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建築用ゴム系材料の暴露試験

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(1)

【論  文】

UDC :691

17 :699

82

    日本 建 築 学 会 構 造 系 論 文 報 告集 第414号

1990 年8月

Jeurnal

 of Struct

 ConstT

 Engng

 AIJ

 No

414

 Aug

1ggO

      

系材料

暴 露 試

EXPOSURE

 

TESTS

 

OF

 

RUBBER

 

SHEETS

 

USED

 

FOR

 

BUILDINGS

  

二 * ,

清 水 市

* * ,

小 池

迪 夫

* 紳

KyOf

 

TANAKA

, 

Ichirou

 

SHIMIZU

 and  

Michio

 

KOIKE

 

Four 

kinds

 of  

butyl

 

blended

 with  

EPDM

 rubber  sheets which  

have

 

different

 

properties

 against

ozone  were  exposed  

inside

 or  outside  of  a 

building

 to 

know

 the effect  of  the environment

 

Dumb −

bell

 specimens  were  cut out 

from

 the sample  sheets and  were  stretched  up to elongation  rates  Qf

1

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℃ and  60

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Most

 of all

exposure  tests started  

in

 spring  

in

 1987

 

An

 additional  test started  

in

 winter  in 1988 to 

know

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during

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Key

ωotzis:E 5鷹 纏 」〜ubber  sheet

陥 励 6r

 

Oxone,

 Crack

, TemPerature

L

 ま えがき 1

 研 究の

 

建 築 物には様々 な部 位に ゴ ム系材料が使 用され る え ば屋根の防 水

ト, 窓 ガラス固定のた めの ガスケッ ト, 外壁パ ネル外 周での シ

ル材

出入口 などの ビ

ド 類, 床の制震ゴ ム

最 近で は免 震 構 造に用い ら れ る支 承 等と して である

ところで これ らの使 われ方 を見る と

すべ て が力 学 的 負 荷予 想 さ れ る

材 料 みの生 じて い る ことが前 提と さ れ る。 これ ら材料は有機 質材料で あり, 無機質材料に比べ て劣 化し や すい性 質を 持つ

にひずみ を生じて い る状 態で は オ ゾンに より劣 化が進 行するV

4)

れ には

オ ゾン濃度, 温 度といっ た環 境条件の ほ か

生 じ ている ひずみの大きさ とい っ た 力 学 的 負 荷条件も密 接に関 与し5)

6)

その結 果

材料に は亀 裂

破 断 といっ た欠 陥を生 ずる

そのた め建 築 物に ゴ ム材 料 を使 う際には

力学 的 負 荷 を受け ている状態 下で の耐 久 性 評 価が重 要な課 題と なる

 

研 究の最 終 目的はこれ ら材 料の耐 久 性 をい かに評 価す る か お よ びそ の方 法 を確 立す るこ とにあるが

その た め に は ま ず材 料がどの よ うに劣 化

環 境 条件の影響を どの よ うに受け る か とい う基本 的な問 題 を 明ら かに し な けれ ば な ら ない

 

本 論 文はその第 1 段と して  劣 化 が どの よ う に進 行 す る か,   地域差が どの程 度 存 在す る か

  室内環 境は どの よ うに考えれば良い の か

  こ れ ら劣化 はに起 因 する の か とい っ た諸 点を明ら かにする目的で

象 環 境 の極 端に異な る 三地点で の屋 外 暴 露 試 験

お よ び室 内暴 露 試 験を実 施し

考 察 を加え た もの で ある

L2

  既 往の研 究

 

ゴム系 材料耐 久 性は重 要な問 題であ り

研 究の歴 史  ‡ 東 京業 大 学 業 材 料 研 究所 糧 (財 )建材試 験センタ

*i* 東 京工業 大 学 工 業 材 料研究所 助 教授

工博 教 授

工博  拿 Associate

 PrQf

 of Tokyo Inst重tute of TechnQlogy

 Dr

 Eng

Japan

 Testing Center for ConstruciQn Materials 紳 卓 PrQf

(2)

も古く

か な り蓄積の ある分 野で ある

そ の耐 久 性を 知 る

つ の方法と し て屋 外 暴 露 試 験 も しばしば実施 され る が

ほ と んどの もの は製 品の劣 化を記 述 する だ け の実 務 的 な 立 場か らの もの が そ の材 料を どの よ うに評 価 すれ ば良いの か とい っ た使う側か らの観 点の ものは少な い

こ の立場か ら研 究さ れ たもの と しては大 気 中の オ キ シダン ト

オゾン の影 響につ い て論 じ た

Antti

 

Soininen

らηのヘ ル シンキで の屋 外 暴 露 試 験 報 告

,Haagen・

Smit

ら8切 ロ スア ンジェ ル ス で の屋 外 暴 露試 験報 告

あ るい は促 進 オゾン試 験結果との係 を調べ る ために行っ た

Vocca9

ス ア ン ル ス

ユ マ , フ ロ リ ダの

3

地域 での暴 露 試 験 報 告

同 様な 目的で行わ れ た須 賀Lω での屋外暴露 試 験 報 告が あ る。  これ ら はい ずれ も

般工業用ゴム 材 料につ い て行わ れ た もの で あ る が, 建 築 用ゴ ム系材料に焦 点 を合わ せ た も の は さ ら に少なく

わずかに合成高分 子ル

フィ ング の耐 候 性を調べ る た めに高 木ら11)によ り行わ れ た東 京で の屋 外 暴 露試験, オ ゾン試 験との関 係を 調 べ る た めに行 わ れ た藤木12 ) に よ る大 阪での ま た加藤ら13切 千葉での 屋 外 暴 露 試 験の各報 告が ある程 度である。  これら研 究は多少本研 究での 目 的と は異な る た め

屋 外 暴露 試 験 が 特 定の地域につ い ての み に限 定さ れて お り

環境の差 を調べる に は不十 分で ある

ま た気 象 環境 と の関係につ いての吟 味が十 分な さ れ ていない

さら に 建 築材料の使用さ れ る場 所と して はいま ひ とつ重 要であ る室 内 環境の劣化する知 見が ほ と ん ど 得 ら れて い な い のが実情で あ る

            

2.

暴 露 試 験の概 要 2

1 試 料および試験 片  伸 長状態に あ る ゴム系 材 料は

劣 化 因 子と して オ ゾン が主に影 響を及ぼ す といわ れてい る

そ の影 響を調べ る ために は耐オ ゾン性の優れ た も の か ら劣るものまでの幅 広い材 料につ い て検 討す る 必要が あ る

そのた め本 研 究 では耐 オゾン性に数 段 階のを設け たゴ ム シ

トを試作 した

耐 オゾン性の段 階 付け はゴ ム配合の基 本 的 手 法で 表

1 試 料お よ び基 本 物 性 値 試     料 100/080 /2D70 /3050 〆50 配     合     表 ブ チ ル ゴ ム (工IR ) エチ レ ンブ ロ ビ レ ン ジェン モ ノマ 〔EPDM 》 酸化亜鉛 ステア リン酸 HAF カ

ボンブ ラック タルク パ ラフ ィ ン系オイ ル カ瞳促進剤 (TMTm 加硫促進 剤(MBT ) 輾 100  0  5  1604030  L  o

5  L

5 8020 同 左 7030 同 左 動 駟 同 左 基   本   物   性 厚 さ      mm 引蠍 さ      kgf /c

2 破 断 

      % 引 裂強さ           k呂£ /c

硬 さ       HS〔Jis A)  1

112 且 49231 図  1

且 1095L52952  LoL395503657 1

lLO452229 騎 引 張

ダンベ ル3号型【標 点閭 距 隘:20回) 引裂

B型

引張運度 500 魍/ 分 硬 度3 スプ リ ング式A彫

2

       

  図

1  ダンベ ル状 1号 形試 験片 あ る オゾン劣 化 を 生じや すい ブチル ゴム と オゾンに対 し て抵 抗 性の あ る

EPDM

の両 者の配 合比 を変え る考え方 によっ た。 予備 試験で適 当な グレ

ド付 け可 能 を調べ

1の よ う に決 定し た

また同表に は引 張 試験

硬さ試 験に よる試 作さ れ た材料の基 本 的 物 性 値も合わ せ 示す

 

試 験 片は図

1に

JIS

 

K

 6301 に規 定さ れ るダン ベ

1

号 形 試 験 片 を 使 用し た。 ダンベ ル状 試 験 片を使 用 し たの は 観 察が長 時 間に わ た る た め た んざく状 試 験 片で し

しば発 生す るつ か み具 端 部での破 損 を避け る た めであ り,

1

号 形 試 験 片 を使 用し たの は, 同

JIS

に規 定 さ れてい るダンベ ル状 試 験 片の中で観察 し うる面 積が最 も 広いた め で ある

2

2 暴 露 場所

 

暴 露 場 所は環境因子の影 響 を強く受 ける と考え ら れ る 屋 外 環 境, 比 較 的穏や か と想 定され る室内

最も安 定し た状 態で の比 較

保存のた めの環 境の 3条 件と し た

(1) 屋 外 環 境

 

気象 環 境の地 域 性に起 因する差 異を明ら かにす る目的 で

寒 冷地と し て札幌市, 温 暖 地と して横 浜 市

亜 熱 帯 地 域とし て那覇市郊外 西 原 町 (那 覇と略 記 〉を選 定し た。 以 下に具 体 的 暴露位置, 写真

1暴 露 状 況

写 真

1  暴 露 試験 状況

(3)

札幌 :北海道 大 学

建 築工学 科,

・3F

建物屋上 横浜 :東京工業 大 学

工業 材 料 研 究 所

,9F

建 物ペ ン ト      ハ ス屋 上 那 覇 :琉 球 大学, 工学 部,

lF

実験棟屋 上 (2) 室 内環 境 室 内 環 境は中で行わ れ る活動に よっ て差の生 ずる能 性があるが

本 研 究で は人 間が通常使 用 する室 とし た

これには材 料 を劣 化 させ る可能性の あ る と思わ れる機器 類の設置さ れ て い る室も含め た。 複写室:静 電 式 複 写 機8台 設 置さ れて いる室 内 (作 業中        は換 気 扇 使 用 ) 会 議 室 :パ ッケ

ジ型冷 暖房器が設 置 され てい る室内        (必 要に応じ て運転 ) 恒温 恒 湿 室 :温 度 20±2℃

湿度 65±10%

R .

H

の室       内 (3) 比 較 保存環境  暴 露の影 響 を比較す るための

最も劣化 を生 じにくい 環境と して, 次の保 存 環 境 とし た

窒素ガス充て ん容器 :材 料 を 劣 化さ せ る気体を完 全に排 除す る た めに不 活 性な窒 素ガス で置換し た容 器 中

2

3

暴 露 期 間 (1) 屋 外 暴 露

 

材料の欠 陥 発 生に直 接 影響 を 及 ぼ す気 象は季節に よっ て異 なる。 し たがっ て屋 外 暴露の開始 時 期に よっ て差の 生ず ること が予 想 され る

その た めこ こ で は春か ら夏の 暑く な る時 期に向か っ て 暴 露 す る ものと冬のく な る時 期に向かっ て暴露す る も の の

2

条 件 とし た

暑く な る 期で の暴 露はすべ

札 幌 , 横浜で は 1987年 5月 1日 か ら

那 覇で は ユ987 年 4

17

か ら, 各々

2

年間 行っ た。 寒 くな る 時 期に暴 露 を開 始し たもの は横浜 だ けで実施 し

1988年1月 10日 か ら

2 .

年間行っ た。 (2) 室内暴 露  複写 室は 1987年 4 月 15日 か ら, 会 議 室は

1987

年 5月28 日 か ら

恒温恒湿 室は 1987年 5月 1 日か らの 2年 間と した

(3 ) 比較保 存 環 境 暴 露  窒 素 ガス充て ん容器中に他の暴 露 場 所と同様の伸 長 率の試 験片を 1987 5月 1 日か ら2 年間 保 存 した

2

4  暴 露 条 件 (1)

 

力 学 負 荷 条件

 

ダン ベ ル状 1号 形 試 験 片の標 点 間 距 離40mm に 対 し20

,50,

100 %伸張と し た。 伸 長 率は材 料 表

2 亀 裂 判 定 黼 亀裂の大 きさ及 び深 さ A :亀裂 小数 1:肉眼で は見えないが10倍の拡大鏡 では確 認できるもの B :亀裂 多数 2 :肉眼 で確認できるもの C :亀裂無数 3 :亀黝 躱 くて比 較的 大 きいもの(1咀未満) 4 ;亀 裂が 深 くて大 きいもの(  以上3圓耒 満 ) 5 :3皿 以上の亀裂 または切断 を起こ しそ う な も の の用 途に応 じ て決 定さ れ るべ であ る が

現 行の内外 の規 格

nCM

211 を調 査し た と こ ろ ほ と ん ど が 100%以 下 で あっ た ため, ここ で は最 大を ユ00% とし た。 な お試 験 片の伸 長作 業は暴 露 開 始の直 前 とし た。 (2 ) 環境条件

 

屋外暴 露につ い て は 劣化要 因に差 を生 じ さ せ る 目 日 な た と日陰の 2条 件 とし た

前者は写真

1に示 す よ う に試験 片は完 全に露 出さ れ

水平に暴 露さ れてお り, すべて の気 象 因 子の影 響を受 ける。 後 者は百葉箱内 にさ れてお り, 日射, 雨水が遮ら れて いる

室内暴 露につ い ては

試 験 片は すべ て

接日射の当た ら ない 置に置か れて お り, 直接的な屋 外 気 象の影 響を受け ない 状態にある

比較保存環 境につ い ては

試験片が窒 素ガ

ス を充てん し た器中に設 置され し か も 全体が 20℃ に制 御された恒温 室に置か れ ており最も劣 化を受けに く い状 態である。 2

5 試 験 片の観 察

 

試験 片の観 察は 屋外暴 露の場 合 最 初の 1週間までは 毎日, その後 1カ月 まで は 週に 2回

その後は周

1

回ず つ観 察した

室 内暴 露の場 合

欠 陥 発 生の遅い こと が 予 想さ れ たため, 暴露開始後 1カ月 まで は週

1

その 後半年まで は月に

2

その後は月 1回ずつ 観 察した

2 屋 外 暴 露 試 験 結果 (日 な た

春 期に開 始) ケ月 1口

(4)

一3

屋外暴露試験結果 (日陰, 春 期に開始 ) 欠陥の評 価は

一2

に示す

JIS

 

K

 6301 (加 硫ゴム理 試 験 方 法 )の亀 裂 判定法に拠した

3.

試 験 結 果 3

1  屋 外 暴 露 試 験 結 果 (1 )

春 期に開 始 し た屋 外 暴 露 試 験結果

 2

年までの 日な た暴 露 試 験 結 果を図

2に 日陰暴 露 試 験結果 を 図

3に示 す

全 体 的に日な たの場合の欠陥 発 生が早く,試料によっ て当 然の こと な が ら 差 は あ る が, 早い もの で数 週 間,

遅い もの でも

1

年程 度で亀 裂が発 生 し た

ブチル ゴ ムだけ の試料は亀 裂 発 生 まで の時 間が短 く

,EPDM

の配

比 を高 めた試料で は遅くな る

暴露 の進 行にい亀 裂の数は次 第に増 加し, 深 く, 大きくな り

,一

部の もの で は破 断し た。 ま た伸

率の影 響 も顕著 に見ら れ

伸長 率 が 大 きく な るに従っ て欠陥発 生まで の 時間が早め ら れ る

写 真

2に各試 料ご との亀 裂の発 生 状態のを示す

2

) 冬 期に開 始し た屋 外 暴 露 試 験結果

 

4に試 験結果 を示 す

こ の場合は暴露 地 横 浜のみ で し か 実 施 され てい ない が

基 本的には春 期に暴 露し た 写 真

2

 

屋外暴露に よる亀 裂 例 (那覇

日陰

伸 長 率 互00%) ヶ月 場合と同様の傾 向 を示しtt 亀 裂が発 旧

 

生し, 破 断に い た る

し か し春期に    開 始し た場 合に比 較し全 体 的に遅 く    な る傾 向 が 見ら れ る。    3

2  室 内 暴 露 試 験 結 果

   

試験結 果を図

5に示す。 室内で    も亀裂が発生し, 伸 張 率の大 きい

   部の試料で は破 断し た

た だ し室 内    の 場 合

環境条件の差が大き く

   暴 露す る室に よっ て欠 陥 発 生の状 況    が異なり

恒 温 恒 湿 室で は試 料の

   種 類に亀裂が発生し た だ けで あっ た    が

複 写 室

会議 室で は か な りの も    の に亀裂が発 生し

破 断して いるも    の も あっ た。    

3.

3 比 較 保 存 環境暴露試験 結果     図

6に試 験 結 果を示す

窒素ガ

  

の試 料に は全く亀 裂の発 生    が み ら れ なか っ た。

4.

結 果の考察 (1 ) 暴 露場所の差

 

試 験 片が暴 露され た場 所の差を調べ る た めに

伸長率 100 %の場合につ い て屋 外 (横 浜 〉

室 内

保存環境を 比 較 し

7に示す

亀 裂 発 生

破 断の いずれも欠陥 発 生 まで の時 間に差は あるが そ の傾 向は同じであ る

暴 露 場 所の違いが明瞭に 現 れ て お り

全 体 的に屋 外 環境 がも早く 室内 環 境が 遅い

比 較の ための保 存 環境に 暴 露 した試 料には

切亀裂は発 生して い な い

 

一8

に参考 として 1988年

6

1

日か ら

1989

5

月 31日 まで の 1年間の暴 露 地 横 浜で の オゾン濃 度の

日 で の最 高値と最低値 を示 すが

ゴム系料の亀 裂発生に は主た る劣化 因子 として大 気 中に微量 に存在す る オ ゾン が関 与す る7}

9)

12} 言われており

屋外が その影 響 を強 く受 ける た めに欠陥発 生が早かっ た もの と 思 わ れ る

。一

方 室内は

欠陥発 生が遅く なっ て いる。 オゾンは分解さ れや す く 室内では, 新し い大 気 供 給が 比較 的少ない た め と推 定 され る。 ただ し, オ ゾン発生の可 能 性を 持つ と 思 われ る機 器類が設 置され て い る室 内では

多少欠陥が 早 め ら れ る

それ で も 屋外に比べ る と か な り遅い

これ は 機器 類の運 転は間 欠 的であ り, その影 響を受け る時 間は そ れほど長く ないた め と 思 わ れる

またオ ゾン劣 化は材 料 表 面に新しい オ ゾンが どの程 度接 触す る か とい うこと と も強く関係 するZ2}

室 内で は 風速が 屋外に比べ ると 著し く小さいこと も原因 となっ てい る の か も し れ な い

 

比 較 環 境と し ての窒 素ガス容 器中は大 気を 窒素ガス で 置換して あり, 全く オ ゾンが存 在し ないた め, どの試 料 に も亀 裂が発生 し な かっ た もの と考え ら れ る。

4

(5)

月 ケ ロ 図

4 屋 外 暴 露 試 験結 果 (横浜

冬期に開 始 ) 明 日 図

5 室内暴 露 試 験 結果 月 図

6 比 較 保 存環境試 験 結 果 (2) 屋 外に お け る暴 露 方 法の差

 

欠 陥発生は暴 露 方 法に よっ て差が あ る

9に伸 長 率 100%の試 験 片につ い て 日な た と 日陰 を 比較し て示 す

図 中 斜め に 2等分 し た直線の上側は 日 な たで の欠 陥 発生が 早い こと を示し 下 側は 日陰で の欠 陥 発 生が早い こと を示す

亀裂 発生

破 断の いずれ も 2等 分 線の上 側 の範 囲に位 置 し て お り

日 な たで の欠 陥 発 生が早い こ と を示して い る

日なた と 日陰の 試料に作 用する気 象 要 素

日射と雨 水の点に差 異が ある こ の で雨 水は直接 的にこれ らの材 料の亀 裂 発 生, 破 断に影 響を及ぼす もの では ない た め

主に 日射の違い によ る もの と 推定さ れ る

 とこ ろ で 日射の持つ意味 は2つ ると考え ら れ る

(6)

とつ は日射に含ま れ る紫外線ので あ り

いま

材料温度 上 昇の効 果で あ る。 前 者につい て eit否 定的 な意 見231が あるもの の ゴ ム系材 料に ひび割れ状の を発 生 さ せ る原因の

し て摘され ており

まずこの影 響 が可能性と して考え ら れ る。 後者につい て は筆 者ら 6) が 蝿 磐酎 亀 凱 ついて 〔1° 嘱 伸鋼 ) 破 断に ついて (10。弘伸 長時) :

   1   ’ 751 屋 外(欄 浜) 室 内

  卩

 : 比 較 保 存

屋 外 (横浜 ) 室 内  夛     「 比較保 存 ロ

麟 匝 州 駅 釁 ’ ’

   

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一冒

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o 日    日 な   陰 た 復   会   恒 写  議  温 室 室       蜜 窒 素 ガ ス 中 日    日 な   陰 た 復  会   恒

      室 斐 中 図

7 各暴 露場所にお け る 欠 陥 発 生 日 数 (伸長 率100% に つ      い て整 理) 示し た よ うに温 度 上 昇はオゾン劣 化を促 進す る

この報 告で は, 本 暴 露 試験で用い たもの と同

試料につ い て 温 度の影 響が定量的に検 討さ れて お り

各試料につ いて 表

一3

に示す よ う に温 度 を考 慮し た オゾン劣を表す数 式が得ら れ ている

 こ こで はこ れ を もと に考 察す る

概 略の傾向 を知る た めに次の仮定をお く

日陰の試 料は外 気 温と ほ ぼ同じで あり

日 な たの試料はこ れ より10℃ 高い もの と す る

横浜の年 平 均 気温 は約 15

°

C

で ある の で

この温度と

3 オ ゾン濃 度と温 度を変数 と し た時の破 断まで の時間を表       す 数 式 試 料 100/080 ×207e !3050 /50 数 式 t . la(5

52XID2 /T +1

22)X1

00 t . 10(L63x10S 〆T

2

13)xo

eg t= 10(2

29 ・10ヲT

3

91)X°

9S * t :破 断ま で の時 間 (hrs)

 T t 材料の絶 対 温 度 (K) X :オゾン濃 度(pphm )

* :破 断 し な かっ た た め数式 な し

5

O

k5

0

日 最 高値

一一

一一

低 値

欠 測 欠 測

      籥

訊    

呈 鼻 气 氏 鎮 蓋

嶋     

     

螽・^ 1988年

6

7

8

9

月 lo月 !

1

12

月  Igag年 

2

月   

3

月   

4

月  

5

月      

1

月 図

一8 

暴 露 地 横 浜でのオ ゾン濃 度 測 定 値 (1988

6

1

1990

 5

 31 亀 匝 姻 螺 繭 鯉 e 屮 誣 ロ 日 な た での亀 裂 発 生 日数         日 な たで の破 断発生 日数 図

9 日 な た と 日 陰の 比較 〔伸長 率 100% につ い て整理〉

6

(7)

4

 

暴 露地 横 浜の破 断につ い て の日陰と 日 な た との比 較 (平     均 オ ゾン濃 度3pphm

日陰の試 料は平均外気

日 な     た は平均外気温 より10℃ いと仮 定

1

暴 露 方 法 試     科 100〆0 臼〕/2070 /3050 /50 日 陰 仮定計 算に よる結 果 19日 53日 156日 * 暴露 試験結果 34日 54

102日 172日 破断せず

口 な た 仮定計算による結果 亶6日 34日 85日 * 暴露試默結果 28

29日 66

73日 1正5

117日 破断せず *算式 が得て い な いの で計 鱆値はな

そ れ よ り10℃ い 25℃ の 場 合につ い て算 す

オ ゾン濃度は平 均 的 な 値と し て

3pphm

を 仮 定 する

これ は文 献24)

25) で示さ れて い る大気中に存 在する バ ック グラ ン ドオ ゾ ン濃 度の平 均 的な値であ る。 試 算結果を表

4 に示す が同表に は本 暴 露試 験で の結 果 も合わ せて示し た

もち ろ ん試 算は か な り大ざっ ぱな仮 定の上に行っ た もの であ るた め実際の観察結 果 とは差は あ る が

温 度 が 高く な るこ とによっ て欠陥発 生まで の時 間は明ら か に短 縮されて お り

屋外暴 露で は従 来それ ほど強く指 摘さ れ て は い な か っ た が

温 度の効 果 が日 な たと日陰に差を生 じさせ た重要な原 因と推 定さ れる

3

)暴 露 地の差

 

一10

に伸 張率 100 %時の 日陰 暴 露に お け る亀 裂 発 生, 破 断につ いて 三暴露地 の比 較 を示 す

地域差が明 確 に見ら れてお り

お お む ね暴 露 地那覇で の試料の欠 陥発 生が最も早くつ い で浜で あ り

札 幌 が最も 遅い。 こ の 原 因を考 察 する た め に

11に各 地 域の 1987年4月 751 匝 5 口 1 亀 裂に つ い て q 丶 丶

  

試 料     丶 05 tl50

    

\ \

a

ここ

め   破断につ い て    50!50 は破断せず

    率     長 那 覇 伸     険     旧 横 浜     較

    比     の 札 幌 数     舶     醗 )

   

横 浜 瞭 肋    

札 幌 各 −0     10

 

    図 コ   4   3   2  

 

1   00                       5 E = 巳 几

遮 劇

、 嵐 る 晋 最 韓 降 皿       紀 週

  

3D2Q 旧 o 月平 均気温

i

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一 コ

  

横浜

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

≧ 避 .

11 月   ア 89lO   II  12樋 」 254 暴 露 地のオ キ シ ダント濃 度と気温 (1987

4

1988

4) か ら1年 間の オキシダン ト濃 度

気 温 デ

タを示す

こ れ ら は いずれ も 環 境庁

気 象 庁で測定さ れ てい る デ

タ2S)

Z7〕を整 理し た もの であ る

こ の中で オ キ シダン トに つ い ては局地気候的要素が強いた め

点の測 定 局の デ

タではな く

暴 露 地の近傍 3 測定局の平 均 値

 

般に オ キ シダン トのか な りの割 合 をオゾン が占める といわ れてい る が

環 境デ

タ を見る と欠 陥 発 生の原 因 とな るオ キ シダン ト濃 度は必 ずし も那覇が高 くなって い ないe 特に試料に亀 裂が多く発 生し た暴 露 初 期 数カ月 に 着目 す る と

オキシ ダン ト濃度は逆に札 幌

横 浜, 那覇 の順と なっ てい る。 し たがっ て欠陥発 生の理 由 を オゾン のみにめ よ う とすると暴 露 試 験結果と相 反する ことに なる

。一

方気 温につ い て調る と同 時 期倒 的 覇のが高く

以 下 横 浜, 札幌の順と なっ ている

前項

 

2

)に おける考 察 と 同様

オゾン劣化に及ぼ す 環境温 度の影 響を合わせ てえる と

この試 験 結 果が理解でき る

す な わ ち屋 外 暴 露にお け る欠 陥 発 生に は材料温度も 重要な要素と

して関与 していることを示 唆す る もの であ る

(4 ) 暴 露 開 始 時 期の影 響

 

一12

に春に暴 露 試 験 を 開 始 し た場 合と

冬に開始 し た場 合の比 較 を 伸長率 100%につ い て横浜で暴 露 し た試料につ い て整 理し, 示す。 亀 裂 発 生, 破断の いずれ も明ら かに春に試 験 を開し た場 合の方が冬に暴 露し た 場合より早く な っ てい る。 春に開 始し た場 合はその初 期 のに高いオ キシダン ト濃度に さら さ れ

しかも試料温 度も高い

それに比ぺ る と開 始し た 場 合は オキシダ ン ト濃 度 が低く 試料温度も そ れ ほど高く な ら ない。 欠 陥 発 生はオ キ シダン ト濃 度が高く, 試 料 温 度が高く なる に した がっ て早め ら れ る

これ が暴 露 開 始 時 期に よ る差 を生じ さ せ た大き な 原 因で ある と推 定さ れ る。

 

さ らに注目すべ き はじ時 間 暴 露し て も, 暴 露 開 始時 期の影 響が残ること で あ る

5に春に開 始した場 合

(8)

5cvso 欠 陥 発 生せ 50tSO 欠 陥 発 生せず 7       ゆ           1 皿 田 螺 豊 尽 QP 部 憾 壮 」 銀 竃 思 日なた 暴 震の場 合

。 。 。         ‘

5◎ θo x破断 o 亀 裂 発 生

 

5cvso 皿 麹 駅 鯉 ぢ e 暫 麟 抵 挈 ⇒ 沒 麗 犁 卿 日陰 暴 露の場合

禽謡

      t

x 破 断 o 亀裂 発 生

琳 却 剥 蝦 鯉 尽  1       ◎0    751  1       P       P◎    751     春va 開始 し た試 験で の欠 陥 発 生 日数        春に開 始 した試 験での欠 陥 発 生日数 図

一12

暴 露 開 始時期による欠 陥 発 生日数の比較 (伸

ft

率 100% につ い て整理) 表

5  春に開 始し た場合と冬に開始した場 合の同時間経 過 後の     欠 陥の比較 (横 浜

日かげ暴 露

100%伸 長 } 1年後 2年後 試 料 春に開始 冬に開始 春 に開始 冬 に開始 100/0 × X     Xx XX 80/20 Xx c3c3 Xx XX 70/30 XC3 幻 嶋 XX Xc3 50/50 AlA1

oO

A1Al 配 《1 x :破断    

O

:異 常な し る

 

す な わ ち, 両 者 を組み合わ せて考 察す ると

春に開 始 し た場 合は応 力が比 較 的 高い レ ベ ル にあ る う ちにオゾン 劣 化に とっ て厳しい環 境 下にさ ら さ れ, 早めに欠 陥が発 生 する。

方冬に開始し た場合は

高 応 力レ ベ ル の間は 劣 化 環 境と しては穏やか な条 件 下にあ り

春か ら夏に か けて の厳しい環 境に な る時には

応力緩和が十 分 進 行し て応 力が低く なっ てお り劣 化は加 速さ れ に くい 2s〕

が 同じ期 間 暴露しても試 験を開 始す る 季節に よっ て結 果 に差 を生じ さ せ た, いま

要 因推定さ れ る

応 力 緩 和 現 象は

温度の影 響 も同時にけ る た め

応 力 の変 化 も含 めた測定が必要であ り 今 後 厳 密な 検討の要 す る ところであ る

と冬に開 始した場 合の 同 時 間 経 過 後の 100%伸長時 の比較を示 すが

同じ1 年間暴露し て も春に開 始し た 場 合は, か なり の も の が破 断して し まっ て い るのに対し

冬に開 始した場 合はひ とつ も破 断して い な い。 丸2 年後 の結果につ い て も 同様の こと がい え 例え ば試 料

70

30

の よ うに春に暴 露 開始し た場 合はすべ て破 断して いるの が, 冬に暴露 開 始し た 場合は

て い

 

この よ うに同じ時 間 暴露して も結 果は同じと な らず

春に開始し たものの劣化が著しく, 冬に開 始し たもの は 劣 化が少ない

もち ろ ん環 境条件が 1年 目と

2年 目と が 同

で ない の は当 然である が そ れ でもそれほ ど極端に 異なっ て いる と は考え られず Vacca9〕指摘し て る よ う な 理由

材料の応 力 緩 和 現象によ る影 響もある の で は ない か と定され る。 ゴ ム材 料の 劣化に は

力 学 的 負 荷 の条件と環 境の条 件を考え る必 要 が あるが

の試 験の 場 合

前者につ いては試 料が粘弾性的性質 を持つ た め

応 力 緩 和に よ り時 間の経 過 と と もに応 力が低 下し てい る こと

後 者につ いては春か ら夏にか けては オ キ シダン ト 濃 度

材料温 度 が 高 く厳しい環 境とな り 冬は逆に両 方 と も低く な り穏や か な環 境と なる こと を考え る 必要 が あ

5.

結  語

 

環 境 条 件の影 響に関す る基 礎 的 知 見 を得る た め の 屋外 お よび室内の暴 露 試 験を行っ たが得ら れ た成果は次のと お り で あ る

(1 ) 窒 素ガス雰 囲気 中以 外の暴 露 環 境で はすべ て に 陥が生 じた

した がっ て室 内も含めて大 気 環境下で使 用 さ れ る建 築 用ゴム系 材料に は欠 陥発 生の可 能 性が存 在す る

2

) 使用環 境 条 件に よっ て欠 陥 発 生まで の時 間

欠陥 の状態に は差 が ある。 屋外環境が厳しく室内 環 境はか な り穏 和で ある

た だ し室 内環 境で は種々 の機器 類使用の 可能 性が あ る が, オ ゾン発 生の可 能性を 持つ機 器が持ち 込ま れ た場合は ゴム系 材 料にとっ て厳 しい環 境と な る

3

) 暴露方 法によっ て も差が あ り, 日な たと日陰と を 比 較 すると

日な た の方が欠 陥 発 生が早い。 これ に は主 と して日射の違い に起 因 するが

紫 外 線の響 ばか りで な く材 料 温 度上昇も理 由の

つ と定 さ れ る

(4) 屋 外 環境で は暴 露 地の差が顕著であり

劣化の厳 しさで は 那覇

横 浜

札幌の順である

これ に は オキシ ダン ト濃 度だけで は説 明で きず, 温 度の影 響 も含め る こ

8

(9)

とに よっ て そ の解 釈が可 能 とな る

こ の こ と お よ び (3) を合 わせ考え る と

暴 露 試験の結 果はオ ゾン度 と温 度 との合 劣 化 問題と しえ る必 要 があ る と 思わ れる

5

)屋 外 暴 露 開 始時期に よっ ても結果に差 を生じ 開 始した場 合が冬に開 始した場 合よ り欠陥 発 生が早 く

ま た同じ時間暴 露して も劣 化の著しい も の が多い

これ は単に環 境 条件か ら ばか り で はな く

応力 緩 和と 言っ た材料の力学 的挙 動の時 間 的 変 化も組み合わせ て評 価 することの必要 性を示唆して いるもの と 思 わ れ る

謝 辞

 

本 研 究 を 進め る に あ たり, 試料作成に はバ ン ド

化学 (株 〉 阿 部 幸 夫氏

屋 外 暴 露 試 験に は北海道 大 学

 

鎌田 英 治教 授

琉球 大学

 

天 野輝久助教 授

安 座 間喜得氏

実 験に は東京工業大 学 大 学 院 生

 

宋炳昌 君の協 力 を得ま した

心よ り感謝いたし ます

参 考 文 献

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図 一3 屋 外 暴 露試験結果 ( 日 陰 , 春 期 に 開始 ) 欠 陥 の 評 価 は , 表 一2 に 示 す JIS   K   6301 ( 加 硫 ゴ ム 物 理 試 験 方 法 ) の 亀 裂 判 定 法 に 準 拠 し た 。 3. 試 験 結 果 3 ,1   屋 外 暴 露 試 験 結 果 (1 ) 、 春 期 に 開 始 し た 屋 外 暴 露 試 験 結 果  2 年 ま で の 日 な た暴 露 試 験 結 果 を 図 一 2 に , 日 陰暴 露 試 験 結 果 を 図 一
表 一 4   暴 露地 横 浜 の 破 断 に つ い て の 日 陰 と 日 な た と の 比 較 ( 平      均 オ ゾ ン 濃 度 3pphm , 日 陰 の 試 料 は 平均外気 温 , 日 な      た は 平均外 気温 よ り 10 ℃ 高 い と 仮 定 1 暴 露 方 法 試     科 100 〆 0 臼〕 / 2070 / 3050 / 50 日 陰 仮定計 算に よ る 結 果 19 日 53 日 156 日 * 暴露 試験結 果 34 日 54 〜 102 日 172

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