JP5404090B2

JP5404090B2 - 高減衰組成物

Info

Publication number: JP5404090B2
Application number: JP2009038012A
Authority: JP
Inventors: 建彦兵頭; 雄一朗松谷; 克往田中
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2029-02-20
Also published as: JP2010189604A

Description

本発明は、振動エネルギーの伝達を緩和したり吸収したりする部材のもとになる高減衰組成物に関するものである。

例えばビルや橋梁等の建築物、産業機械、航空機、自動車、鉄道車両、コンピュータやその周辺機器類、家庭用電気機器類、さらには自動車用タイヤ等の幅広い分野において振動エネルギーの伝達を緩和したり吸収したりする、すなわち免震、制振、防振等をするために、ゴム等のエラストマからなる高減衰部材が用いられる。
前記高減衰部材は、振動が加えられた際のヒステリシスロスを大きくして前記振動のエネルギーを効率よく速やかに減衰する減衰性能を高めるため、前記エラストマにカーボンブラック、シリカ等の充填剤やロジン、石油樹脂等の粘着性付与剤を配合した高減衰組成物によって形成されるのが一般的である（例えば特許文献１〜４等参照）。しかし、例えば前記特許文献１〜４等に記載された程度の充填剤や粘着性付与剤の配合量では、高減衰部材の減衰性能を十分に高めることはできない。

現状よりもさらに減衰性能を高めるために、例えばカーボンブラック等の充填剤の配合量を増加させることが考えられるが、その場合には高減衰組成物の加工性が低下して、高減衰部材を製造するために前記高減衰組成物を混練したり任意の形状に成形加工したりするのが容易でなくなるという問題がある。特に工場レベルで高減衰部材を大量生産する場合、前記加工性の低さは高減衰部材の生産性を低下させ、消費エネルギーを増大させ、さらには生産コストを上昇させる原因となるため望ましくない。

特許第３５９３４３７号公報特開２００３−３０１４号公報特開２００７−６３４２５号公報特開平７−４１６０３号公報

本発明の目的は、良好な加工性を維持しつつ、現状よりも減衰性能が向上した高減衰部材を製造できる高減衰組成物を提供することにある。

本発明は、天然ゴム、イソプレンゴム、およびブタジエンゴムからなる群より選ばれた少なくとも１種のベースポリマー１００質量部に、シリカを１００質量部以上、１８０質量部以下、軟化点が１２０℃以上、１８０℃以下のロジン誘導体を５質量部以上、５０質量部以下の範囲で配合してなることを特徴とする高減衰組成物である。
本発明によれば、粘着性付与剤として軟化点が１２０℃以上のロジン誘導体を配合することにより、充填剤として加工性低下の主原因であるカーボンブラックを配合することなく、またロジン誘導体や充填剤としてのシリカの配合量を従来と同等程度に維持して、高減衰組成物の加工性を良好に維持しながら、前記高減衰組成物を用いて形成される高減衰部材の減衰性能を現状よりも向上できる。

そのため本発明の高減衰組成物を用いて、例えば高減衰部材としての、ビル等の免震用のダンパを形成する場合には、個々のダンパの減衰性能を現状よりも高めることにより、１つのビルに要するダンパの個数を減らすことができる。
また本発明の高減衰組成物によれば、粘着性付与剤として配合するロジン誘導体として、軟化点が前記範囲内でも異なるものを選択して使用することにより、前記ロジン誘導体やシリカの配合量を前記範囲内で調整することと相まって、高減衰部材の減衰性能設計の自由度を向上でき、減衰性能を高減衰部材の設計に織り込む際に有利である。

しかも本発明によれば、ベースポリマーとして、天然ゴム、イソプレンゴム、およびブタジエンゴムからなる群より選ばれた少なくとも１種を用いているため、特に減衰性能の温度依存性を小さくして、広い温度範囲で安定した減衰性能を示す高減衰部材を提供できる。

本発明によれば、良好な加工性を維持しつつ、現状よりも減衰性能が向上した高減衰部材を製造できる高減衰組成物を提供できる。

本発明の実施例、比較例の高減衰組成物からなる高減衰部材の減衰性能を評価するために作製する高減衰部材のモデルとしての試験体を分解して示す分解斜視図である。同図(a)(b)は、前記試験体を変位させて変位量と荷重との関係を求めるための試験機の概略を説明する図である。前記試験機を用いて試験体を変位させて求められる、変位量と荷重との関係を示すヒステリシスループの一例を示すグラフである。

本発明の高減衰組成物は、天然ゴム、イソプレンゴム、およびブタジエンゴムからなる群より選ばれた少なくとも１種のベースポリマー１００質量部に、シリカを１００質量部以上、１８０質量部以下、軟化点が１２０℃以上、１８０℃以下のロジン誘導体を５質量部以上、５０質量部以下の範囲で配合してなることを特徴とする。

ベースポリマーとして、天然ゴム、イソプレンゴム、およびブタジエンゴムからなる群より選ばれた少なくとも１種を用いることにより、減衰性能の温度依存性を小さくして広い温度範囲で安定した減衰性能を示す高減衰部材を提供できる。
シリカとしては、その製法によって分類される湿式法シリカ、乾式法シリカのいずれを用いてもよい。またシリカとしては、充填剤として機能して高減衰部材の減衰性能を向上する効果を向上することを考慮すると、ＢＥＴ比表面積が１００〜４００ｍ^２／ｇ、特に２００〜２５０ｍ^２／ｇであるものが好ましい。ＢＥＴ比表面積は、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等を使用して、吸着気体として窒素ガスを用いる気相吸着法で測定した値でもって表すこととする。

シリカの配合量は、ベースポリマー１００質量部あたり１００質量部以上、１８０質量部以下である必要がある。配合量が１００質量部未満では、シリカを配合することによる、高減衰部材の減衰性能を向上する効果が得られず、１８０質量部を超える場合には高減衰組成物の加工性が低下して、高減衰部材を製造するために前記高減衰組成物を混練したり任意の形状に成形加工したりするのが容易でなくなってしまう。

なおシリカの配合量は、高減衰組成物の良好な加工性を維持しつつ、より一層減衰性能が向上した高減衰部材を製造することを考慮すると、前記範囲内でも１３５質量部以上、１８０質量部以下であるのが好ましい。
ロジン誘導体としては、例えばロジンと多価アルコール（グリセリン等）とのエステルやロジン変性マレイン酸樹脂等の、構成成分としてロジンを含む樹脂であって、粘着性付与剤として機能して高減衰部材の減衰性能を向上する効果を有する種々の誘導体の中から、軟化点が１２０℃以上、１８０℃以下であるものが選択して用いられる。またロジン誘導体の配合量は、ベースポリマー１００質量部あたり５質量部以上、５０質量部以下である必要がある。

軟化点が１２０℃未満であるロジン誘導体は、ベースポリマー１００質量部あたり５質量部以上、５０質量部以下の範囲の配合では、高減衰部材の減衰性能を向上する効果が得られない。また高減衰組成物の加工性が低下して、高減衰部材を製造するために前記高減衰組成物を混練したり任意の形状に成形加工したりするのが容易でなくなってしまう。
一方、軟化点が１８０℃を超えるロジン誘導体を、ベースポリマー１００質量部あたり５質量部以上、５０質量部以下の範囲で配合した場合には高減衰組成物の加工性が低下して、高減衰部材を製造するために前記高減衰組成物を混練したり任意の形状に成形加工したりするのが容易でなくなってしまう。

前記ロジン誘導体の軟化点は、高減衰組成物の良好な加工性を維持しつつ、より一層減衰性能が向上した高減衰部材を製造することを考慮すると、前記範囲内でも１２０℃以上、１６０℃以下であるのが好ましい。
また軟化点が前記１２０℃以上、１８０℃以下の範囲内であるロジン誘導体の配合量が５質量部未満では、高減衰部材の減衰性能を向上する効果が得られない。また高減衰組成物の加工性が低下して、高減衰部材を製造するために前記高減衰組成物を混練したり任意の形状に成形加工したりするのが容易でなくなってしまう。

一方、前記配合量が５０質量部を超える場合には高減衰組成物の加工性が低下して、高減衰部材を製造するために前記高減衰組成物を混練したり任意の形状に成形加工したりするのが容易でなくなってしまう。
なおロジン誘導体の配合量は、高減衰組成物の良好な加工性を維持しつつ、より一層減衰性能が向上した高減衰部材を製造することを考慮すると、前記範囲内でも１０質量部以上、５０質量部以下であるのが好ましい。

なお軟化点は、日本工業規格ＪＩＳＫ２２０７−１９９６「石油アスファルト」所載の軟化点試験方法（環球法）によって測定した値でもって表すこととする。
軟化点が１２０℃以上、１８０℃以下の範囲内にあるロジン誘導体としては、例えば、いずれもハリマ化成(株)製の商品名ハリエスターシリーズのうちＭＳＲ−４（軟化点：１２７℃）、ＤＳ−１３０（軟化点：１３５℃）、ＡＤ−１３０（軟化点：１３５℃）、ＤＳ−８１６（軟化点：１４８℃）、ＤＳ−８２２（軟化点：１７２℃）、ハリマ化成(株)製の商品名ハリマックシリーズのうち１４５Ｐ（軟化点：１３８℃）、１３５ＧＮ（軟化点：１３９℃）、ＡＳ−５（軟化点：１６５℃）等の１種または２種以上が挙げられる。

本発明の高減衰組成物には、前記各成分に加えて、さらに石油樹脂、クマロン樹脂等の、ロジン誘導体以外の他の粘着性付与剤を配合してもよい。前記他の粘着性付与剤の配合量は、高減衰部材の減衰特性に応じて適宜設定すればよい。
またベースポリマーがゴムである場合、高減衰組成物には加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、老化防止剤等の添加剤を適宜の割合で配合してもよい。

本発明の高減衰組成物は、前記各成分を任意の混練機を用いて混練して得られ、所定の形状に成形後、ベースポリマーがゴムである場合には加硫することで、所定の減衰特性を有する高減衰部材を形成できる。
本発明の高減衰組成物を用いて形成できる高減衰部材としては、例えばビル等の建造物の基礎に組み込まれる免震用のダンパ、吊橋や斜張橋等のケーブルの制振部材、産業機械や航空機、自動車、鉄道車両等の防振部材、コンピュータやその周辺機器類、あるいは家庭用電気機器類等の防振部材、さらには自動車用タイヤのトレッド等が挙げられる。本発明によれば、ベースポリマーに配合するシリカの配合量、およびロジン誘導体の軟化点、前記ロジン誘導体の配合量を前記範囲内で調整したり、ベースポリマーやシリカの種類を選択したりすることにより、前記それぞれの用途に適した優れた減衰性能を有する高減衰部材を得ることができる。

〈実施例１〉
ベースポリマーとしての天然ゴム〔ＳＭＲ（ＳｔａｎｄａｒｄＭａｌａｙｓｉａｎＲｕｂｂｅｒ）−ＣＶ６０〕１００質量部に、充填剤としてのシリカ〔東ソー・シリカ(株)製のＮｉｐｓｉｌ（ニップシール）ＫＱ〕１００質量部、ロジン誘導体〔ロジン変性マレイン酸樹脂、軟化点１３９℃、ハリマ化成(株)製のハリマック１３５ＧＮ〕２０質量部と、下記の各成分とを配合し、密閉式混練機を用いて混練して高減衰組成物を調製した。

樹脂：ジシクロペンタジエン系石油樹脂〔軟化点１０５℃、丸善石油化学(株)製のマルカレッツ（登録商標）Ｍ−８９０Ａ〕２５質量部
樹脂：クマロン樹脂〔軟化点９０℃、日塗化学(株)製のエスクロン（登録商標）Ｇ−９０〕１０質量部
老化防止剤：ベンズイミダゾール系老化防止剤〔２-メルカプトベンズイミダゾール、大内新興化学(株)製のノクラック（登録商標）ＭＢ〕２質量部
老化防止剤：キノン系老化防止剤〔丸石化学品(株)製のアンチゲンＦＲ〕２質量部
加硫剤：５％オイル処理粉末硫黄〔鶴見化学工業(株)製〕１．５８質量部
加硫促進剤：スルフェンアミド系加硫促進剤〔N-tert-ブチル-２-ベンゾチアゾリルスルフェンアミド、大内新興化学(株)製のノクセラー（登録商標）ＮＳ〕１質量部
加硫促進剤：チウラム系加硫促進剤〔大内新興化学(株)製のノクセラーＴＢＴ-Ｎ〕０．７質量部
加硫促進助剤：酸化亜鉛２種〔三井金属鉱業(株)製〕４質量部
加硫促進助剤：ステアリン酸〔日油(株)製の「つばき」〕１質量部
〈実施例２〜４、比較例１〜４〉
天然ゴム１００質量部に対するシリカの配合量を２０質量部（比較例１）、４０質量部（比較例２）、８０質量部（比較例３）、１３５質量部（実施例２）、１５０質量部（実施例３）、１８０質量部（実施例４）、および２２５質量部（比較例４）としたこと以外は実施例１と同様にして高減衰組成物を調製した。

前記各実施例、比較例について下記の各試験を行ない、その特性を評価した。
〈減衰特性評価〉
（試験体の作製）
実施例、比較例で調製した高減衰組成物をシート状に押出成形したのち打抜いて、図１に示すように厚み５ｍｍ×直径２５ｍｍの円板１を作製し、前記円板１の表裏両面に、それぞれ加硫接着剤を介して厚み６ｍｍ×縦４４ｍｍ×横４４ｍｍの矩形平板状の鋼板２を重ねて積層方向に加圧しながら１５０℃に加熱して円板１を構成する高減衰組成物を加硫させると共に、前記円板１を２枚の鋼板２と加硫接着させて、高減衰部材のモデルとしての減衰特性評価用の試験体３を作製した。

（変位試験）
図２(a)に示すように前記試験体３を２個用意し、前記２個の試験体３を、一方の鋼板２を介して１枚の中央固定治具４にボルトで固定すると共に、それぞれの試験体３の他方の鋼板２に、１枚ずつの左右固定治具５をボルトで固定した。そして中央固定治具４を、図示しない試験機の上側の固定アーム６に、ジョイント７を介してボルトで固定し、かつ２枚の左右固定治具５を、前記試験機の下側の可動盤８に、ジョイント９を介してボルトで固定した。

次にこの状態で、可動盤８を図中に白抜きの矢印で示すように固定アーム６の方向に押し上げるように変位させて、図(b)に示すように試験体３のうち円板１を、試験体３の積層方向と直交方向に歪み変形させた状態とし、次いでこの状態から、可動盤８を図中に白抜きの矢印で示すように固定アーム６の方向と反対方向に引き下げるように変位させて図(a)に示す状態に戻す操作を１サイクルとして、前記試験体３の円板１を繰り返し歪み変形、すなわち振動させた際の、前記変位量（ｍｍ）と荷重（Ｎ）との関係を示すヒステリシスループＨ（図３参照）を求めた。

測定は、前記操作を３サイクル行って３回目の値を求めた。また最大変位量は、円板１を挟む２枚の鋼板２の、積層方向と直交方向のずれ量が、前記円板１の厚みの１％となるように設定した。
次いで、前記測定により求めた図３に示すヒステリシスループＨのうち最大変位点と最小変位点とを結ぶ、図中に太線の実線で示す直線Ｌ₁の傾きＫｅｑ（Ｎ／ｍｍ）を求め、前記傾きＫｅｑ（Ｎ／ｍｍ）と、円板１の厚みＴ（ｍｍ）と、円板１の断面積Ａ（ｍｍ²）とから、式(1)：

により等価せん断弾性率Ｇｅｑ（Ｎ／ｍｍ²）を求めた。
また図３中に斜線で示した、ヒステリシスループＨの全表面積で表される吸収エネルギー量ΔＷと、同図中に網線で示した、前記直線Ｌ₁と、グラフの横軸と、直線Ｌ１とヒステリシスループＨとの交点から前記横軸におろした垂線Ｌ２とで囲まれた領域の表面積で表される弾性歪みエネルギーＷとから、式(2)：

により等価減衰定数Ｈｅｑを求めた。等価減衰定数Ｈｅｑが大きいほど、試験体３は減衰性能に優れていると判定できる。実施例、比較例の場合は等価減衰定数Ｈｅｑが０．３５以上であるものを減衰性能良好、０．３５未満であるものを減衰性能不足として評価した。

〈加工性評価〉
所定の成分を混練して前記実施例、比較例の高減衰組成物を調整する際、ならびに前記高減衰組成物を押出成形して、試験体３の円板１のもとになるシートを作製する際に、作業が困難であったかどうかを判定し、作業が困難でなかった場合を加工性良好（○）、困難であった場合を加工性不良（×）として評価した。

以上の結果を表１に示す。

表１の比較例１〜４の結果より、ベースポリマーとしての天然ゴム１００質量部に対するシリカの配合量が１００質量部未満では、高減衰部材の減衰性能が不十分であり、１８０質量部を超える場合には加工性が低下することが判った。

これに対し、実施例１〜４の結果より、ベースポリマーとしての天然ゴム１００質量部に対するシリカの配合量を１００質量部以上、１８０質量部以下の範囲内とすれば、良好な加工性を維持しつつ、現状よりも減衰性能を向上できることが確認された。
〈実施例５〜７、比較例５、６〉
天然ゴム１００質量部に対するハリマック１３５ＧＮの配合量を４質量部（比較例５）、１０質量部（実施例５）、３０質量部（実施例６）、５０質量部（実施例７）、および５５質量部（比較例６）としたこと以外は実施例２と同様にして高減衰組成物を調製した。

〈比較例７、８〉
ロジン誘導体に代えて、同量のキシレン樹脂（比較例７）、アスファルト（比較例８）を配合したこと以外は実施例２と同様にして高減衰組成物を調製した。
前記各実施例、比較例について先の各試験を行ない、その特性を評価した。結果を、実施例２の結果と併せて表２に示す。

表２の比較例５、６の結果より、ベースポリマーとしての天然ゴム１００質量部に対するロジン誘導体の配合量が５質量部未満では、高減衰部材の減衰性能が不十分で、しかも加工性が低下し、５０質量部を超える場合には加工性が低下することが判った。

また比較例７、８の結果より、ロジン誘導体に代えてキシレン樹脂を配合した場合には加工性が低下し、アスファルトを配合した場合には高減衰部材の減衰性能が不十分で、しかも加工性が低下することが判った。
これに対し、実施例２、５〜７の結果より、キシレン樹脂やアスファルトに代えてロジン誘導体を配合すると共に、ベースポリマーとしての天然ゴム１００質量部に対する前記ロジン誘導体の配合量を５質量部以上、５０質量部以下の範囲内とすれば、良好な加工性を維持しつつ、現状よりも減衰性能を向上できることが確認された。

〈比較例９〉
ハリマック１３５ＧＮに代えて、軟化点７１℃のロジン誘導体〔ロジン変性グリセリンエステル、軟化点７１℃、ハリマ化成(株)製のハリエスターＳ〕を同量配合したこと以外は実施例２と同様にして高減衰組成物を調製した。
〈比較例１０〉
ハリマック１３５ＧＮに代えて、軟化点９０℃のロジン誘導体〔ロジンエステル樹脂、軟化点９０℃、ハリマ化成(株)製のハリエスターＫ−９０〕を同量配合したこと以外は実施例２と同様にして高減衰組成物を調製した。

〈比較例１１〉
ハリマック１３５ＧＮに代えて、軟化点１０１℃のロジン誘導体〔ロジン変性マレイン酸樹脂、軟化点１０１℃、ハリマ化成(株)製のハリマックＲ−１００〕を同量配合したこと以外は実施例２と同様にして高減衰組成物を調製した。
〈比較例１２〉
ハリマック１３５ＧＮに代えて、軟化点１０２℃のロジン誘導体〔ロジンエステル、軟化点１０２℃、ハリマ化成(株)製のハリエスターＳＰ−１００〕を同量配合したこと以外は実施例２と同様にして高減衰組成物を調製した。

〈実施例８〉
ハリマック１３５ＧＮに代えて、軟化点１２７℃のロジン誘導体〔ロジン変性特殊合成樹脂、軟化点１２７℃、ハリマ化成(株)製のハリエスターＭＳＲ−４〕を同量配合したこと以外は実施例２と同様にして高減衰組成物を調製した。
〈実施例９〉
ハリマック１３５ＧＮに代えて、軟化点１３５℃のロジン誘導体〔ロジン変性特殊合成樹脂、軟化点１３５℃、ハリマ化成(株)製のハリエスターＤＳ−１３０〕を同量配合したこと以外は実施例２と同様にして高減衰組成物を調製した。

〈実施例１０〉
ハリマック１３５ＧＮに代えて、軟化点１４８℃のロジン誘導体〔ロジンエステル、軟化点１４８℃、ハリマ化成(株)製のハリエスターＤＳ−８１６〕を同量配合したこと以外は実施例１と同様にして高減衰組成物を調製した。
〈実施例１４〉
ハリマック１３５ＧＮに代えて、軟化点１７２℃のロジン誘導体〔ロジンエステル、軟化点１７２℃、ハリマ化成(株)製のハリエスターＤＳ−８２２〕を同量配合したこと以外は実施例１と同様にして高減衰組成物を調製した。

〈比較例１３〉
ハリマック１３５ＧＮに代えて、軟化点１８３℃のロジン誘導体〔ロジン変性特殊合成樹脂、軟化点１８３℃、ハリマ化成(株)製のハリエスターＫＴ−２〕を同量配合したこと以外は実施例１と同様にして高減衰組成物を調製した。
前記各実施例、比較例について先の各試験を行ない、その特性を評価した。結果を、実施例２の結果と併せて表３、表４に示す。

表３の比較例９〜１２の結果より、ロジン誘導体として軟化点が１２０℃未満であるものを用いた場合には、高減衰部材の減衰性能が不十分になったり、加工性が低下したりすることが判った。

また比較例１３の結果より、ロジン誘導体として軟化点が１８０℃を超えるものを用いた場合には加工性が低下することが判った。
これに対し、実施例２、９〜１１の結果より、ロジン誘導体として軟化点が１２０℃以上、１８０℃以下であるものを用いれば、良好な加工性を維持しつつ、現状よりも減衰性能を向上できることが確認された。

１円板
２鋼板
３試験体
４中央固定治具
５左右固定治具
６固定アーム
７ジョイント
８可動盤
９ジョイント

Claims

天然ゴム、イソプレンゴム、およびブタジエンゴムからなる群より選ばれた少なくとも１種のベースポリマー１００質量部に、シリカを１００質量部以上、１８０質量部以下、軟化点が１２０℃以上、１８０℃以下のロジン誘導体を５質量部以上、５０質量部以下の範囲で配合してなることを特徴とする高減衰組成物。