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建築用ゴム系材料のオゾン試験における力学的負荷条件の考察

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(1)

【論   文

I

UDC :691;θ5

 OO1

4

    日本 建築 学会構 造 系論 文 報 告 集 第417号

1990 年 11月

Joyrnal of  St【uct

 Coastr

 Engng

 AIJ

 No

417

 Nov

lggo

系材料

オ ゾ

試験

的 負 荷

条件

考察

EFFECT

 

OF

 

LOADING

 

CONDITION

OF

 

RUBBER

 

SHEETS

 

IN

 

OZONE

 

TESTS

    田 中 享

二 *

炳 昌

* *

小 池 迪 夫

* **

Kyok

T41VIAKA

, 

B

ソung

 

Chang

 

SONG

 and  

Michio

 

KOIKE

 

An

 ozone  teste【

 equipped  with  apparatuses  measuring  either  stress  relaxation  of specimens  at constant  strain  or creep  of them  at constant  stress

 was  made  in order  to investigate 

differences

 of ozone  

degradation

 caused  

by

 

different

 

loading

 conditiQns

 

Sheets

 of 

butyl

 Iubber  blended with

EPDM

 

in

 three 

levels

 were  special 且y made  in this study

 Mechanical property of the sheet  with each  mix  were  varied  

by

 the 

degree

 of vnlcanization

 

At

 first step  the specimens  were  exposed  to ozone  

in

 the ozone  tester controlled  at a concentra

tion of 50 pphm  at 40℃

 and  stresses  or strains of them were recorded  

during

 the test

 

The

 speci

mens  were  periodically  

inspected

 with  cracks  or rup 加 res 

if

 any

 Good

 ozone  resistance  was  observed  with  lower vulcanized  samples  

in

 the test with  constant strain

 on the contrary

 was  observed  with  

higher

 vulcanized  samples  

in

 the test with  constant stress

 The results  obtained  were  considered  to depend on the visco

elastic 

behaviQr

 of samples

then a new  

factor

 expressing  

loading

 

levels

 an average  of apparent  strain  energy

 which  can  

be

obtained  

by

 integrating values  of strain  energy  and  

dividing

 

it

 

by

 the period tQ 

failure

 

The

 avaHabiHty  of the new  

factor

 was  approved  

by

 additional  ozone  tests with  

different

 ozone co皿centrations

 temperatures and 

bading

 conditions

 

KegrPOiztg

:ozone

 strain  energ )J

 crack

 wisco

elastic

 creep

 relanatien

1.

はじめ に  ゴム系材料は大気 中に存在す る微量の オ ゾン の 響 を 受け

亀裂

破 断 とい っ た 欠 陥 を生じ る

こ れ を事 前に 予知, 評価す る た め に は その性質を十分調べ て お く必 要 がある

この た めに国 内 外 を 問わず 多 くのオゾン試 験 法 が提 案さ れ

実 用に供さ れ て い る。   ところ で

般にゴム系 材 料は力学 的 負 荷 を受 けた場 合 オゾン劣 化が著し く促 進さ れ る。 建 築 材 料は使 用時に何 らか の荷 重また は変 形 を 受けてい る のが通 例で あり

力 学的 負 荷 が 持つ 意 味重 要 力 学 的 負 荷 条 件 を既 存の オ ゾン試 験 ,覗 につ い て み る と

その ほと んどが所 定の伸 長 率

圧 縮 率を与え て固定する定ひずみ負 荷 条 件 の みが採 用さ れて い る。 しか し建 築 用ゴ ム系 材 料の使わ れ方を考えると

窓 用ガス ケッ ト, 床 制 振ゴム

免 震ゴ ムの よ うに応 力負担 を主目的に使用 され る材料もあ り

応 力を考慮し た負荷 条件も必 要で ある

 ま たゴ ム材料の ほとんどの もの は粘 弾 性 材 料である た め, 応 力

ひずみ は時 間 依 存 性を示 す

こ の た め応力 緩和現象,もし く は クリ

プ現 象

負 荷 方 法 て は同じ材 料であり な がら異なっ た耐 オ ゾン性 評 価が な さ れ ること が あ る

例えば非常に応 力 緩 和の し

t

〈’ 料の場合

定ひずみ下で は耐オ ゾ ン性が良 好に評 価さ れ る傾 向を持つが 定 応 力下で は逆に伸びやすく な る たあ 耐 オゾン性が低く評価され る。 こ の よ うな場 合 材 料の本 来の性 質と して耐オ ゾン性の よい材料と は何か とい う判 断が難しく な る。 も ち ろ ん特定の 用 途を定め れ ば定ひず み負 荷

定 応 力 負荷で十 分なこと も多いが建物では完全 に ど ち ら か の状態だ けで使用さ れ ること は ま れ で, 実 際 に は中 間的に存在す るこ と が多く

オゾン劣 化に影 響を 及ぼす 力 学 的 負 荷の意 味を明ら かに し て お くことはめ て要であ る と思わ れ る。

 本研究は

以 上の ような状況 を踏ま え建築用ゴム系 材 料の負 荷 条 件 を考 慮し た オ ゾンを行い

力学的 負 の基 本 的な意 味を明ら か に す る と と もにそ れ ら を整理 す る尺度を提 示す ること を 目 的とする もの である

2.

既往の研 究  ゴム系 材 料にわ ず か なひずみ が生 じてい る と

そ の劣 化が著しく促 進され るこ と が 明 ら かになっ てS )

10)以来

伸 長 状 態のオゾン劣 化に関す る研究が盛んにわ れる よ  * 東 京業材料研究所

1

* * 東 京主業 大 学 大学 院 生 # * 東 京工業大学工 業材料 研 究 所 助 教授

工 博 教 授

工 博

Associate

 

Prof.

 of Tokyo 

Institute

 of 

TechnolQgy

 Dr

 Eng

1Graduate

 Studellt of Tokyo Institue 6f Technology Prof

 of  Tokyo Institute of  TechnQlogy

 Dr

 Eng

(2)

うになっ た。 こ の中に は応 力の変 化に着 目し た研 究もい くつ か あ り

例え ば

G .

E .

 Deckerii)

 H

 A

 

Voddeni2

S

A .

 

Elleri3

〕が

定ひ ずみ負荷下で応 力緩 和測定がで き る オ ゾン試 験 装 置を製 作し

オ ゾン亀裂を 定 量 的 に検 討 しよ うと し た。 高野ら “ , も

リ ラ クソ メ

を利 用 し て応 力 緩 和を測 定し

材料の耐オ ゾン性の定 量 的な評 価 を 試み

応 力 緩 和 測定を行えば 材 料の耐オ ゾン性を比 較 的 正 確に評 価 すること が で き ると述べ いる

 

これに対 し 数ぽ少ないがゴ ム系 材 料のオ ゾン試 験 中 の クリ

プに着 目し た研究もい くつ か な さ れ て い る。 」

R .

 

Beatty

】5)

 

D .

J

 

Buckleyi6

)は クリ

プ測 定 装 置を 用い てオ ゾン試 験を行い

亀裂 成 長速度につ い て蓄積さ れ た仕 事 量か ら定 量 的かつ理 論 的解 析 し よ う と試み て い る

。H .

M .

 

Leeperi71

低 濃 度 中での長 期の クリ

プ測定に よ り耐オ ゾン性を判 定する方 法 を示し

こ れ を 利用 し来の 高 濃 度で の オ ゾン試 験 結 果と比 較 し て い る。 しか しこれ らはすべ て応 力 緩 和

ク リ

プが全く独 立し て行わ れ て い る た め そ の各々 につ い て は評 価が可 能 で あるが, 建 築 材 料の よ うに応 力 負 担

ひずみ負 担の両 方 が 混 在しが ち な 用 途に対 して は両 者の中 間 的な状 態が 重 要で あ り, その た め両 者を統

評 価必 要

こ の点につい て現 状で は ほと ん ど研 究がな されて い ない

3

試 料お よ び試 験 片  こ こ で行 うオ ゾン試験は

力学 的 負 荷につ いての検 討 を目的とし て いる た めに

広範な力 学 的 性 質につ いて の 検討 が 望 ま しい

こ の た め試 料を

まず 建 築 用ゴ ム系 材 料と し て使用 さ れ る材 料である こと

力 学 的性 質の範 囲 が広い ことの

2

点 を 考 慮した もの と した。 前 者につ い て は 屋根 防 水用材 料 として用い ら れるブチル

EPDM

ゴ ム シ

トと し, ブチル ゴム と

EPDM

の配 合 比 を変えオ ゾン に対す る性 能に差 を設 けた試 料 (100/0

,80

20,

70/

30

と略 記)の

3

種と し た

後 者につ い て は

加 硫 度 を 変 化 さ せ るこ とに より力 学 的 性 質に差を設け ること と し, キュ ラス トメ

指 示 値加 硫 度 25

50

,100

%の 3段 階の もの を 試作 し た (試料名の後に加 硫 度 を さ らに表示 し た)。 試 作 試料の 配合 を表

一1

に, 得ら れ た試料の 応 カ

ひずみ曲線を 図

1に示す。  オ ゾン試 験には

JIS

 K 6301 加 硫 ゴム理 試 験 方 法) の ダン ベ ル状1号 形 試 験 片を使 用し た

ダン ベ ル状 1号 形を使 用し た理由は

オゾン に よ り生じ る亀裂の観 察 面 積が最も広 いた めであ る

4.

オ ゾン試験 装置およ び 試験方 法 4

1 オ ゾン試 験 装 置  本 研 究で は試 験 片の力 学的 変化 を測定し な が ら オゾン 試 験 を行う必 要がある。 既 存のオゾン試験機ではこれ ら

1  試 料の配 合 表 材      料 100/080 /20 ブ チル ゴム 100

080

0 EPDM ゴム 0

020

0 ス テ ア リン酸 L5 カ

ボンブラ ック τG

0 ク レイ 10

0 パ ラ フィン系オ イル 30

0 酸 化亜鉛 5

o 同 左 硫 黄 1

5 ジ

ベ ンゾチ アジル

ジ サル ファイ ド 1

2 Zn

ジメチル

ジチ オ カ

パメ

ト 0

5 Z皿

n

ブ チル

ジチ オ カ

パメ

ト 1

0

100

曾 く

75

VR50 惶

25

TOX307v

03u

o 同 左 (単位 :部 〉 温 度:20 ℃ 引 張り

度:’°°

馳     試 科 370/30

IOO 100 /〇

10080 /

l

 

l80

〆20

IOO 80

試科 記 号の凡 例

江 ブ チルとEP囲 の 酉 80/冨0

51} 7 ∠ 80/20

lt5

00

  100  200  300 

400

 

5

X

) 

6

X

) 

700

      伸   び    串   (% )        図

1 試 料の応 カ

ひずみ曲線 ビ

セ ル 9     ●

定ひずみ負 荷 装 置 荷重 定応力 負 荷装置 図

2 負荷装置の概略図 装 置が装 備さ れ て お らず

こ こ で は次の条 件 を考 慮し た 新た な試 験 機 を設 計

試 作し た。  オ ゾン試 験におけ る静 的 力 学的負荷は定ひずみ状 態 と

定応 力状態 に 大 別 し う る

その ため定ひずみ負 荷 装 置と定 応 力 負 荷 装 置を 用意し た

各々 の概 略図 を 図

一・

2 に示す。 前者につ いて は ビ

ム型ロ

ドセル (

100kg

) を用い荷重の化 を測 定し うるよ う, 後 者につ い て は試 験 装 置の 前 面 扉に透明 アク リル 板を使用 し, 所 定 荷 重 負 荷後の標線間距 離の変 化 を 外 側か ら扉 を 開 けることなく 測 定で き る よ う に して あ る

 ま た環 境 条 件につ いて は市 販の多くのは低 温 の試 験がで き ない もの が多く

こ こ では槽 内温 度を

0

°

C

(3)

50

tO

ρ 畧

30

む ご

20R

10

o

伸長 率:200 %

i

伸 長 率:100 %

伸 蹄 5 °

  

l

   

l

   丶

丶「

     

\X

   、

70/30

100 【

1

1

 

 

 

10

/20

100 試再・7・!3。

80!20

廴倡o 試 科 ;70!30

100   180 !20よ100

R

       OO       

即/O

100

  一

      、

    

 

       

正00

1

      50!20

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1

   、

i

 80/20

50 、。/2。」25 80zo

25 燭 魄 0

50

   一

 

 

 

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       、

     亀

80!20

z5

_

:;

0

   

1

   

11

     

1

   

1

一 一          時 閻 t 時 間の対 数 個 で衷 現         lo6 tで衷 現       時 間

し (hrs )       図

3 定ひずみ負 荷試 験結果 まで下し う る よ うに し た

製 作 した力 学 的 変化 測定 装 置付き オ ゾン試験装 置を写 真

1に示す

4.

2

試験方法 (1 ) 定ひずみ負 荷  定ひずみ負 荷 装置に試 験 片 を取り付け

所 定の ひずみ とな るまで伸 張し固 定す る

応 力は時 間と とも

に低下 す る が

これをロ

ドセルに よ り測定し

レコ

続 記 録 し た。 な お伸長率は試験 片の 標 点間距離 40 mrn に対し

50

100

200 %の 3段 階と した

2

) 定応 力負荷

 

定応 力 負荷装置の上端 部に試 験 片

を取り付け

所 定の 応 力にな る ようにあ らか じ め重 量 を調節し た おも りを 懸 垂さ せ る。 この と きの伸 長 率 をノ ギス を 用い て追跡 測 定 する。 こ の場 合は連 続 記 録が な さ れ ていない た めに負 荷 初 期の間は頻 繁に そのは伸びの変化が緩慢になる た め

日数 回と した

な お負 荷 応 力は5

10

20 

kg

cmZ の 3段 階とし た

3

) 環 境 条 件および試 験 時 間   両 負 荷 試験 と も環 境 条 件は多くの オ ゾ ン試

Wt

]8)

22) 使 用さ れて い る温 度 40±2℃

オゾン濃 度 50±5pphm とし 試 験 時 間は最 大400時 間まで行っ た。 ま た試 験 片 の観 察は 10倍の ル

を 用験 開 始後 1時 間 まで は 5分ご と

12時 間まで は 1時間 ご と

その後は 1 日 に数 回

亀 裂 発 生の有 無, 破断の有無につ いて調べ た。

5.

結 果およ び考 察 5

1 定ひずみ負荷 試 験

 

図一 3 定ひずみ負 荷 下での試験結果を示 す。 各 試料 と も試 験 開 始 後, 応 力は

定値を保つ の で は な く徐々 に 低 下する

そ の途 中で亀裂がる。 連 続 して低 下し て い る応 力は亀裂が 入っ た か ら とい っ て特に急 激に低下 す る とい う訳では ないが

,一

部の試 料で は次第に亀裂の 数 が多く な り しか も 深 くな る

そ の後 破 断するが

その

ω

喀 智 ep 楊

o

eP         呻 張 串    (%) 図

一4

 伸 張 率と欠 陥発生ま で の時 間と の関 係   25     50    10025     50 加望度    (% ) 図

5 加 硫 度と欠陥 発 生ま で の時 間と の関 係 100 直前に は応 力の低 下が激し く な る

これ は材料の応 力緩 和が急 激に進行し た とい う よ り は

応力を負 担すべ き材 料のが破 断直前に激 減 する た め と思わ れ る。 (

1

) ひずみ (伸長率 )の影響  図

4に伸長率と 亀裂の発 生

破断まで の時 間との関 係を示す

試料に よっ て差はある が伸 長率が大き く な る に従っ て欠 陥 発 生まで の時 間は著し く短か く な る

0

(4)

500

tOO

300

b200 孝  

1000

応 力:20 ( f!開2) 1其    1    試科 :90 !20

25 応力:10 (tStXet2)

 

i

応 力:5 (kzf!胆2)

l

    I 裂発 生 /

 

。 ,。

、。

1i

破断 異需な      

ρ

1

ノ oo!o

10      1 訟 料 ;80/20

Z5    

E

試 斜 :go!:o

25

  昌

 

 

1

 

 ’

 

 ’

 ’

 

  ’

 

  ’

 

 ’

0!20

工00x

   ’

 

1

80!20

50         圏    00! 

100 9く    10 〆20

100

1

100 !O

10080 !20

  .

100 70/30

100

1

030

100

 ’

6

80 加   1

50

F一

     

 一

一,

τ0!30

100

0

   

1

   

10

  

1GO

 

400

  

1

   

10

  

100400

  

1

   

10

  

1

一 時 固 t     時 聞の対 数 値 で衷 現      log tで 褒 現       時   問   t  (hrs )        図

6  定 応 力 負荷 試 験 結 果

2

V

冒  5      10 図

ア             205       10       20         応  (kst!cロ2, 負 荷 応 力 と欠 陥 発生まで の時 間との関 係 奮 宕

ω

eP 爛 25     50      10025     50      100       加 磯度   (%   図

8 加 硫 度と欠 陥 発 生まで の時 間との関 係 (2 )材 料の力学 的 性 質の差   材 料の力 学 的 性 質の差 を 調べ る ために

材 料の配 合は 全く同じ で 加 硫 度を変 化さ せ て力 学 的 性 質だけ に差を 設 けた試 料 80/20につ い て考 察 する。 図

5

に加 硫 度と 亀裂 発生

破 断まで の時 間との関 係を示す。 同じ伸 長 率 で も 加 硫 度 が 大 き く な るにっ て 欠陥発 生 が早く な る傾 向がみ られ る

こ れ に は図

3に見られ るよ うに加 硫 度 が大 きい場 合には

同じ伸 長 率における応 力が高 く

そ の後 応 力が緩 和し て も比 較 的 高い レ ベ ル にと ど まっ てお り

これ が同じ配 合に もかか わ らず 欠 陥 発 生まで の時 間 に差を生じ さ せ た主た る原 因と推 察さ れ る。 5

2 定応力 負荷 試験  定 応 力 負 荷 下での試 験結果 を図

一6

に示 す

おもりを 懸 垂さ せ ると 試 験 片は瞬 間 的に伸 長され る

その後 も極 め て緩 慢では あ る が伸 びは徐々 に増 加す る

その途 中で 亀裂が 発 生す る

ただし亀裂が発 生 した か らとい っ て伸 びが急 激に増加す る とい う わ けでは ない

し か し次 第に 亀 裂の数が 多く な り

深く な り

破 断 直 前に な る と伸び が急 激に増 加し破 断に至る。 (1 > 負荷 応力の影 響  図

7に 負 荷応力 と 亀裂発生, 破 断まで の時間 との関 係 を示 す

試 料に よっ て差はあるが 負 荷 応 力 が 大き く な る に従って亀 裂 発 生, 破 断 までの時 間は短く な る

(2 ) 材 料の力学 的性質の差  材 料の力 学 的 性 質の差 を謂べ る た めに前 項 と 同 様

加 硫 度の み に差 を設けた試 料80/20につ い て考 察する

一8

に加 硫 度と亀 裂 発 生

破 断まで の関 係を示 す。 同じ 応力 レベル で も 加硫 度が小さ く な るに従っ て亀裂の発 生 は早く な る傾 向が み ら れ る

これに は 図

6で見 ら れ る よ うに加 硫 度が小さい 場 合に は モ デュ スが小さ く

応 力 負 荷 時の弾 性 伸 びお よびその後の ク リ

プ伸 びが大き く

こ の こと が欠 陥 発 生 まで の時 間に大 きく影 響 を与え た もの と推 察され る

6

定ひずみ, 定 応 力 下で の欠 陥 発 生 時 間 を整 理 する共   通 尺度の提 案  前節までの結果と して定ひずみ負 荷で は

試 料の加 硫 度が低 下す る

す な わ ちモ デュ ラ スが小さ く な る に従っ て耐オ ゾン性は上昇する の に対し

定 応 力 負荷で は逆に 材 料の モデュ ラ スが大 き くなる に従っ て耐 オゾン性は上 昇 する とい う

全く相 反 する現 象が得 られ た。 これで耐 オゾン性を判断し よ う と す る と ど ち らの方法の結 果が 正

4

(5)

二 謬 ー 騨 ミ 鱒 鴇 櫓 も 急 O 赴 凸

ご 葭 − 騨 ミ 婚 蝿 甫 争 OO 含 る 陣引

1

1

伏L骨形 闘       時 冏 (t )      ヒF 定Dず み且 荷 賦 験匿お け 乙 見 か けの ひずみ

の 呵 間的変 化       時 聞(t)        tF 定 応 力 負 荷 試 験Eお ける見b け

ひずみ

* hS

の時固盻変 化 図

9  各負 荷 下に おける見かけのひずみエ ネルギ

の時 間 的 変       化の模式

所 妃Ofδ を 与 儿 伸聾 図

一11

残 留ひずみ付 加定ひずみ負荷法の験 方 法 姻   亀 裂発 生 10D   10

   1 と 謹 o「 讐 GO

01P40Gas  loo 麒 Io 累

 

1

R

xO

_

0 足ひずみ負 荷 ●

● 定応力負荷 ロ

ロ 残 留ひず み付 加     定 ひずみ負 荷 qlQOl 破 断

試 料:80!20

100    q 試 料

80!ZO

50     q

 

 

 

 

試 料

&o!20

z5

騒料

100〆0

且00

試 料:τ0/50

100 al 1   10  100  1  10 100 1  K)  100 1    10  100 1   10  100         見か け の ひ ず みエ ネル ギ

の 平 均 値 (tsr !eii ) 図

10 欠 陥 発 生まで の時 間 と 見かけのひずみエ ネル ギ

の平 均 値の関 係 し い か がつ か ない 。 ゴム系 材 料の オ ゾン に対 する 性 能は た だ

つ であ り

同じ材料が負 荷 方 法に よっ て異 なっ て評価さ れ ること は

そ の判断に混 乱

もた ら す原 因と な る。 こ の矛 盾を解 決す る た めには, 両 負 荷 下で の オゾン試 験 結 果 を共 通に評 価 する物 理 量 を提 示 する必 要 が ある

以 下に そ の物理 量につ い て考 察する

 

通 常の材

の力学 試 験で は ひずみ と応 力は連 続し て変 化す る が

定ひずみ負 荷で はひず み が固 定 され応 力 だけ が

定 応 力負荷で は応 力が 固定さ れひずみだけ が変 化す る

し たが っ て力 学 的 挙 動と して は各々両極 端な状態で はあるが 基 本 的に は応 力 とひずみ と で説明し う ることに な る。 それゆえこ こ で は応 力 とひずみ で記 述し う るひず みエ ルギ

に着 目す る

 とこ

ゴム系 材 料は多 くの場 合 粘 弾 性 的 性 質 を示 す。 その た め

力学 的 挙 動は時 間 依 存 性 を持つ

そのた め さら に ひずみエ ネル ギ

の時 間 的 変 化 を考 慮 し な け れ ば ならない。 定ひずみ負 荷および定 応 力 負 荷にお け る単 位 体 積 当 たりの ひずみエ ネルギ

の時間 的変化は図

9 の よ うに模 式 的に表すことが出 来る

な おこ こ で は単 純 な 弾 性 体では な く

粘弾 性 材 料につ いて

し か も途 中で材 料に亀裂が 入 る よ う な現 象 を 対 象 として取り扱う た め

この物 理 量を見か けの ひずみエ ルギ

と呼ぶ こ とにする

いずれ も見か けの ひずみエ ルギ

は時 間 と と もに変 化 する

これ を欠 陥 発 生まで の時 間で除 し

平 均 値 を 求め

これを共 通の物 理 量 とす る

す な わ ち次式で示 すこと が出 来る。    見か けの ひずみエ ルギ

の平 均 値

i

置)

dt

..

..

、、 ここ で

W

t

)は単 位 体 積 当た りの見か け の ひずみエ ル ギ

[kgf/cm2/cm3 tFは欠陥発 生 まで の時 間 を 表す。 図

1 に示す よ うに引 張 試 験に お け る応 力とひ ずみの係 は多 少曲 がっ て いる がこれ を 直線 的関 係に あ る と仮 定し

定ひずみ負 荷場 合応 力 の時 間 変 化 をσ(

t

)と表す と

  

 

腕 )

σ(

ε

………・

……・

…………・

……

(・) 定 応 力 負 荷の場 合はひず

みの時 間 変 化 をε(t)と 表と        σ

ε(t)      

w

t

       

…………・

……・

………・

(3)        

2

と表さ れ る

10に各 負

下で の 亀 裂 発 生まで と破 断まで の時 間につ い て

こ こ で提 案する見か け の ひずみ エネルギ

の平 均 値で整理し

示 す

亀裂発 生につ い T

ま とめ たものは欠 陥 観 察が目視であ る た め多少不ぞ ろい の部 分 もあるが

お お む ね定ひずみ負 荷と定 応 力 負 荷の 結 果は重 なり合っ てい る

破 断につ い ては破 断 直前での 亀裂の急 激な進 行の た め, 断 面 積 が 減 少し, その こと が 結 果に大き な影 響を 及 ぼ すこ とが予 想され た が

結 果 的 には そ れ ほ どの ばらつ き を生じる こ と な く両 負 荷 試 験の 結 果は良く重な り合っ た。 こ の こと は, 見か けの ひずみ エ ネルギ

の平 均値が両負荷試 験結果を共通に評価でき る尺 度とし て有 効であ ること を示唆す る もの と考え ら れ

5

(6)

7

異 なる負 荷 方 法

環境条件 下 で の有 効性の検 討

7。1

 異 なる負 荷 下で の有効性の検討 (1) 試 験 方 法の概 要  負 荷 方 法は残 留ひずみ付 加 定ひずみ 負荷 法と した

こ れは定ひずみ試 験 を 基 本と し

これ に定応 力 負 荷の効 果 を付け加え た方 法で ある。 試験 方法の概 略 を 図

11 示す。 ま ず ダン ベ ル状 1号 型 試 験片の標 点間距 離40 mm に対 して所定の ひずみ を与え 24時 間オ ゾン試 験を 行う

その後負 荷 を解 除し

20±2℃ の恒 温 室 内に置 す る

負荷 解 除 後は元の長さに時 間と ともに戻っ てゆ く が, 残 留ひずみ が残る。 次に残 留ひずみ も含め た新た な 標 点 間 距 離に対し て

前と同じ割 合の ひずみを与え る

したがっ て伸長さ れ る全体の長さ は前 回 より少し大 きく なる。 これを繰 り返 す。 これ は繰り返 し負荷の効 果と材 料の粘 弾 性 的 性 質に起 因す る ク リ

プ伸び を考 慮 し た, 材 料 自身の性質とし て の耐オゾン性を 簡 便に調べ る た め の負 荷 方 法である。 なお環 境 条件は前項ま での試験と同 様

温 度40±2

°

C

, オゾン濃 度

50

±

5pphm

と し,

17

サ イク ル 〔オゾン に さ らさ れて い る時間の み で 408 時 間 ) まで行っ た。 (

2

) 試験結果お よび検討   この試 験で は試 験 片に残 留し た ひずみ が負 荷されて伸 長され る ため繰 り返し の進 行と ともに次 第に伸ば さ れて ゆき

結 果 と して欠 陥 発 生は早め られ た。 そのた め定ひ ずみ負 荷だけで は欠 陥が生じ な かっ た試料でも亀裂が発 生し 破 断し た

 こ の試 験 結 果 を 見か けの ひずみエ ル ギ

の平 均値を 用い て整 理し

定ひずみ

定 応 力試験結果と比較し

一10

破線で示す

多少ば らつ い て いる も の の各 試料と も両試験結 果と良く重な り合って い る。 すな わち 負荷 条件を変えて も提 案した見か けの ひずみエ ル ギ

の平 均 値でか な り整理 し う ることを示 して い る と思わ れ る。 7

2 オ ゾン濃 度 を変えた試 験 (1} 試 験の概 要  槽 内 温 度は 40℃ に し, オ ゾ ン 濃 度 を25,50,

100,200pph

皿 の

4

段 階に変え て試 験 を行っ た

な お負 荷 条件は定ひずみ と定 応 力の 2種で あ る

(2 )試 験 結 果お よ び検 討   これ ら の試 験結果を見か けの ひずみエ ル ギ

の平 均 値で整 理 し

亀裂発生ま で の時 間につ い て は図

12に

破 断につ いて は 図

13 に示す

オ ゾン劣 化に対す る オ ゾン濃度の影響 が 顕 著に現 れており

濃 度が高 くなる に 従っ て欠 陥 発 生は早く な る

ま た オ ゾン濃 度が変わ っ て も両負荷に よる結 果は比較的良く重な り合っ て お り こ の場 合 も提 案し た見か け の ひずみエ ネルギ

均 値 が

6

  試 料80!10

100BO /20

fO 400100101Ql

二 10

1

1・

1

  10010 se〆20

2S  tOO!O

100  10 !30

101}

Q

_

く }定 ひずみ負1 岨0℃

25卩ph6 H 定応 力負 荷 亠 q

己0℃

50pph璽 亠

1 40 ℃

】00叩h■ 亠 「

‘0℃

200卩ph臨 , b     t       o   o

1   aan     O

11  10100  1  冒0100  1  ,0 100 1  10 100  1  10 100    見 か け の ひ ず み エ *ル ギ

の 平 均 値 (kErld:12 ) 図

一12

 オゾン濃 度 を 変え た環境下での亀裂ま でのと       見か けの ひずみエ ルギ

均 値との係 oooo4   110tal  400   100010 二

  1 慌 QI 暄 智400e100P  lO 置   1   QIoooo4   1101 α O   Q 試 料巳0!20

10080 !20

508020

25  量00 〆B

1。070 〆30

苴00

40℃

z5叩h■

o 、

  

 

ひずみ負 背 定応 力 負 醤     晶

 

o ℃

50pp加

 

40℃

100ppb圜

憫    b

40℃

ZOO叩h■

亠 Ql1 幻 1001   101001101001101001   100     見 か け の ひ ず みエ ネ ル ギ

の 平均 値 (kgt〆cie ) 図

13 オゾン濃 度 を 変えた 環 境 下での破 断 までの時 間 と 見 か       けのひずみエ

の平 均 値 との関 係

(7)

h 』 )

瓰 智 e 屮 瓢 鰯

試 料 80!ZO

100唱0!ZO

5080 /ZO

25 川0/O

mO70 /30

100 400100

● ●

    0

101 凹

ひずみ負 荷 o

1 H 定応 力 負 萄 0℃

50pph

400 ■oo  10  1

α120 ℃

50P帥● 嫺 1000     11

Oj ‘o℃

50pph 4DO1000     1 , α160 ℃

50pph量 400100101

 

 

 

 

 

 

 

 

1   0

α01m ℃

50pph 01  1  10100  」    1DD 1  10 「00 「 101001   10100 見 か けの ひ ず エ ネ ル ギ

の 平 均 憾 (kgf /c ■2) 図

14 温 度 を変え た環 境 下で の亀 裂 発 生ま で の時間 と 見 か け       の ひずみエ ネルギ

均 値 との関 係

, 」 V

囮 智 Q

400試 料50!20

mO80 /20

50

80/20

25100 !0

10070 /30

  0 100 o o ■  o 101 圓 ひ ず み負 荷 α, H 走応 力郎 訂 O℃

50P画■ 400100  10  1

0

● 0120 ℃

50叩h■ 娚

10010  1

  

Q140 ℃

50ppb齲 4001000     − 1

    r

α 60℃

50PP』

40010 σ

10  1

Q1 σ01BO℃

50叩b■ α11   沿 rOO  1  亅01001100  1  ,0loo 1  10     見 か け の ひ ず み

*ル ギ

の 平 均 値 (tgt/ci2 } 図

15  温 度 を変え た環 境 下で の破 断まで の時 間と 見 か けの ひ       ず みエ ネルギ

の平 均 値 との関係 か な り有効である こと を示し て い る と思わ れ る

7

3  温 度を変え た試 験 (

1

) 試 験の概要

 

オゾン濃度を 50pphm に固 定し

槽 内 温 度 をO, 20

40

,60,80

℃ の

5

段 階えて試 験 を 行っ た

こ の場合 も定ひずみ と定応 力 負 荷の 2種である。 (2 ) 試 験結果お よ び検討  こ れらの試 験 結 果 を 見か けの ひずみエ ルギ

の平均 値で整 理し

亀 裂 発 生まで の時 間につ いて は図

14に

破断 までの 時間につ い て は図L

15

ン劣化 に対す る 温度の影 響 も顕著で あ り

温 度が高くな る に 従っ て欠 陥 発 生は早め ら れ る

ま た試験 温度が変わっ て も両 負 荷に よる結 果は

比 較 的 良く重なっ てお り

この 場 合 も提 案し た見か けの ひずみエ ル ギ

均値でか なり統

一・

的に整 理しうるこ とを示して い ると思わ れ る

8

お わ りに

建 築 用ゴム 系材 料オ ゾン性を評 価する ために 力 学挙 動を観 測し な が ら の定ひずみ負 荷

定 応 力 負 荷下で の オ ゾン試 験 を行い

材 料の粘 弾 性 的 性 質 を 考 慮し, し か も両 負 荷 下の い ず れの場 合 も

オ ゾンに対する性 質 を 共 通に整 理 し うる物 理 量とし て見か けの ひずみ エ

の平 均 値 を提 案 し た。  これ によ り

例え ば粘 性 的 性 質が強く モデュ ラス の 低い材 料では

定ひずみ負 荷で は耐オ ゾン性が良 好に

定 応 力 負 荷で は低く評 価さ れ る結 果が得ら れ るの は, 前 者で は見か けの ひずみ エ ル ギ

の 平 均 値が 小さ く な り

後 者で は そ れ が大き く な る た め で あ る と説明で き る

すな わち

実 際のオ ゾン試 験で は定ひずみ負 荷

定 応 力 負 荷 下でな さ れ るこ と が多い

こ れ ら力 学 的 負 荷の意 味を

見か けの ひずみエ ネル ギ

平 均 値で統

一・

的に理 解す るこ とが出来る

し たが っ てこ れ は材料来 的な 性 質と し ての耐オ ゾン性の評 価 尺 度 とし て有 用で あ る と 思わ れ る

 た だ し

こ こでの 議 論は限ら れ た範 囲の試 料をもとに な さ れ た もの であ り

広範な材料につ い ての適 合 性に関

7

(8)

し て は今後の課 題で あ る。 謝   辞  本 研 究を 進め る に当 た り

試験装置作 成に はス ガ試 験 機 (株 ) 須 賀 蓊氏

渡辺洋二 氏の 試 料 作 成に は東 洋 ゴム工業 (株 )鷹島 鉦 造 氏の また実 験に関し て は (財 ) 建 材試験セ ン タ

清水 市 郎 氏の御 協 力を賜りまし た

こ こ に深 甚の謝意を表 し ま す

な お本 研 究の

部は昭 和 63年 度スガ ウェ ザ リン グ技 術 振 興 財 団 助 成 金に よ りま し た。 参考 文献 1)

JISA6008

;合 成高分子ル

ー.

フィング, 1986 2)

JIS

 A 6009:基 布その他 を 積 層 し た合 成 高 分 子ル

フィ     ング 1983 3) 亅ISA6021 :屋根 防 水用 塗 膜 材

1989 4)

JIS

 A 5757:

建 築用 シ

リング材の用 途 別性 能

1975 5) JIS A 5758 :建 築 用シ

リング材

1986 6> 亅ISA5756 :建 築用 ガスケッ ト

1989 7)

JIS

 K 6301;加 硫ゴ ム物 理試験方 法, 1975

8

 

ISO

 

1431/1 Rubber

 Vulcanized

Resistance to Ozone

   Cracking

1982

Paπt 1:Static Strain Test

g) R

G

  Newten Mechanism of  Exposure

Cracking  of

    Rubbers with  a 

Review

 efthe  InfluenceofOzoneRubber

    Chem

 Tech

 Vol

ユ8

 pp

504

556

1945

10> ∫

Crabtree and  A

 R

 Kemp Accelerated Ozone Weath

  erlng  Test for Rubber;Indt Eng

 Chem

 AnaL  Ed

    Vol

18

 No

12

 pp

769

774

1946

11) G

E

 Decker and R

 W

 Wise:The Stress Relaxation

   Method for Measuring Ozone Cracking  Rubber World

    April

 pp

66

69

ユ962

12H

A

 Vodden

 B

 Sc

A

 Inst

 P

 and Miss M

 A

 A

13) 14} 15) 16) 17) 18) 19) 20} 21) 22)

Wilson

 B

Sc

Stress

 Relaxation Method of  Measur

ing Ozone Cracklng in RubberTransactions

1

R

1

VoL 35

 No

4

 pp

82

94

1959

S

A

 Eller and A

A

 SteinStress Relaxation

Rubber

Age

 September

 pp

972

976

1961

高 野 良 孝

久 留 宮 弘 幸

;応 力 緩和 測 定に よ る加 硫ゴム の

耐オ ゾン 性 評 価;日本ゴム協 会 誌

Vo且

36

 No

1

pp

11

21

 ユ963

J.

R

 Beatty and  A

E

 

Juve

:A Simple ⊂[bjective Method for Estimating Low Concentrations of 

Ozone

 in Air;Rubber Chem

 Tech

 Vol

28

 No

2

 pp

608

621

1955D

J.

  BuckLey and  S

B

  Robison:Ozone Aしtack en Rubber Vulcanizates; 

J.

 Potymer Sci

 Vol

19

pp

145

158

 1956

H

M

  Leeper and C

 L

  Gable:Ozone Cracking Qf Rubber

Objective  Evaluation  through   Creep Measurement ;Rubber  World

  August

,  pp

703

708

19561SO

 1431/2 Rubber

 VulcanizeCl

Resistance tQ Ozone Cracking

1982

Part 2;Dynamic 

Strain

 

Test

ISO 7326 Rubber and  Plastics hoses

Assessment⊂

f

Ozone

 resistance  under  static conditions

 1984

ASTM  D1149 Standard Test MethQd for Rubber De

telioration

1986

Surface Ozone Cracking in a  Chamber

〔Flat Specimen

ASTM

 DI]71  R皿bber  DeteTieration

 正986

Surface

Ozone

 Cracking Outdoors or Chambers  Triangu旦ar Specimens)

ASTM   D3395  Rubber Dete[iolation

1986

Dynamic Ozone Cracking in a Chamber

(1990年6月10日原 稿 受 理

1990年9月11 日採用決 定)

参照

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