KR20000010869A - 면진 적층체용 고무 조성물 - Google Patents

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Abstract

천연 고무 및/또는 이소프렌 고무, 폴리부타디엔 고무 복합체, 석유 수지, 및 미립자 카본 블랙으로 이루어진 면진 적층체용 고무 조성물.

Description

면진 적층체용 고무 조성물
오늘날, 진동 에너지의 흡수 장치, 즉, 방진(防振), 제진(除震), 면진 장치 등이 급속히 보급되고 있다. 그리고, 이러한 장치에는, 진동 에너지 감쇠 성능(흡수 성능)을 갖는 고무 조성물이 사용되고 있다.
이제까지, 고무 재료에 고감쇠(高減衰) 특성을 부여하기 위해서, 즉, 고감쇠 특성을 가진 고무 조성물을 얻기 위해서, 고무에 카본 블랙이나 석유 수지를 다량으로 배합해 왔다.
그렇지만, 카본 블랙을 다량으로 배합하는 경우, 감쇠 성능은 향상되지만(높은 히스테리시스 손실), 정련 가공성이 열화됨과 동시에, 면진 장치의 전단파괴 특성이 저하되는 결점이 있다. 한편, 석유 수지를 다량으로 배합하는 경우, 감쇠 특성은 향상하지만, 크리프(creep) 특성이 저하하여, 장기 내구성이 열화되는 결점이 있다.
본 발명은, 진동 에너지를 효율적으로 흡수할 수 있고, 또한 장기 내구성이 우수한 면진(免震) 적층체용 고무 조성물에 관한 것이다.
도 1은 면진 적층체의 한 예를 나타내는 단면도이다.
발명을 실시하기 위한 최상의 형태
도 1에 있어서, 면진 적층체(1)는 고무 조성물(2)을 강판 등의 강성을 갖는 경질판(3)을 개재하여 다층으로 적층시킨 구조로 되어 있다.
본 발명에서는, 도 1의 고무 조성물(2)로서, 천연 고무(NR) 및/또는 이소프렌 고무(IR), 폴리부타디엔 고무 복합체(BR 복합체), 석유 수지 및 미립자 카본 블랙으로 이루어진 고무 조성물을 이용한다.
본 발명에서는, NR 및/또는 IR 50 내지 90중량부와 BR 복합체 10 내지 50중량부로 이루어진 고무 100중량부에 대하여, 석유 수지 15 내지 60중량부 및 미립자 카본 블랙 50 내지 90중량부를 배합한다.
NR 및/또는 IR이 90중량부를 초과하면 수득되는 고무 조성물의 신도가 저하되고, 50중량부 미만에서는 가공성과 감쇠성이 저하된다. 여기서, NR 및/또는 IR이란, NR 또는 IR의 어느 하나를 사용하거나, 또는 NR 및 IR 둘 다를 사용하는 것을 의미한다.
폴리부타디엔 고무 복합체(BR 복합체)는, 시스-1,4-결합 함량이 90% 이상인 시스-1,4-폴리부타디엔 고무 80 내지 97중량%와 신디오택틱(syn)-1,2-폴리부타디엔 3 내지 20중량%로 이루어진다. 이 BR 복합체는, 예를 들면, 우베고산(宇部興産)(주)에서 제조한 UBEP0L-VCR로서 시판되고 있다.
석유 수지는, 소위 석유 나프타를 열분해한 후, 증류에 의하여 분획시켜 수득한 인덴, α-메틸스티렌 등의 중합 성분을 포함하는 C9또는 C10유분(留分)을 양이온 중합시켜 수득한 수지이며, 예를 들면, FTR(미쓰이(三井)석유화학공업(주)), 하이레진(도호(東邦)화학공업(주)), 쿠마론 수지(신닛데쯔(新日鐵)화학사 제품) 등으로서 시판되고 있다.
석유 수지는 고무 100중량부에 대하여 15 내지 60중량부 배합한다. 15중량부 미만으로 배합하는 경우, 진동 에너지의 흡수 능력이 부족하고, 한편, 60중량부를 초과하여 배합하는 경우, 고무의 크리프량이 과도하게 증가하여 장기 내구성이 악화된다.
본 발명에서 사용하는 미립자 카본 블랙은 질소 비표면적이 통상 60 내지 150㎡/g, 특히 80 내지 150㎡/g이고, DBP 흡유량이 통상 60 내지 160㎠/100g, 특히 90 내지 160㎠/100g인 것이 바람직하다. 이러한 미립자 카본 블랙은 ASTM에서 제시된 HAF, ISAF, SAF 타입의 카본 블랙으로서 시판되고 있다.
이러한 미립자 카본 블랙의 배합은, 본 발명의 고무 조성물이 진동 에너지의 흡수 능력을 발현하는 데 있어서 불가결하다. 이의 배합량은 고무 100중량부에 대하여 50 내지 90중량부이다. 배합량이 50중량부 미만인 경우, 진동 에너지의 흡수 능력이 열화되고, 한편, 90중량부를 초과하는 경우, 고무 조성물의 제조시의 가공성이 저하됨과 동시에, 고무 조성물의 강도도 저하된다.
본 발명의 고무 조성물을 제조하는 데 있어서, 미가황 고무를 가황시킬 목적으로 N-3급-부틸-2-벤조티아졸릴설펜아미드 등의 가황 촉진제 및 산화아연, 스테아린산 등의 가황 보조제를 미가황 고무에 적절량 배합한다.
본 발명의 고무 조성물을 면진 적층체에 적용한 경우의 한 예를 도 1에 나타내었지만, 본 발명의 고무 조성물(2)과, 예를 들면, 일반 구조용 강판, 냉간 압연 강판 등으로 이루어진 경질판(3)이 교대로 적층되어 면진 적층체가 구성된다. 이러한 적층체를 제조하기 위해서는, 미가황 고무 조성물을 성형·가황하여, 시트상의 가황 고무 조성물을 수득한 후, 이 가황 고무 조성물을 접착제로 경질판과 접착시킬 수 있으며, 또한, 미리 미가황 고무 조성물을 시트상으로 성형하고, 이것과 경질판을 적층시킨 후에 가열함으로써 가황·접착을 동시에 수행하여 제조할 수도 있다.
이러한 면진 적층체는, 예를 들면, 도로교(道路橋)의 지주(支注)나, 빌딩의 기초 지주의 용도로 사용할 수 있다.
실시예 및 비교실시예
표 2에 나타낸 배합량(중량부)으로 고무 조성물을 제조한다(실시예 1 내지 6, 비교실시예 1 내지 5). 이들 고무 조성물에 관하여, 하기에 따라 인장강도(TB), 파단신도(EB), JIS A 경도(Hs)를 평가한다. 또한, 고무와 철판을 교대로 적층시킨 도 1의 면진 적층체(크기 135mm×135mm×74mm)를 제조하고, 등가 감쇠 정수(h), 압축 크리프량(%) 및 전단파괴 특성(%)을 각각 평가한다. 이 결과를 표 2에 나타낸다.
인장강도(TB, kgf/㎠):
JlS K 6301에 따라 측정한다. 수치가 큰 쪽이 강도가 크고, 파단하기 어렵다.
파단신도(EB, %):
JlS K 6301에 따라 측정한다.
등가 감쇠 정수(h)
이축 전단 시험기에 의해, 0.1Hz, 175% 변형시의 조건으로 구한다.
교량의 면진 장치로서 사용되는 고감쇠 고무 지주는, 설계에서 기대하는 교량의 감쇠 정수가 수득되는 지진시 에너지 흡수 능력을 가질 필요가 있다. 면진 설계의 기본이 되는 「도로교의 면진 설계법 매뉴얼(일본 건설성(재) 토목 연구 센터)」에는, 교량의 감쇠 정수를 기준으로 하는 설계 수평 진도(震度)의 보정 계수가 하기의 표 1과 같이 기재되어 있다.
교량의 감쇠 정수 보정 계수
진도법(震度法) h<0.1 1.0
h≥0.1 0.9
보유 수평 내력법 h<0.1 1.0
0.1≤h<0.12 0.9
0.12≤h<0.15 0.8
h≥0.15 0.7
고감쇠 고무 지주의 등가 감쇠 정수는 전단 변형의 증가에 따라 감소하는 경향이 있기 때문에, 보유 내력법 수준에서 기대할 수 있는 교량의 감쇠 정수는 0.12 내지 0.15가 적당하고, 이것을 만족하는 대상(對象) 변형 수준에서의 고감쇠 고무 지주의 등가 감쇠 정수는 약 0.13 이상이다.
압축 크리프량(%):
+20℃의 온도에서 설계 지압(支壓) 응력도(60 kgf/㎠)에 상응하는 연직 하중을 1000시간 작용시킨 경우에 면진 장치에 생기는 연직(鉛直) 변위를 기준으로, 수학식 1로부터 교량의 설계 공용 연수(設計供用年數)에 상응하는 크리프를 구한다.
δCR=atb
위의 수학식 1에서,
δCR은 면진 장치의 크리프 변형량(mm)이고,
t는 교량의 설계 공용 연수(시간)이고,
a와 b는 크리프 정수로서, 수학식 2와 3으로부터 산출한다.
a=(δ100)2/(δ1000)2
b=log(δ1000/δ100)
위의 수학식 2와 3에서,
δ100은 100시간 후에 발생하는 면진 장치의 연직 변위(mm)이고,
δ1000은 1000시간 후에 발생하는 면진 장치의 연직 변위(mm)이다.
위의 수학식 1에서 산출한 교량의 설계 공용 연수에 상응하는 크리프량은 고무의 총 두께의 5% 이하이어야 한다.
전단파괴 특성(%):
60kgf/㎠의 하중을 부여하고, 이축 전단 시험기에 의해 수평 방향으로 0.5 mm/초의 속도로 전단 하중을 부여하여, 면진 적층체가 파괴되는 시점의 전단 비율을 측정한다. 400% 이상이 바람직하다.
목표값 비교실시예1 비교실시예2 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 비교실시예3 비교실시예4 실시예6 비교실시예5
NRBRVCR*1카본 블랙(ISAF)석유 수지(쿠마론 수지)산화아연스테아린산노화방지제황가황촉진제 CA 10085355.01.03.02.11.2 703085355.01.03.02.11.2 901085355.01.03.02.11.2 703085355.01.03.02.11.2 505085355.01.03.02.11.2 703085205.01.03.02.11.2 703085455.01.03.02.11.2 703085105.01.03.02.11.2 703085655.01.03.02.11.2 703060355.01.03.02.11.2 703040355.01.03.02.11.2
기본 물성TB(kgf/cm2)EB(%)Hs(JIS-A) 22334085 19051081 19847085 19545084 19645084 21341082 18353085 22536080 15465087 21655080 21358072
면진장치로서의 특성 h압축 크리프량(%)전단파괴 특성(%) ≥0.13≤5%≥400% 0.141.8370 0.122450 0.142.1430 0.142.3430 0.1352.5420 0.131.8410 0.1453.3450 0.1251.7400 0.1555.2480 0.131.9460 0.1151.5470
주) *1 VCR 412(우베고산(주) 제품), 시스-1,4-폴리부타디엔과 신디오택틱-1,2-폴리부타디엔을 88:12의 중량비로 포함한다. 무니 점도(ML1+4(100℃))는 45이다.
표 2에서 명백한 바와 같이, 고무로서 천연 고무(NR)만을 사용한 비교실시예 1에서는 전단파괴 특성이 열화된다. 고무로서 천연 고무(NR) 및 부타디엔 고무(BR)를 사용한 비교실시예 2, 석유 수지의 배합량이 과도하게 적은 비교실시예 3 및 카본 블랙의 배합량이 과도하게 적은 비교실시예 5는, 각각, 등가 감쇠 정수(h)가 낮고, 진동 에너지 흡수성이 열화된다. 석유 수지의 배합량이 지나치게 많은 비교실시예 4는 압축 크리프량(%)이 높고, 장기 내구성이 열화된다. 본 발명의 고무 조성물(실시예 1 내지 6)은 이들 비교실시예 1 내지 5의 고무 조성물에 비하여, 진동 에너지 흡수성과 장기 내구성이 우수한 것으로 판명된다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 면진 적층체용 고무 조성물은, 천연 고무 및/또는 이소프렌 고무 50 내지 90중량부와, 시스-1,4-결합 함량이 90% 이상인 시스-1,4-폴리부타디엔 고무 80 내지 97중량%와 신디오택틱-1,2-폴리부타디엔 3 내지 20중량%로 이루어진 폴리부타디엔 고무 복합체 10 내지 50중량부로 이루어진 고무 100중량부에 대하여, 석유 수지 15 내지 60중량부와 미립자 카본 블랙 50 내지 90중량부를 포함하여 이루어지기 때문에, 진동 에너지 흡수성과 장기 내구성이 우수하다.
본 발명의 목적은, 진동 에너지 흡수성 및 장기 내구성이 우수한 면진 적층체용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 면진 적층체용 고무 조성물은 천연 고무 및/또는 이소프렌 고무 50 내지 90중량부와, 시스-1,4-결합 함량이 90% 이상인 시스-1,4-폴리부타디엔 고무 80 내지 97중량%와 신디오택틱-1,2-폴리부타디엔 3 내지 20중량%로 이루어진 폴리부타디엔 고무 복합체 10 내지 50중량부로 이루어진 고무 100중량부에 대하여, 석유 수지 15 내지 60중량부와 미립자 카본 블랙 50 내지 90중량부를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
이와 같이, 천연 고무(NR) 및/또는 이소프렌 고무(IR), 폴리부타디엔 고무 복합체(BR 복합체), 석유 수지 및 미립자 카본 블랙을 조합하여 사용하기 때문에, 진동 에너지 흡수성 및 장기 내구성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.

Claims (2)

  1. 천연 고무 및/또는 이소프렌 고무 50 내지 90중량부와, 시스-1,4-결합 함량이 90% 이상인 시스-1,4-폴리부타디엔 고무 80 내지 97중량%와 신디오택틱-1,2-폴리부타디엔 3 내지 20중량%로 이루어진 폴리부타디엔 고무 복합체 10 내지 50중량부로 이루어진 고무 100중량부에 대하여, 석유 수지 15 내지 60중량부와 미립자 카본 블랙 50 내지 90중량부를 포함하여 이루어지는, 면진 적층체용 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 미립자 카본 블랙이, 질소 비표면적이 60 내지 150㎡/g이고 DBP 흡유량이 60 내지 160㎤/100g인 면진 적층체용 고무 조성물.
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