【論 文
1
日本 建築 学会構 造系論文 報 告 集 筆』
449号・
1993 年 7 月Journal of Struct
，
Consti．
Engng，
AIJ、
No．
449，
Jaly，
1993建
築 用
ゴ ム
系
材 料
の
大 気 中
の
オ
ゾ
ン
に よ る
劣化
の
予
測
PREDICTION
OF
OZONE
DEGRADATION
OF
RUBBER
SHEETS
FOR
ROOFING
MATERIALS
，
EXPOSED
IN
THE
AIR
田
中 享
二 ＊，宋 炳
昌
＊ ＊
，
小 池 迪 夫
＊ ＊ ＊
絢
oブ
ゴTANAKA
，Byung
Chang
SOATG
andMichio
KOJKE
The
procedure to predict to time to crack initiation and rupture of rubber sheetsby
ozoneis
de−
scribed．
Five kinds of rubber sheets were exposedin
the airfor
three years atYokohama ，
measur−
ing ozone concentration and temperature of the specimens every ユO minute
，
The time to the fai．
lure
of each sheet』
was calculatedby
the proposed method，
usingboth
the measureddata，
and were compared with the exposure test results．
The predicted times approxLmately agreed with thetest results
，
and．
the proposed method was considered tobe
applicable to estimate the ozonede．
gradation of the rubber sheets exposed
in
the air．
KeywortlS ：
Prediction
，
090η8如 αぬ 顔0η，
rZtbber sheet，
outclOor e tPosure，
crnckinitiation
，
ruPture予 測
，
オゾ ン劣 化，
ゴ ム系 材 料，
屋 外 暴 露，
亀 裂，
破 断L
『
信 じめに”
建 築用ゴ ム系 材 料のオ ゾン劣化 研 究の最 終 目 的は実 際 に使 用 される環 境 下で の劣 化， す な わ ち， 大 気環境下で の劣 化を定 量 的に評 価しよ う とする点に集 約 化され る。
な ぜ な らば，
オ ゾン濃 度が高い の は屋 外であり，
また，
これ ら材 料は屋 外で使 用さ れる こと が多い か らで ある。 ところで，
従来の オ ゾン試験 めほ と ん ど は材 料の オ ゾン に対す る抵 抗 性 能を知るこ’
と だ けに主眼 が お か れて お り， そ の ため特 定温度・
オ ゾン環境
下での試験が一
般 的 であり，
また，
それで十分 その目的 を 満足 す る もの で あっ た。
しか し建 築 用 材 料 とし てこれ らの材 料 を使 用す る際 に は， 漠 然とし たオ ゾンに対する性能とい う よ りは，
い つ 頃 欠 陥 が 発 生す るか， あ るい はい つ 頃ま での使用を期 待しうるか，
とい う時 間に関する情 報が重 要と な る。
そ の ために は， 屋外で の オ ゾンに よ る劣化，
特に任 意に変 動して いる環 境 下で の劣 化 を 定 量 的に評 価す る必 要 が あ る。「
前報 〕まで で，
その準 備 段 階とし て，
オ ゾン濃 度と温 度が任
意に変動する環境下での 欠 陥 発生時 間を，
劣 化 現 1象の加 算 性 を仮 定し た推 定 乎 法を 用い て検 討し，
その有 効 性につ いて示し た。
し か し，
これ らではオ ゾン濃 度は 変 動し て い るもの の，
比 較 的 高 濃 度の室 内実 験と し て な さ れ たもの であり； 濃 度 も低く しか もよ り複雑に変 動す る現実の環 境 下で な さ れ たもの で は な い。
し た が っ て，
現 実の環 境 下で こ の手 法の有 用 性 を示 して お く必要が あ る。 本 研 究は その ためオゾン濃 度，
材 料 温 度 を継 続して 測 定し な が ら大 気 暴 露 試 験 を 行い，
その結 果 を もとに前 報 まで で示 し た考え方，
予 測手 法の有 効 性につ い て検 討し たもの であ る。 次に既往の研 究につ い て で あ る が，
従 来か ら ゴム系 材 料の耐 久 性を 調べ る 目的で暴 露 試 験はしばしば用い られ る方 法で あ り， 報告も多い 。 し か し，
多くの もの は材 料 がどの よ うに劣 化す る か とい う，
記 述を主と し た実 務 的 なもの であり，
材 料 を どの よ うに評 価してゆ けば良い の か とい う観点か らの研究は多くはない 。 こ の 観 点か らの 研 究と して は大 気 中’
の オキシダン ト， オゾンの影 響にっい て 論 じ ら れ た
Antti
Soininen2
），
Haagen・
S
血 t3｝，
Vacca”，
須 賀5 〕の暴 露 試 験があ る。
これ ら は一
般工業 用 ゴム系 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 とし て高木G 〕，
藤 木Tl，
加ees
｝ ら の研 究が あり，
特に後二者で は本 論 文で取 り扱お う と して い る オゾ ン試 験との関 連につ い て も 論 及され てい る。 し か し，
い ずれ も特定期 間 経 過 し た後の暴 露 試 験 結 果 と オゾ ン試 験 結 果の相 関 関 係 を も とに し ており， 特 定 地 域だけにつ い て有効な もの であ り，一
般 性の ある もの で は ない。
時々刻々と変化す る 屋外環境条件を取り込み，
オゾ ン劣化 を 評 価 し よ う と す る 試み （し た がっ て環 境 条 ＊ 東京工業 大 学 助 教 授・
’
J〔博 ＊ ＊ 大 韓住 宅公社 研究員・
工博 ＊＊ ＊ 干葉工業 大 学 教 授・
工博Assoc
，
Prof．
，
Tokyo 1nstitute of Technology，
Dr．
Eng．
Researcher
，
Tbe Korea Housing Corporation，
Dr．
Eng，
件さえ明らか であれば任意 地 点で の オ ゾン劣化を予測 し う る）， は筆 者らの知る範 囲で は皆 無である
。
2．
大気暴 露 試 験 2．
1 大 気 暴 露 環 境 ここ で の暴 露 試 験は大 気 中の オゾン による劣 化の みを 対 象と して い る。
建 築 用ゴ ム系 材 料の亀 裂 発生には，
オ ゾンの ほ かに紫 外 線 も影 響 を 及ぼす9）。
こ こ では大 気 中 の オ ゾン による劣 化の み を対 象と している た め，
紫 外 線 の影 響を除 去し，
オ ゾン の み が作 用す る環 境を作り出す 必要が あ る。
そ の た め，
写真一1
に示す よ う に，
日射．
雨水等を 遮 断 し 空 気の 流 通の み を 可能と し た，
周 囲 を ルー
バー
で取り囲ん だ 日陰空間を作成し， その中に試 験 片 を設 置し た。
な お，
試 験 期 間 中，
空 間 内のオ ゾン濃 度 お よ び材 料 温 度を 10分 間 隔で継 続 測 定した。
2．
2 試 料お よ び試 験 片 試 料は前 報1 ）まで と同 様，
屋 根 防 水 用 材 料とし て用い睦
嵯薑
』 L 』笆
写 真一
1 日陰空 間にお け る暴 露 試 験 状 況40
門
一
120
9
単 位 ：mm 図一
1 ダンベ ル状1号 形試 験片 表一
1 試 料の配 合比，
加 硫 度お よ び基 本物 性 ら れる ブチル／EPDM
ゴ ム シー
トで あ り， ブチ ル ゴ ム とEPDM
の配合 比 を 変えて，
オ ゾン に対する性 能に差 を設け た試 料 （IIRIEPDM
の配 合 比で 100／0，
80／20，
70／30 と略 記 〉と した。
な お， そ の加 硫 度は原 則とし て キュ ラス トメー
タ指 示 値で 100．
％ とし た が，
力 学 的 負 荷を受けてい る状 態で の材 料の オゾン劣 化に は，
力 学 的 性 質も強く関与す る た め， 試料 80／20 につ い て は モ デュ ラスを低下さ せ た丁
加 硫度が キュ ラス トメー
タ指 示 値で 25，
50 ％の試 料も追 加した。
試 料の配 合 比，
加 硫 度お よ び その基本物性を表一
1に示す。
な お， 試 験 片は欠 陥 発 生の 観 察 面 積 が 大 きい，
図一
1に示 すJIS
K
6301
に 規 定さ れ る ダンベ ル状 1号 形 試 験 片を使 用、
した。．
試 験 片 数は各 条 件 2個ずつ とし た。
2．
3
試 験 方 法 既rw1
°］で，
オゾン劣化には力 学的 負荷条件が 重 要であ り，
これ を 前 提 と し て耐オ ゾン性を 評価する必要が ある こと を指 摘し た が， こ こでの大 気暴露 試 験でもそれ らの 点 を考慮し，
定ひずみ負 荷 と定 応 力 負 荷につ い て検 討 し た。
その条件は，
前 者では伸 長 率 50， IOO，
200％の 3 段 階， 後 者につ い て は応 力5
， 10， 20kgf／cm2 の 3段 階 と し た。 試験状況 を 写真一
2に 示す。
定ひずみ試 験で は固 定 金 具に試験片 を取り付け， 所 定の ひずみ になるまで試 験 片 を伸 長した後 固 定し，
伸 長 状態．
を保っ た。 定 応力 試験で は試 験 片の上端 部を 固定し，
下段部に所 定の応 力値にな る よう あ らか じめ重量を測定し た お も りを懸 垂させ， そ の ま ま放 置し た。
試 験 片の観 察は1
日に 1回 行い， 10 倍の ルー
ペ を用い， 亀 裂 発 生の有 無， 破 断につ い て調べ た。
2．
4 暴露 場 所およ び期 間 大 気 暴 露 試 験は，横 浜 市 緑 区，
東 京工業 大 学 長 津 田キャ ンパ ス内の 9階 建て建 物の塔 屋 屋 上で あり，
1989年 7 月23
日 か ら1992
年 7月22 日までの 3年 間 行っ た。 工000曹
10D5020−
1005020曹
5D8020彈
257030曾
羮oo ブ チルゴム （IIR100 』 BOO80．
080．
O70．
0EPDM ゴ ム （EPDM ） o』 20
．
020．
O コD，
O30、
0ステア 1 ン ユ5 カ
ー
ボンブラ ク τoo ク レー
7D．
0．
パラフィン
オ イル 3D．
0．
同 左 酸化 亜 5．
0 同 左 同 左 同 左 硫 1．
5 ジー
ベ ンゾテ ア ジ ル・
ジサ ル フ7 イ ド 1．
2 配 合 材 料 基 本 物 性 跏一
ジメ チル・
ジ チ オ カー
パメー
ト 3．
5 Z冂一
ジー
π一
ブチル・
ジ チ オ カー
バメー
ト 10 亭ユ
ラ スト メー
一
に よ る 赤 瓢 100010DD5002501000 さロ
m 且．
o 1．
O 1．
D 1．
o1．
D さ kfcロ2u20125010 ＄．
0a3．
0L29．
o 破断時 瓢 550．
O515．
口 ∈75．
D788．
o479．
o さ HSJls a 63
、
055．
o59、
055，
065．
0 ンペ
ル3’
20ロ田、
500．
ス プ 1ング A’
写真一
2 定ひずみ，
定 応 力 負 荷 試 験状況一
一
3．
暴 露 期 間 中の環 境 条 件およ び 試 験結果 3．
1 オゾン濃 度と試 験 片 温 度 オ ゾン濃 度と試 験 片 温 度の 1日 の変化の一
例を図一2
に示 す。 左 側の図 は夏季の晴 天 日の 例であ る が，
オ ゾン濃度は細か く変動 し な がら昼にか け て上昇し， 夕方か ら 夜 間に かけて減少
す る。．
試 験 片 温 度 も， 日の出とと もに上昇 を 開始 し，・
昼に ピー
クを持ち夕 方に低 下 する。一
方，
曇 天日の場 合はオゾ ン濃 度，試 験 片 温度と も上昇せ ず， 終日低い値に とど まっ て いる。
も ち ろん，
これ らはその 日の環 境 状 態に よっ て異な る挙動
を 示す が， こ れ を1日 ごとの最 大 値 と最 小 値 につ い て整 理し，
図一3
に暴 露 期 間 3年 間の オ ゾン濃 度，
図一
4に 材料温度を示す。 オゾ ン濃 度の最 大値につ いて は，
季節の差が 明瞭 にみ られ てお り，
全体 的に は夏 季 に高 濃 度の 日 が頻 度 多く観測 さ れ ， 冬 季に は低 濃 度の日 が多く観 測され る。
最 小 値につ い て はかな り低い値であり， ま た， 年 間 を通 し て そ れ ほど 変わ ら ない。
試 験 片 温 度につ い て は，
最大 値，
最小 値 とも季 節の差が顕 著であ り， 全 体 的に夏 季に は高 温 側に，
冬 季に は 低 温 側に移 動す る。
20E 昼15ei 10 蝿 5 0 P SO 制20 屈 10 0 30 量20 自 蠧 魑10 036912151Sm 払 時036912151821 払 時 時 刻 時 刻 図一
2 横 浜 市 緑 区 長 津田に おけ る1日 の オ ゾン濃度，
試 験 片 温 度の観 測 値 07891011 亅2123455789 ゆ 11’
121234567891011121214567 月 ト 1gag− 19901− 199】一 ，992 年州 図一
3 横浜 市 緑 区長 津田にお け る3年間のオ ゾン濃度の観 測 値 3DP 臨20 10o 司o7891011T21 2345678910 匸匸t21234567891011121234567B ト 】9ε9− 1990− 1991− 199Z 年H 図一
4 横浜市緑区長 津田 に お け る3年間の試 験片温度の観測値P
ケ月 7 日 図一
5 定ひずみ負 荷下で の暴 露 試 験 結 果月 日 ケ
’
図一
モ 定 応 力 負 荷 下で の暴 露 試験 結果 3．
2 暴 露 試 験結果 図一
5に各 試料ごとの定ひ ずみ負 荷下で の，
図一
6に 定 応 力 負 荷 下で の，
亀 裂 発 生まで の 日数 と破 断ま での 日 数 を示 す。
定ひずみ負 荷 試 験で は，
EPDM ゴム の配 合 比が少な い試料では高 伸長率の場 合，
ユ週 間 未 満で亀裂 が発 生 するもの もあ る が，
全 般 的に EPDM ゴ ム の配 合 比が増 加す るに従い，
亀裂発 生，
破 断まで の 日数が長く’
な る。 また，
伸 長 率の影 響も明 瞭であり，
当 然なが ら伸 張 率が大き く な るに従っ て欠 陥 発 生ま での 日数 が 短く な る。
定 応 力 負 荷 試 験に つ い て も 同 様の傾 向が 見ら れ，EPDM
ゴム の配 合 比 が 大きい試 料ほど欠 陥 発 生ま で の 日数が長く なる。
さら に，
負 荷 応 力の大き さの影 響も顕 著で あり，
応力が高くな る に従っ て欠 陥 発 生ま で の 日数 は減少す る。4．
欠 陥発生ま で の 時 間の予 測 こ こ で は， 暴 露 期 間 中 観 測され た オ ゾ ン濃度と試 験 片 温 度 を利 用 して，
各 試 料の欠 陥 発 生 までの時 間の予測 を 試み る。
4．
1 欠 陥 発 生 時 間の計 算 方 法基 本 的に は前
vall
で示 し た オゾン濃 度， 温 度 が 同時に 変 動する環 境 下で のオ ゾン劣 化予測の考え方に 従う。
こ こ で そ の方 法 を再び簡 単に記す。
一
定オ ゾン濃 度， 温 度 環 境 下での オゾン劣化に よ る欠 陥発生まで の時間は，
t＝
10〔c／ T ＋MIXA− …・
・
・
…一 一 ……・
・
・
……
（ユ） こ こ に t：欠 陥 発 生 時 間，
時 間 （h） X ：オゾン濃 度，
pphmA ，C ，
D
：材料係数 丁：絶 対温度，K
と書き表すこと ができ る。
こ の式を書き改める と，
XA
10・・細 X 置＝ 1
’
鹽
’
7齟
’
’
’
”… ”齟
”… ”””…
（2 ） と な る。
こ の式は オゾン濃度X ，
温度 丁の状態 が 置時 間 続 く と欠 陥 が 発 生す ることを表す もの であ る。
任意に オ ゾン濃 度， 温度が変動する環境下に おいて も，
オ ゾン による劣 化の加 算 性が成 立す ることを仮 定し， 左辺 は一
定オ ゾン濃 度，
温 度 状 態が短い時 間 間 隔で変 化してい る と考え ると， 時 間 区 分tn
まで の総 和盞
1
轟
．。）×tl−
一 ・
……・
一 …一 ・
…・
（・） がちょうど 1になっ た時， 欠 陥が発 生す ることにな る。
n こ の時 点まで の経 過 時 間 Σ t‘が欠 陥 発 生 までの時 間 と ゼ＝
L な る。
実 際の計 算に おい ては，
各 試 料につ い てすで に前 報i） で得てい る，
表一
2，
表一
3に示す オ ゾン濃 度，
温 度の 同 時 作 用 時の 欠 陥 発 生までの時間 を表す数式 を用い，
ユ0 分 間隔ご とに実側され た オ ゾン濃度と試験 片温度を遂次 （3｝式に代入 し， その総和が ユ と な る まで の時間， す な わ ち欠 陥 発 生までの時 間 を求めた。
4，
2 計 算 結 果と暴 露 試 験 結 果との比 較 図一
7に定ひずみ負 荷 下で の亀 裂 発 生， 破 断 までの計 算によ る予 測日数と暴 露 試 験 結 果 を，
図一
8に定 応 力 負 荷 下で の予 測日数と暴 露 試 験 結 果 を示す。
各試料， 2個 の試 験 片の結 果で示さ れ て お り， 両 者は必 ずしも同じ時 に欠 陥が発 生 し てい る訳で はないが，
伸 長 率の増加と と もに亀 裂 発 生， 破 断ま で の 時間は減少し てい る。
計算に よ る欠 陥 発 生 予 測日数 も同 じ傾 向 を示して お り，一
部 暴 露試験結 果と 差の あ るもの も あ る が，
お お む ね両 者はよ い整合 性 を 見 せてい る。
また， 定 応 力 負 荷の場合につ い て であ る が，
応力の レ ベ ルが上 昇す るに従い，
暴 露 試 験で は欠陥発 生までの 日 数は短くな り，
計 算による予測日数も 同 じ傾向を 示 し，
一
一
表
一
2 定ひずみ負 荷 下での欠 陥 発 生ま での時間 を表す 数式 試 料 伸 張 率 亀 裂 発 生 破 断 ｛2．
禺．LO3ノτ一
5．
95） LO （1．
q川 93ノτ癌0．
1D m 50 髦 L＝
且，
42 x t＝
1．
u 駕 〔3．
22・103〆T−
7．
5の LO （O．
9捌 09〆T＋0．
L8 ｝ ヱD 100／0一
上DO100 覧 亡冨
1．
42 x 霍3
1，
n K （2，
鰰 LO3／T−
6，
6の LO 10（1．
55ゆユ03／T−
2、
ロδ） 200 害ζ
＝
1．
42 x t冨
1．
1L K 〔3．
58．EO9／T−
7．
7D LO 且0〔2．
5用 0／T−
4、
11） 50髦 覧書
！25’
x ti 1．
30 罵 （跚 3qO3 ／T−
9．
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5川 o曾 〆τ一
4．
6D lo 臼o／20−
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1．
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1．
ヨo 罵 5D瓢 （3、
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6．
8の 正o 〔LO2．
79qD3／T−
5．
39） 80／20幣
50LO 魄 ド 1．
03 x t易
1．
05 K 〔4．
03ウ［03〆ト 且12， lo 10〔2．
，9零103／T−
6D2） 200名 li lG 窩 叉 t罵
匸．
05 K 50髫 （4．
83噛［03〆T−
11．
9B｝ LD 10〔2」8零103／T−
3D9） 80／20−
25100 器 1書
1．
且2 x しi
l．
oo 罵 （2．
9川 03／T−
7．
50｝ 且o 〔2」8柵 3／r−
4．
D7） 10 200 翼・
t＝
1．
且2 x t＝
1，
00 罵 〔2．
9尉 Oき ノT−
5．
41＞ 且o 10（z．
4a＊LO9 ／τ一
3．
5 り 5眺 t書
0、
95 x L百
亅，
02 罵 ｛2．
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5．
43） LD （2．
4B・10ヨ ／T−
4．
3上》 hO 70βo−
1DO 且DO男 t書
0．
95 x しi
尼．
02 瓦 （4．
39川 3／T−
12．
L η LO （244 。103 ／T−
507 ＞ LO 200 銘 t≒
0．
95 x L囗
1．
02 属一
；欠 陥 が 発 生 しな かっ
た ため 数 式は得ら れ なかっ
た。
表一
3 定応 力 負 荷 下で の欠陥 発 生まで の時 閭 を表す 数 式 試 応 力 亀裂 発生 破 断 （2，
85qD3 ／T−
5．
1日） 且o 〔iO2．
15雫LO3／丁一
3．
5の 5k区f／c皿
2 吐雹
o、
81 泥 t＝
D、
85 工 （9．
9囲 03〆T−
10．
8Z｝ 且降 （2．
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3．
56 ｝ 10 LOO／0−
10010kkf 〆c陥
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0、
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0．
呂5 x （283ウ且03〆T−
7．
59， P （1D 2．
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4．
47， ZOkzf／c隨
2t旨
0、
81 x t＝
o，
85 x 5kzf／c囗2 （3．
5L，lo3／T−
7．
98， 且o （正o2．
跚蛙03／丁一
ヨ．
9D 日0／20−
10010kzf ／ごロ2t署
1．
14 麗 霍＝
1．
DO x 〔ヨ．
51柵 3〆τ一
8．
鋤 P （1．
且臼零LO 亨／↑−
3．
24［ 田 ZOk匹f／。障2ti ユ．
14 罵 重＝
且．
oo 澱 5k匡f〆c巴
2 〔40 姻 03／丁一
IP．
9の 且D LO （2．
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5．
85） 80／20−
50lo ヒgr！c面
2［
匚
0．
81 π L＝
1．
05 ス 〔1．
04胡03／丁一
1⊥．
4ω LD （2．
6 川 03／T−
5．
5P LO 20kgf／c団
2 しi
3．
81 其 L冨
0、
ao 罵 〔ヨ．
鋤 103／丁一
1．
13｝ 10 （10 2．
L隣10／T−
2、
59） 5ヒgf／c国
2 し＝
1，
05 K し＝
092 K 【3．
3 斜 09／T−
8．
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4．
4 η 30／20−
2510kgr ／c鬮2t＝
1、
05 κ 【匸
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9．
57） lo 〔3ユ7，IG9か一
8．
1ω 10 20kgfん鬮2t冨
1．
05 x t冨
口．
92 X 』k呂r／c囗2 70／30鬯
LOO ｛4．
mlO3 ／T−
9．
33〕 LO 霍冨
〔2．
38・103／1−
352｝ 10 10kgr 〆c 瓜2 o，
95K．
L旨
1．
DO x ｛4．
U．103／丁一
IO、
9帥己
loL （10 z．
38qD3／T−
4．
5D 20跳gr〆巳
日
2 o，
95K L宅
且．
DOへ
瓦 ：欠 隔が 発生し な かっ
たため数 式は碍 ら れな かっ
た。
この場合も両 者は比 較 的よい整 合 性 を 示し てい る。
5．
屋 外 暴 露 試 験とオソ ン試 験 と の関 係 5，
1 相 当環 境オ ゾン濃度 屋外で の変 動す る オ ゾン濃 度 が オ ゾン劣化に与え る影 響の理 解を容易に す る た め， 変動す る オゾン環境での 劣 化と等 価と な る一
定の オ ゾン濃度と し て定義 さ れ る，
相当環境オゾン濃度を 試算す る。
前報i） で も述べ た よ う
1
こ，屋
外環境の よ うにオゾン濃 度 と 温 度が同 時に変 動 する場 合に は，
100！0冒
100 寉097 100Q 口纛
10° 装 10 gono−
10080120−
50 80120▼
2570130−
100 。脳
ll
’・・熱
。響
5D 100 200 50 100 20050 100 20050 100 200駒 100 200 仲 長 率、
％ 図一
ア 定ひず み負 荷 下で の計 算によ る欠 陥発 生予測 日数と暴 露 試 験 結 果との比．
較 どちらか一
方 を固 定 しな け れ ば他 方を 決め る こと がで き ず，
こ こ で は試 験 片 温 度 を その平 均値で表すこと と し，
柑 当 環 境オゾン濃 度を求 め た。
ま た欠 陥と し て は試験片 破 断ま での 日数と し た。
こ れ は亀裂発 生の観 察 に比べ て主 観が入 りに く く，
デー
タ と して の信頼性が高い た めであ る。
相 当 環 境オゾン濃度 （
X
，q。）の計 算は，
既 報 川 で示 し た次式によっ た。
X
：qv−
1°E
’；
Ilfrf
／ Tave＋
Dl…・
・
……・
……・
……・
…・
・
．
・
（・〉昂
ま た，
温 度は試 験 片の暴 露 期 間3 年間の平 均 値 15．
7℃ を代入 し た。 得られた結 果 を表一
4に示す。
暴露し た試 験 片が各 条 件 2個 ずつであり， 破 断 までの 日数が必 ずし も同一
で な かっ た ため，
相 当 環 境オ ゾン濃 度は 2つ 得ら れ，
両 計 算 結 果の範 囲で示した。
も ち ろ ん， 試料に よっ一 13 一
て オゾン に対す る影 響の程 度 が 異な る た め
，
その値に は差が あ る が， お お むね数pphm
程 度の 範 囲であっ た。 こ こ で注 意すべ きは，
相 当 環 境 オゾン濃度が材 料により， または負 荷の程 度に よっ て異な る点である。 こ の こ と はオ ゾンの影 響が単 純な平 均 値， 例え ば平 均オ ゾン濃 度 と い っ た 量で は評 価が不 可 能であ り，
相 当 環 境オ ゾン濃度で の評 価の必 要 性を意 味す る もの であ る。5．
2
屋外暴露 と 等 価と な る オ ゾン試 験の 条件 こ こでさらに，
亀 裂 発 生 まで の時 間と等 価と な る オ ゾン試 験 条 件につ い て考 察す る。 ほと ん どのオゾン試 験で は試験 時 間の 短 縮 化 を図る ため，
高濃度，
高 温 度で試 験が な さ れて おり，
そ の 関 係 を知ることは試 験 条 件の 持っ意 味を明 らか にす る点で重 要だか ら であ る。 比 較 する オ ゾン試 験 条 件と し て は，
日本工業規格中の オゾン 試 験条件12）−
14） あ るい はISO
規 10010曹
100 TO97 竃000 山纛
100 皿 睡 10 1097 団 1000ド
滋 100 鯉 10 80／20−
10080 ／20−
50 80t2e−
2570 ／30−
100 510 20510 20510 20510 20510 20 応 力、
kgficm2 図一
8 定応 力負 荷 下での計 算による欠 陥 発 生 予 測日数 と暴 露 試 験 結 果 との比 較 衷一
4 計 算によ り 求 め た 椙 当 環境オ ゾン濃度 （試 験片平 均 温 度 15，
7℃ とし て破 断につ い て計 算 ） 定ひ ず み負荷 定 応 力 負 荷 lOO ／D−
10080 ／20−
10080 ／20−
5080 ／20−
2570 ／30−
100 5kgf／cm21．
5〜
3．
7pphm 3．
7〜
6．
lpph皿 10Kgf／cm23．
4〜
‘．
12．
6〜
3．
5pph皿 3．
窓〜
3．
9pph国 1．
8〜
3．
42．
3〜
2．
4pph団 20kgf／c皿22．
8〜
3．
o4．
3〜
4．
41．
3〜
2．
o2．
8〜
3．
15．
5〜
7．
7一
：欠 陥 が 生 じな かっ
たため 求 め られな か った。
格15．
）ptlの オ ゾン試験 条件の中か ら頻繁に使用 され る3条 件，
試 験 温 度40℃ で オ ゾン濃度25，50，75pphm
を選 ん だ。
各 条 件下で屋外暴露で の破断 まで の時間 と等 価と なるオ ゾン試 験 時 間 を 計 算 し， 表一
5と表一6
に 示す。 当 然，
等 価 と なる時 間は試料により，
あるい は負荷 条件 表一
5 計算に よ り求め た屋外で の破断まで の時 間 と等価とな る オ ゾン試 験時間 （定ひずみ負荷につ いて） オ ゾン試 験の条 件 試 料 伸 長 率 25pph仭 50ppb励 75pphm 40℃ 40℃ 40℃ 50覧 94，
4 時 間 43．
8時 間 27，
9時 間 工α0／0−
100 正OO 49．
4 22．
9 14．
6 200 2Z，
4 10．
4 5，
5 50瓢 1go，
4 時 間 77．
塒 問 45．
6時 間 80／ZO−
IOO100 50，
2 24．
4 14．
4 zoo 5，
2 2．
1 1．
3 50瓢｝
『
『
80／20−
5D100 H2．
5時 間 54．
4時 間 35．
5時 間 200 25，
4 L2．
8 6．
3 50鴇一
一
一
呂0／20−
25100202．
2時 間 93．
o時 間 59，
1時 間 20¢ 21．
2 9、
7 6．
Z 50瓢 89B．
τ時 間 443．
2時 間 293、
L時 間 70／30−
100100152，
5 『5．
3 49．
3 200 19，
8 9．
7 6，
4一
：数式が得ら れ て い な い た め求め ら れ な か ったロ
により異な る が，
屋外暴 露と オゾン試験の関 係につい て 考察す る。 定ひずみ負荷の場合，
図一5
の定ひずみ負 荷 下で の暴 露 試 験 で ， 暴 露 期 間 3年 以 内に破 断 した試料の 計算上等 価と なる試 験 時 間は， オ ゾン 濃 度 25pphm の 試験 条件下でも200時間以 内であっ た。
定応力負 荷の場 衷一
6 計算に よ り求 めた屋 外で の破 断 まで の時 間と等 価 とな る オゾン試 験 時 間 （定 応 力負 荷にっ いて〉 オ ゾン試 験の条 件 試 料 応 力 25pph面 50PPhm τ5ppb皿 40℃ 40 ℃ 40 ℃ 5kgf／cm21 胴，
1時 間 τ4．
4時 間 52．
了時 間 ωo ／o−
IGO10 窪7．
2 2G．
6 14．
．
6 20 17，
4 9．
6 5．
8 5Kgf／c 囮2一
一
一
80 〆2D−
100lo 195，
0 時 間 98．
o 時 間 65．
3 時 間 20 23，
2 n．
6 丁．
7 5k塞f ／cm2一
『
一
80／20−
5010 聞．
1時 間 20．
8時 間 15．
0時 間 20 7，
9 4．
5 3．
3 5kgf／c皿2675，
0時 間 35了．
3時 間 246．
0時間 80／20−
2510 15，
0 8．
．
5 5．
8 20 5，
5 2．
9 z．
o 5kBf ／c皿2『
『
『
70〆30−
10010 481．
1時間 240⊇6時 間 160，
4時 間 20 39．
119．
6 L3．
o・
一
：数 式が得ら れ てい ないた め求 め られな かっ
た。
一
一
合 も
，
図一
6の定応 力 負 荷 下での暴 露試験 結果と比 較 し な が ら考 察す る と，
暴 露 試 験で 3 年以内に破 断 し た試 料 の計 算上等 価となう
試 験時間は，
オゾ ン濃 度 25pphm の試 験 条 件でも700時 間 以 内であっ た。 し た がっ て， 高 濃 度で試 験 を行 う場 合，
特に建築用ゴ ム系 材 料のオ ゾン 試 験で多用さ れ る 75pphm の オ ゾン濃 度の 試 験 を例に 取る と，
表一
5， 表一6
に示す計算 時 間よ り判 断して，
300時 間 程 度 試 験 を行えば，
暴 露期間3年 以 内で破 断す る か どうか， という予 測に は十分であ る といえ る。
しか し，
それを超え や範 囲につ いて は基本的に は本 研 究で示 し た考え方 で 推 定が可 能と考え られ る が，
現 段 階で は確 認 して いない。6．
結 論 建築 用ゴム系 材 料のオ ゾン劣 化を予 測す る手 法に より 屋 外 暴 露で の欠 陥 発 生までの時 間 を計 算し， その適 用 性 を検 討し た本研究で得ら れ た結 論は以 下の と おりで あ る。 （1） 屋 外 暴 露 期 間中測 定し た オゾン濃 度と試 験 片 温 度 を，
欠陥発 生時間を表す数 式に代入 して得た，
欠 陥 発 生 予 測 日数は暴 露試験 結果とほ ぼ近く， 本報ま で で示し た 考え方に よ り， オゾンによ る劣 化 をほぼ定 量 的に取り扱 うこと が可 能である。
（2 ） さ らに大 気 暴 露 試 験とオゾン試 験 条 件との関 係を 定 量 的に結 び付 けること を 可 能と し，
試 験 条 件の位 置付 けを明ら か に し た。
な お，
こ こまで行っ た議 論は すべ て負 荷 状 態が静 的 状 態の現 象につ い て で ある。 これ が繰 返し負荷を受ける場 合には，
欠 陥 発 生まで の時 間が短縮 化さ れ る。
し たがっ て， 動 的状態下での劣 化は本研究の 範 囲外であ り，
今 後 の課 題である。 参考 文 献 1） 田 中 享二，
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