JP4983008B2 - 支承用ゴム組成物およびそれを用いたゴム支承 - Google Patents
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Description
特許文献1には、「ゴム板と硬質板とが積層された積層体を備えた免震構造体であって、そのゴム板に用いられるゴム組成物には、基材ゴム100重量部に対して0.1重量部以上50重量部以下のポリノルボーネンゴムが配合されていることを特徴とする免震構造体。」が記載されている。
特許文献2には、「ジエン系ゴムよりなるゴム成分を含有し、ゴム成分中、イソプレンゴムを10〜100重量%含有する積層体用ゴム組成物。」が記載されている。
特許文献3には、天然ゴムを50質量%以上含有するジエン系ゴム100質量部と、特定の構造を有する加硫促進剤0.1〜5質量部と、を含有する大型ゴム製品用ゴム組成物が記載されている。
また、特許文献2または3に記載されているゴム組成物がシリカを含有する場合、そのようなゴム組成物からなるゴムは、夏期と冬期とのモジュラスの変動について改善の余地があることを見出した。
そこで、本発明は、年間を通して安定したモジュラスを有するゴムとなりうる支承用ゴム組成物を提供することを目的とする。
(1) 天然ゴムを50質量%以上含むジエン系ゴム100質量部と、シリカ5〜50質量部と、前記シリカの5〜17質量%の量のポリオール化合物と、加硫剤と、加硫促進剤とを含有する支承用ゴム組成物。
(2) 前記シリカの含有量が、前記ジエン系ゴム100質量部に対して、5〜25質量部である上記(1)に記載の支承用ゴム組成物。
(3) 前記ポリオール化合物が、ジエチレングリコールである上記(1)または(2)に記載の支承用ゴム組成物。
(4) 前記加硫促進剤が、下記式(1)で表される上記(1)〜(3)のいずれかに記載の支承用ゴム組成物。
(5) 上記(1)〜(4)のいずれかに記載の支承用ゴム組成物からなるゴム層と、硬質層とを交互に積層したゴム支承。
本発明の支承用ゴム組成物は、天然ゴムを50質量%以上含むジエン系ゴム100質量部と、シリカ5〜50質量部と、前記シリカの5〜17質量%の量のポリオール化合物と、加硫剤と、加硫促進剤とを含有するものである。
本発明の支承用ゴム組成物に用いられるジエン系ゴムは、天然ゴムを50質量%以上含むものであれば特に限定されない。
天然ゴムの量は、支承用ゴム組成物の加工性、グリーン強度および加硫物性の観点から、ジエン系ゴム中の70質量%以上であるのが好ましい。
天然ゴム以外のゴムは、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
また、ジエン系ゴムが天然ゴムと天然ゴム以外のジエン系ゴムとを含むのが好ましい態様の1つとして挙げられる。このような場合、天然ゴムと天然ゴム以外のジエン系ゴムとを含有する支承用ゴム組成物からなるゴム層と、硬質層とを交互に積層することにより得られるゴム支承は、ゴム層と硬質層との接着性に優れたものとなる。
本発明の支承用ゴム組成物に用いられるシリカは、特に制限されない。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、けいそう土が挙げられる。
シリカは、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
本発明の支承用ゴム組成物に用いられるポリオール化合物は、ヒドロキシ基を2個以上有するものである。例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコールが挙げられる。
なかでも、ゴムのモジュラスが年間を通してより安定するという観点から、ジエチレングリコールが好ましい。
また、ポリオール化合物は、ゴムへの混合加工性が容易であるという観点から、その分子量が50〜500であるのが好ましい。
また、ポリオール化合物は、その沸点が150℃以上のものが好ましい。このような範囲の場合、支承用ゴム組成物の混合、加硫の際に揮発することがなく、組成物中に留まることができる。
ポリオール化合物は、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
本発明の支承用ゴム組成物に用いられる加硫剤は、特に制限されない。例えば、硫黄、テトラメチルチウラムジスルフィド(TMTD)、テトラエチルチウラムジスルフィド(TETD)、ジペンタメチレンチウラムジスルフィド(DPTT)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;キノンジオキシム等が挙げられる。
加硫剤は、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
本発明の支承用ゴム組成物に用いられる加硫促進剤は、特に制限されない。例えば、下記式(1)で表される化合物、スルフェンアミド系加硫促進剤、チアゾール系加硫促進剤、ジチオカルバミン酸塩系加硫促進剤、チウラム系加硫促進剤が挙げられる。
ここで、炭素原子数1〜6の分岐していてもよい鎖状脂肪族炭化水素基としては、具体的には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert−ペンチル基、1−メチルブチル基、2−メチルブチル基、1,2−ジメチルプロピル基等が挙げられる。鎖状脂肪族炭化水素基は、二重結合または三重結合を含んでいてもよい。これらのうち、メチル基、エチル基が好ましい。
また、炭素原子数3〜6の分岐していてもよい環状脂肪族炭化水素基としては、具体的には、例えば、シクロプロパン−1−イル、シクロブタン−1−イル、シクロペンタン−1−イル、シクロヘキサン−1−イル等が挙げられる。
チアゾール系加硫促進剤としては、具体的には、例えば、2−(4′−モルホリノジチオ)ベンゾチアゾール、2−メルカプトベンゾチアゾール、ベンゾチアジルジスルフィド等が挙げられる。
チウラム系加硫促進剤としては、具体的には、例えば、テトラキス(2−エチルヘキシル)チウラムジスルフィド(TOT−N)、テトラメチルチウラムモノスルフィド(TS)、テトラエチルチウラムジスルフィド(TET)、テトラメチルチウラムジスルフィド(TT)、ジペンタメチレンチウラムヘキサスルフィド(TRA)等が挙げられる。
加硫促進剤は、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
所望により添加することができる加硫促進助剤の含有量は、ジエン系ゴム100質量部に対して、0.1〜10質量部であることが好ましい。加硫促進助剤の含有量がこの範囲であれば、加硫が十分に進行し、高物性(例えば、モジュラス、硬度に優れた)材料が得られる理由から好ましい。
所望により添加することができる加硫遅延剤の含有量は、ジエン系ゴム100質量部に対して、0.1〜3質量部であることが好ましい。加硫遅延剤の含有量がこの範囲であれば、加硫を阻害することなく、スコーチを安定させることができる理由から好ましい。
所望により添加することができる着色剤の含有量は、ジエン系ゴム100質量部に対して、1〜20質量部であることが好ましい。着色剤の含有量がこの範囲であれば、物性(例えば、モジュラス、硬度等)を損なうことなく着色できる理由から好ましい。
所望により添加することができる老化防止剤の含有量は、ジエン系ゴム100質量部に対して、0.1〜5質量部であることが好ましい。老化防止剤の含有量がこの範囲であれば、老化防止効果を十分に得られる理由から好ましい。
所望により添加することができる充填剤の含有量は、ジエン系ゴム100質量部に対して、20〜100質量部であることが好ましい。充填剤の含有量がこの範囲であれば、十分な物性(例えば、破断伸び、硬度等)が得られる理由から好ましい。
所望により添加することができる軟化剤の含有量は、ジエン系ゴム100質量部に対して、1〜150質量部であることが好ましい。軟化剤の含有量がこの範囲であれば、混合、圧延等の加工性が優れる理由から好ましい。
所望により添加することができる可塑剤の含有量は、ジエン系ゴム100質量部に対して、1〜150質量部であることが好ましい。可塑剤の含有量がこの範囲であれば、混合、圧延等の加工性が優れる理由から好ましい。
所望により添加することができる活性剤の含有量は、ジエン系ゴム100質量部に対して、0.1〜5質量部であることが好ましい。活性剤の含有量がこの範囲であれば、加硫が十分に進行する理由から好ましい。
所望により添加することができる粘着付与剤の含有量は、ジエン系ゴム100質量部に対して、1〜50質量部であることが好ましい。粘着付与剤の含有量がこの範囲であれば、加工性を損なうことなく、十分な粘着性が得られる理由から好ましい。
所望により添加することができる滑剤の含有量は、ジエン系ゴム100質量部に対して、1〜50質量部であることが好ましい。滑剤の含有量がこの範囲であれば、十分な流動性が得られる理由から好ましい。
本発明のゴム支承は、本発明の支承用ゴム組成物からなるゴム層と、硬質層とを交互に積層したものである。
図1は、本発明のゴム支承の一例を表す模式的な断面図である。
図1において、10はゴム支承である。ゴム支承10は、フランジ11、12、軟質層13および硬質層14の積層体である。ゴム支承10の上下面には金属製のフランジ11、12が配設される。フランジ11、12の間には、軟質層13と硬質層14とが交互に複数積層されている。軟質層13は、本発明の支承用ゴム組成物を加硫成形することにより構成することができる。また、積層体の外周は軟質層13と同様のゴム組成物からなる被覆層15により被覆されている。
また、ゴム支承10に用いられる硬質層14は、軟質層13より硬度の高い層であれば特に限定されない。その材料としては、例えば、金属、セラミック、プラスチックが挙げられる。鋼板を用いることが好ましい態様の1つとして挙げられる。
本発明のゴム支承は、その用途について特に限定されない。例えば、各種の免震、除震、防震等の振動エネルギーの吸収装置(例えば、道路橋の支承や、橋梁、ビルの基礎免震、戸建免震用途等)に用いることができる。
(1)圧延工程、(2)積層体形成工程および(3)加硫接着工程について以下に詳述する。
圧延工程とは、本発明の支承用ゴム組成物を未加硫の状態でシート状に圧延する工程であり、これによりゴムシートが得られる。
圧延により得られるシートは、圧延ロールを使用した場合には、一般的に、長さ50〜70m×幅60〜100cm×厚さ0.2〜0.5cm程度のものとなるため、ゴム支承に用いるゴムシートとするには、得られたシートを所定の厚み(例えば、2.5cm)となるようにシートを重ねることができる。なお、圧延により得られるシートが、ゴム支承に用いるゴムシートの厚みを有するものであれば、シートを重ねる必要はない。
また、圧延工程後に、必要に応じて、後述する積層体形成工程に用いるのに適したゴムシートの形状とするために、ゴムシートの長さまたは幅を適宜細断する工程があってもよい。
積層体形成工程とは、圧延工程により得られたゴムシートと硬質層とを積層する工程であり、これにより積層体が形成される。ここで、硬質層は、上述したものと同様である。
加硫接着工程とは、積層体形成工程により形成された積層体を加硫することにより接着させる工程である。120〜190℃で加硫させることが好ましく、135〜150℃で加硫させることがより好ましい。これにより積層体を形成するゴムシートと硬質層とが加硫接着したゴム支承が製造される。
具体的には、例えば縦×横×高さが100cm×100cm×35cmのゴム支承は、135℃の温度で10時間加硫することにより製造することができる。
1.支承用ゴム組成物の調製
下記第1表に示す組成成分(質量部)で、天然ゴム(NR)、カーボンブラック(CB)、シリカ、酸化亜鉛、ステアリン酸、老化防止剤、アロマオイル、ポリオール化合物、硫黄および加硫促進剤を配合して未加硫のゴム組成物を調製した。
なお、シリカは、10℃、20%RHの条件下で5日間乾燥したものを使用した。
(1)引っ張り強さおよび伸び
第1表から得られた各ゴム組成物についてJIS K6251−1993に準じて、引っ張り強さおよび伸びを測定した。その際の加硫条件は、加硫温度150℃、加硫時間15分とした。結果を第1表に示す。
(1)支承用ゴム組成物の調製
第1表に示される各支承用ゴム組成物に含有されるシリカ(乾燥シリカ)を加湿シリカに代えて実施例1〜3、比較例1〜2の組成物を調製した。各組成物中の乾燥シリカおよび加湿シリカの配合量を第2表に示す。
本発明においては、同じ組成物中に含有されるシリカとして乾燥したものまたは加湿したものを使用することにより、同一の支承用ゴム組成物の夏期および冬期の環境下におけるモジュラスの変動を模擬的に試験している。乾燥シリカを含有する場合は冬期の環境の湿度(湿度が低い。)を想定し、加湿シリカを含有する場合は夏期の環境の湿度(湿度が高い。)を想定している。
乾燥シリカは、上記のとおり乾燥したものを使用した。
加湿シリカとしては、トクシールGU(トクヤマ社製)を30℃、80%RHの条件下に2日間置くことにより加湿したものを使用した。
M100の測定は、JIS K6251−1993に準じて、各実施例の乾燥シリカ含有組成物と加湿シリカ含有組成物とを加硫温度150℃、加硫時間15分の条件で加硫し、得られた加硫ゴムを厚さ2mmのダンベル状試験片(ダンベル状3号形)に切り出し、得られたダンベル状試験片のM100を測定することにより行われた。結果を第2表に示す。
季節による物性変動の評価として、加湿シリカ(夏期)を使用した場合のM100に対する乾燥シリカ(冬期)を使用した場合のM100の比の値(冬/夏Mod比)を第2表に示す。冬/夏Mod比が、0.95以上の場合を◎、0.90以上0.95未満の場合を○、0.90未満の場合を×とした。
また、シリカとして乾燥シリカを含有する支承用ゴム組成物を加硫温度150℃で加硫させたときのトルクをレオメータ(東洋精機社製、ディスクレオメーター)を用いて経時的に測定した。添付の図2〜図7は、その結果を示す加硫曲線のチャートである。
このような問題に対して、第2表に示す結果から明らかなように、実施例1〜3は、モジュラスが組成物中に含まれる水分の量にかかわらず高い値を示している。このことから、本発明の支承用ゴム組成物から得られるゴムはモジュラスが年間を通して安定しているといえる。
また、図2〜図4に示すチャート(乾燥シリカを使用)からも明らかなように、本発明の支承用ゴム組成物から得られるゴムのトルク(モジュラス相当)の値がポリオール化合物の量が増えるにつれて増加し、図7の比較例2(加湿シリカを使用している。)のトルクの値と略同等となっている。
11、12 フランジ
13 軟質層
14 硬質層
15 被覆層
Claims (5)
- 天然ゴムを50質量%以上含むジエン系ゴム100質量部と、シリカ5〜50質量部と、前記シリカの5〜17質量%の量のポリオール化合物と、加硫剤と、加硫促進剤とを含有し、前記加硫促進剤が下記式(1)で表される化合物である、支承用ゴム組成物。
- 前記シリカの含有量が、前記ジエン系ゴム100質量部に対して、5〜25質量部である請求項1に記載の支承用ゴム組成物。
- 前記ポリオール化合物が、ジエチレングリコールである請求項1または2に記載の支承用ゴム組成物。
- 前記加硫促進剤の量が前記ジエン系ゴム100質量部に対して0.1〜5質量部である、請求項1〜3のいずれかに記載の支承用ゴム組成物。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の支承用ゴム組成物からなるゴム層と、硬質層とを交互に積層したゴム支承。
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