびカーボンブラックを配合し、この減衰材をトランスポリイソプレンとジエン系ゴムとからなるポリマー100質量部に対してカーボンブラックを40質量部以上100質量部以下配合した組成物とし、前記ポリマーにおけるトランスポリイソプレンの質量配合割合が50%以上であることを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the rubber laminate of the present invention is a rubber laminate in which steel plates and rubber layers are alternately laminated between an upper plate and a lower plate, wherein the damping material made of transpolyisoprene is used as the upper plate, It is bonded and integrated with the lower plate, steel plate and rubber layer, and is interposed between both plates . The damping material is blended with diene rubber and carbon black, and this damping material is composed of transpolyisoprene and diene rubber. A composition in which 40 parts by mass or more and 100 parts by mass or less of carbon black is blended with respect to 100 parts by mass of the resulting polymer, and the mass blending ratio of transpolyisoprene in the polymer is 50% or more .
本発明のゴム積層体によれば、上部プレートと下部プレートとの間にトランスポリイソプレンからなる減衰材を介設したことによって、良好な振動エネルギー吸収性能を得ることができるとともに、せん断変形時には、鉛の減衰材で生じていたくびれが発生することがなく、耐久性が向上する。 According to the rubber laminate of the present invention, by providing a damping material made of trans polyisoprene between the upper plate and the lower plate, it is possible to obtain good vibration energy absorption performance, and at the time of shear deformation, The constriction that occurs in the lead damping material does not occur, and durability is improved.
そして、トランスポリイソプレンは金属等に接着可能な材質であり、減衰材を上部プレート、下部プレート、鋼板、ゴム層と接着して一体化することで、引張り応力を受けた際に、ゴム層および鋼板とともに引張り応力を負担することができ、ゴム積層体の引張り性能を向上させることが可能となるとともに、引張り応力に対応するために両プレートとゴム層との接着面積を大きくする必要がなく、ゴム積層体の小型化が可能となる。 Trans polyisoprene is a material that can be bonded to metal, etc., and by adhering the damping material to the upper plate, the lower plate, the steel plate, and the rubber layer, the rubber layer and the It is possible to bear the tensile stress together with the steel sheet, it is possible to improve the tensile performance of the rubber laminate, and it is not necessary to increase the bonding area between both plates and the rubber layer in order to cope with the tensile stress, The rubber laminate can be miniaturized.
以下、本発明のゴム積層体を図に示した実施形態に基づいて説明する。尚、従来例と同一構成要素には、同一の符号を付して説明する。図1に縦断面で示すように、この実施形態のゴム積層体1は、上部プレート2と下部プレート3との間に鋼板5とゴム層4とを交互に積層し、両プレート2、3と上下端を接着固定した減衰材6を両プレート2、3間に介設した構造となっている。
Hereinafter, the rubber laminate of the present invention will be described based on the embodiments shown in the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the same component as a prior art example. As shown in a longitudinal section in FIG. 1, the
この減衰材6は、トランスポリイソプレンからなり、柱状でそれぞれの鋼板5およびゴム層4を上下に貫いて中央部に設置され、鋼板5およびゴム層4とも接着し、両プレート2、3とともに一体化している。
The
ここで、図4に鉛、一般的な天然ゴム(NR)、トランスポリイソプレン(TPI)の引張り特性を例示する。図4に示すように、鉛は引張り降伏応力が13MPa程度と高いが、破断伸びは小さく30%程度であり、天然ゴム(NR)は図4に明確に表れていないが、比較的引張り降伏応力は低く、破断伸びは500%程度である。一方、トランスポリイソプレン(TPI)は引張り降伏応力が10MPa以上と高く、破断伸びが400%程度という物性を有している。 Here, FIG. 4 illustrates the tensile properties of lead, general natural rubber (NR), and trans polyisoprene (TPI). As shown in FIG. 4, lead has a high tensile yield stress of about 13 MPa, but the elongation at break is small and about 30%, and natural rubber (NR) is not clearly shown in FIG. Is low and the elongation at break is about 500%. On the other hand, trans polyisoprene (TPI) has a physical property that the tensile yield stress is as high as 10 MPa or more and the elongation at break is about 400%.
上記したように、鉛に近い引張り降伏応力を有するトランスイソプレンを鉛の代替として減衰材6に用いることによって、ゴム積層体1は良好な振動エネルギー吸収性能を得ることができる。
As described above, by using transisoprene having a tensile yield stress close to that of lead in the damping
また、図2に示すように両プレート2、3に固定された上部構造物9aと下部構造物9bとが相対的に横ずれするとせん断変形するが、トランスポリイソプレンからなる減衰材6は、破断伸びがゴムのように大きく、ゴム層4、鋼板5および両プレート2、3とも接着することから、鉛プラグ7のようにくびれて破損することがなく、せん断変形に追従し、十分な耐久性を有することになる。
Further, as shown in FIG. 2, when the
図3に示すように、上部プレート2に固定された上部構造物9aが大きく傾いた場合には、ゴム積層体1が引張り応力を受けることがある。この場合、減衰材6と両プレート2、3とは接着固定されて一体化しているので、ゴム層4および鋼板5とともに減衰材6が引張り応力を負担することができ、ゴム積層体1の引張り性能が向上する。
As shown in FIG. 3, when the
これに伴い、引張り応力に対応するために、鉛プラグ7を用いた従来のゴム積層体1のように、両プレート2、3とゴム層4との接着面積を余分に大きくする必要がなく、ゴム積層体1の小型化が可能となる。
Accordingly, in order to cope with the tensile stress, it is not necessary to increase the bonding area between the
このゴム積層体1を製造するには、例えば、予め中央部をくり抜いた形状のゴム層4および鋼板5を交互に積層し、その後、中央部に減衰材6を挿入して、両プレート2、3で挟んだ状態で加硫して減衰材6と両プレート2、3、ゴム層4、鋼板5とを接着固定する。この製造方法に限定されることなく、減衰材6と両プレート2、3、ゴム層4、鋼板5とを接着固定できる製造方法を用いることができる。
In order to manufacture the
減衰材6の引張り降伏応力を5MPa以上および破断伸びを150%以上にすると、特に良好な振動エネルギー吸収性能を得つつ、せん断変形時にくびれて破損することなく、耐久性の向上を図ることができる。尚、引張り降伏応力および破断伸びの上限値はトランスポリイソプレンの物性限界値として、それぞれ15MPa程度、550%程度となる。
When the tensile yield stress of the damping
実施形態では、減衰材6がゴム層4および鋼板5の中央部に配置されているが、これに限定されず、減衰材6の配置および配置数は要求性能によって適宜、決定する。例えば、図5に示した従来のゴム積層体1における鉛プラグ7のように、ゴム積層体1の平面方向中心のまわりに均等に複数の減衰材6を配置する。
In the embodiment, the
減衰材6の形状は、円柱体や角柱体等の各種柱状体、筒状体を採用することができる。例えば、円柱体や円筒体の減衰材6をゴム積層体1に一つのみ用いるとともに、ゴム層4および鋼板5の形状をこの減衰材6と同心円状にすると振動エネルギー吸収性能に方向性がなくなり、平面方向全方向に対してばらつきのない振動エネルギー吸収性能を得ることができる。
As the shape of the damping
両プレート2、3の間に介在する構成部材の横断面での減衰材6の占有面積割合は、要求性能に応じて適宜、決定することができるが、例えば、20%〜40%程度にする。
また、減衰材6として、トランスポリイソプレンにカーボンブラックを所定割合で配合した組成物を用いると、カーボンブラックによる補強効果によって、容易に高い引張り降伏応力を得ることができ、振動エネルギー吸収性能の向上を図ることが可能となる。具体的には参考形態として、トランスポリイソプレン100質量部に対してカーボンブラックを40質量部以上100質量部以下配合することが好ましい。
The occupation area ratio of the damping
Further, when a composition in which carbon black is mixed with trans polyisoprene at a predetermined ratio is used as the damping
このカーボンブラックは、窒素吸着比表面積を25m2/g以上260m2/g以下、好ましくは70m2/g以上250m2/g以下、さらに好ましくは190m2/g以上215m2/g以下とし、DBP吸油量を65ml/100g以上150ml/100g以下、好ましくは70ml/100g以上135ml/100g以下、さらに好ましくは95ml/100g以上130ml/100g以下とする。 This carbon black has a nitrogen adsorption specific surface area of 25 m 2 / g or more and 260 m 2 / g or less, preferably 70 m 2 / g or more and 250 m 2 / g or less, more preferably 190 m 2 / g or more and 215 m 2 / g or less. The oil absorption is 65 ml / 100 g or more and 150 ml / 100 g or less, preferably 70 ml / 100 g or more and 135 ml / 100 g or less, more preferably 95 ml / 100 g or more and 130 ml / 100 g or less.
窒素吸着比表面積およびDBP吸油量を上記した範囲にすることで、カーボンブラックによる補強効果を一層、高めることができる。尚、窒素吸着比表面積はASTM D3037−89、DBP吸油量はJIS K−6221による測定値である。 By making the nitrogen adsorption specific surface area and the DBP oil absorption amount within the above ranges, the reinforcing effect of carbon black can be further enhanced. The nitrogen adsorption specific surface area is a value measured according to ASTM D3037-89, and the DBP oil absorption is a value measured according to JIS K-6221.
トランスポリイソプレンは、60℃程度で軟化し、これにカーボンブラックを配合した組成物は、通常のゴム組成物と同様に混合、圧延、押出しが可能で、所定の形状、例えば、円筒状に容易に加工することができ、混合加工性に優れ、金属やゴムとの接着も可能である。 Trans polyisoprene is softened at about 60 ° C, and a composition in which carbon black is blended with it can be mixed, rolled, and extruded in the same manner as a normal rubber composition, and easily formed into a predetermined shape, for example, a cylindrical shape. It can be processed to a high degree, has excellent mixing processability, and can be bonded to metal and rubber.
本発明のように、トランスポリイソプレンにカーボンブラックを配合した減衰材6に所定割合のジエン系ゴムを配合すると、この組成物のせん断弾性率(モジュラス)に対する温度依存性を小さくすることができ、ゴム積層体1が設置される温度環境に大きく影響を受けることなく、安定した性能を発揮することが可能となる。
As in the present invention, when a predetermined proportion of diene rubber is blended with the damping
具体的には、トランスポリイソプレンとジエン系ゴムとからなるポリマー100質量部に対して、カーボンブラックを40質量部以上100質量部以下配合した組成物を減衰材6とし、このポリマーにおけるトランスポリイソプレンの質量配合割合を50%以上にすることで、上述したカーボンブラックによる優れた補強効果を得つつ、温度の影響を受けにくい安定した性能が確保できる。
Specifically, trans polyisoprene and the
ジエン系ゴムとしては、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、1,2−ポリブタジエンゴム(1,2−BR)、スチレン−ブタジエン共重合ゴム(SBR)、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム(NBR、NIR、NBIR)、ブチルゴム(IIR)、ハロゲン化ブチルゴム(Br−IIR、C1−IIR)、クロロプレンゴム(CR)、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)等を例示することができ、2種類以上を併用してもよい。尚、ガラス転移点の低いBRを用いるとモジュラスの温度依存性をより小さくすることができる。 Diene rubbers include natural rubber (NR), isoprene rubber (IR), butadiene rubber (BR), 1,2-polybutadiene rubber (1,2-BR), styrene-butadiene copolymer rubber (SBR), acrylonitrile- Examples include butadiene copolymer rubber (NBR, NIR, NBIR), butyl rubber (IIR), halogenated butyl rubber (Br-IIR, C1-IIR), chloroprene rubber (CR), ethylene propylene diene rubber (EPDM), and the like. Two or more types may be used in combination. In addition, if BR with a low glass transition point is used, the temperature dependence of the modulus can be further reduced.
表1に示す割合でトランスポリイソプレン、ブタジエンゴム、カーボンブラック(窒素吸着比表面積202m2/g、DBP吸油量126ml/100g)を配合し、神戸製鋼(株)製B型バンバリーミキサ(1.8L)にて5分間混練した後、この混練物に、本発明の特徴に影響を与えない少量割合の硫黄、加硫促進剤(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))を加えて、8インチの混練りロールで4分間混練し、148℃で45分間プレス加硫して7種類(実施例1〜2、参考例1〜4、比較例1)の組成物を得た。それぞれの組成物に対して以下の性能を評価し、その結果を表1に示す。 Trans polyisoprene, butadiene rubber, and carbon black (nitrogen adsorption specific surface area 202 m 2 / g, DBP oil absorption 126 ml / 100 g) were blended in the proportions shown in Table 1, and B-type Banbury mixer (1.8 L, manufactured by Kobe Steel) ) For 5 minutes, and a small proportion of sulfur and vulcanization accelerator (N-cyclohexyl-2-benzothiazolesulfenamide (CBS)) that does not affect the characteristics of the present invention are added to the kneaded product. The mixture was kneaded with an 8-inch kneading roll for 4 minutes, and press vulcanized at 148 ° C. for 45 minutes to obtain seven types of compositions ( Examples 1-2, Reference Examples 1-4 , Comparative Example 1). The following performance was evaluated for each composition, and the results are shown in Table 1.
[混合加工性]
それぞれの配合割合の材料を混練りして、混練終了後の未加硫組成物のまとまり具合を示し、問題なくまとめることができた場合を○、十分に混練できず、まとまらない場合を×で示した。
[Mixed workability]
The materials of each blending ratio are kneaded to show the unity of the unvulcanized composition after kneading, ○ when it can be summarized without problems, × when it can not be sufficiently kneaded and is not organized Indicated.
[引張り降伏応力][破断伸び]
JIS K−6251に基づき、引張り試験を実施した。実施例1〜2、参考例1〜4の降伏応力と引張り試験から得られる50%モジュラスは近い値をとるため、50%モジュラスを引張り降伏応力とした。また、引張り試験で破断した時の伸びをそれぞれの実施例1〜2、参考例1〜4の破断伸びとした。
[Tensile yield stress] [Elongation at break]
A tensile test was performed based on JIS K-6251. Since the yield stress and the 50% modulus obtained from the tensile test in Examples 1 and 2 and Reference Examples 1 to 4 are close to each other, the 50% modulus is taken as the tensile yield stress. Moreover, elongation at the time of fracture | rupture by a tensile test was made into the fracture | rupture elongation of each of Examples 1-2 and Reference Examples 1-4 .
[せん断降伏応力] [履歴ループ面積]
図7に示すように、混練後の組成物10aを幅25mm×長さ25mm×厚さ4.8mmのサイズに圧延したものと、表面をサンドブラストして金属接着剤を塗布した鋼板10b(幅25mm×長さ100mm×厚さ20mm)とを積層後、130℃で120分間プレス加硫して一体化し、試験サンプル10を作製した。
[Shear yield stress] [History loop area]
As shown in FIG. 7, the
この試験サンプル10を加振機、入力信号発振機および出力信号処理機を用いて、以下の条件でラップシェアせん断試験を実施した。各試験サンプル10に、2軸せん断試験機によって変形周波数0.5Hz、測定温度23℃の下、175%歪みの加振を与え、図8に示すせん断降伏応力Psrおよび履歴ループ面積ΔWを測定した。両測定値Psr、ΔWともに数値が大きい程、減衰性能(振動エネルギー吸収性能)が良いことを示す。尚、比較例1は混練り不十分により、試験サンプル10を作製することができず、測定不可能であった。
The
この結果から、実施例1〜2、参考例1〜4が良好な混合加工性を有し、せん断降伏応力Psrおよび履歴ループ面積ΔWが十分大きく、良好な振動エネルギー吸収性能を有することが確認できた。特に、カーボンブラックの配合割合を特定の範囲にすることで、一層優れた振動吸収性能が得られることが明確になった。 From this result, it can be confirmed that Examples 1 and 2 and Reference Examples 1 to 4 have good mixing workability, the shear yield stress Psr and the hysteresis loop area ΔW are sufficiently large, and have good vibration energy absorption performance. It was. In particular, it has been clarified that a more excellent vibration absorbing performance can be obtained by setting the mixing ratio of carbon black within a specific range .
次に、表2に示すゴム層および減衰材を用いて、5種類のミニチュアのゴム積層体(実施例3〜4、比較例2〜4)を作製した。このゴム積層体は、表2に示す未加硫のそれぞれのゴム層と金属接着剤を塗布した金属板(130mm×130mm×3.0mm)とを交互に積層し、ゴム層が4層、金属板が3層となるように成型した。サンドブラスト後に金属接着剤を塗布した端部鋼板(130mm×130mm×30mm)を、最上部および最下部のゴム層の表面に積層し、130℃で275分間プレス加硫して、1層の厚みが3.0mmのゴム積層体とした。 Next, five kinds of miniature rubber laminates ( Examples 3 to 4 and Comparative Examples 2 to 4) were prepared using the rubber layer and the damping material shown in Table 2. This rubber laminate is obtained by alternately laminating each of the unvulcanized rubber layers shown in Table 2 and a metal plate (130 mm × 130 mm × 3.0 mm) coated with a metal adhesive. The plate was molded so as to have three layers. An end steel plate (130 mm x 130 mm x 30 mm) coated with a metal adhesive after sandblasting is laminated on the surface of the uppermost and lowermost rubber layers, and press vulcanized at 130 ° C for 275 minutes. A rubber laminate of 3.0 mm was obtained.
実施例3〜4および比較例4のゴム積層体には、表2に示す減衰材を図1のように端部鋼板の間に介設した。実施例3〜4の減衰材は、先の実施例1の配合割合からなる組成物である。実施例3では、ゴム積層体の横断面において、減衰材の占有面積割合を30%、実施例4では40%、比較例4では7%とした。比較例2〜3は、それぞれ高減衰ゴム、超高減衰ゴムのみから成っており、減衰材は介設していない。尚、実施例3〜4および比較例2〜3では、ゴム層あるいは減衰材が各部材と接着して一体化したゴム積層体となっており、比較例4では、減衰材(鉛)が非接着状態で一体化されていないゴム積層体となっている。 In the rubber laminates of Examples 3 to 4 and Comparative Example 4, damping materials shown in Table 2 were interposed between the end steel plates as shown in FIG. The damping material of Examples 3-4 is a composition which consists of a compounding ratio of previous Example 1 . In Example 3 , in the cross section of the rubber laminate, the ratio of the area occupied by the damping material was 30%, Example 4 was 40%, and Comparative Example 4 was 7%. Comparative Examples 2 to 3 are each composed only of a high damping rubber and an ultra high damping rubber, and no damping material is interposed. In Examples 3 to 4 and Comparative Examples 2 to 3, the rubber layer or the damping material is bonded and integrated with each member to form a rubber laminate. In Comparative Example 4, the damping material (lead) is not It is a rubber laminate that is not integrated in a bonded state.
それぞれのゴム積層体について、2軸せん断試験機によって、変形周波数が0.5Hz、歪みが175%の条件下で等価減衰定数を求めた。等価減衰定数は大きい程、減衰性能(振動エネルギー吸収性能)が良いことを示す。 For each rubber laminate, an equivalent damping constant was determined by a biaxial shear tester under conditions of a deformation frequency of 0.5 Hz and a strain of 175%. The larger the equivalent damping constant, the better the damping performance (vibration energy absorption performance).
この結果から、実施例3および4は、高減衰ゴム積層体である比較例2、超高減衰ゴム積層体である比較例3および鉛を減衰材とした比較例4と同等もしくはそれ以上の振動吸収性能を有し、特に、実施例4は超高減衰ゴム積層体の比較例3以上の優れた振動吸収性能を有することが確認できた。 From these results, Examples 3 and 4 are vibrations equivalent to or higher than those of Comparative Example 2 which is a high damping rubber laminate, Comparative Example 3 which is an ultra high damping rubber laminate and Comparative Example 4 which uses lead as a damping material. In particular, it was confirmed that Example 4 had excellent vibration absorbing performance over that of Comparative Example 3 of the ultrahigh damping rubber laminate.
1 ゴム積層体
2 上部プレート
3 下部プレート
4 ゴム層
5 鋼板
6 減衰材
7 鉛プラグ
8 挿入孔
9a 上部構造物 9b 下部構造物
10 試験サンプル(ラップシェアせん断試験用)
10a 組成物 10b 鋼板
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