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建築防水用加硫ゴムシートのオゾン試験における濃度と温度の複合効果

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(1)

1

論   文

1

UDC :699

82 :691

17

    日本 建 築 学会 構 造 系 論 文 報 告 桑 第 41]号

1990 年 5 月

Journal of  Struct

 Constr

 Engng

 AIJ

 No

411

 May

1990

建 築 防 水 用 加 硫

オ ゾ

試験

け る

       濃 度

温 度

複 合 効 果

SIMULTANEOUS

 

EFFECT

 

OF

 

OZONE

 

CONCENTRATION

 

AND

TEMPERATURE

 

IN

 

AN

 

OZONE

 

TEST

 

OF

 

RUBBER

 

SHEETS

    田 中 享

二 *

, 宋   炳 昌

* *

,小 池 迪 夫

* * *

κ

yo

TAIVAKA

, 

BNttng

 chang  

SONG

 and  

Michio

 

KOIKE

 The simultaneous  effect  of ozone  concentration  and  temperature  in an ozone  test of rubber sheets  

for

 roof

membranes  wele  estimated  

in

 this study

 

The

 ozone  tests with  

five

 

levels

 of ozone concentratlon  from 10 PPhm to 200 PPhm were  

first

 carried  out at 40

°

C

 to 

know

 the effect  of ozone concentration

 

The

 times to cracking  or rupturing  

became

 shorter  according  to 

increase

 of 

lozone

concentration

 

This

 relation  can 

be

 expressed  

by

 the 

following

 equation

    t; 10BIXA

where  t 

is

 time to cracking  or rupturing hrs

 

X

 is ozone  concentration (pphm

4

 and

βare material  consta 皿ts 

depending

 upon  

kinds

ρ

f

 rubber sheets

 Next

 the Gzone  tests at three ambient  temperatures  such  as 

40,60

 and  

80

℃ were  performed to estimate  the effect  of temperature to ozone  

degradation

 It was 皿ade  clear  that the same  effect as

ozone  concentration  was  observed  

in

 these tests and a rise 

in

 temperature  accelerated  oz6ne  

degra.

dation

 

And

 an following eqllations including both parameters

 ozone  concentration  and  tempera

ture was  

formulated

 

from

 these tests results  obtained

   置

10〔c / T+MIXA ,

where  

T

 iゴabsolute  temperature (K )

 

X

 is ozone  concentration (pphm )

 and

4

 

C

 and  1) are material  CQnStantS

 Finally

 the environmentai  cohdition  in the ozQne  test prescribed 

in

 

Japanese

 

Industrial

 

Stan・

dards

 

for

 rubber  sheets  was  estimated  

by

 comparison  

between

 the 

degradations

 calculated  

by

 the

test condition  and  outdoor  condition

 

KegIvords

Ozone

 test

 

Oh

・ne concentration

 

TemPerature

 Rubber

(}

acking  

1.

まえがき  加 硫 ゴム は

大 気 中のオゾ ン に よっ て劣化 する

特に ひずみ を生じてい る状 態下で は特に著 し く

亀 裂が発 生 し

やがて破 損し その機 能 を 失 うこともある。 そのため 性能 評価 試 験の ひ とつ と し て オゾン試 験がな さ れ る

し か し

現 状の試 験 法 等1 )

‘) 限り その条 件が どの よ うな意 味を持ち

どの程度の耐久性能を調べ よ う と し て い るのか が明 解と はい え ない

特に建 築 材 料の よ うに 幅 広い環境条 件 下で使用さ れ場合

オ ゾン試 験と実 際 の劣化と の結び付き につ いて は ほ と んど 明らかに されて いない とい え る

も ち ろ ん

試 験 条 件と実 環 境 条 件 と を 関連 付 け るの は簡 単で はないが, こ の関係を 明確に し な い限り

耐 久 性試験法と しての オゾン試 験 を正 当に位 置 付けて機能さ せ る ことは難し い。 これ らを関連付け

理 解す る た めに は

まず 環境条件を構 成す る各 因子の定 量 的 評 価が基 礎と な る

 オ ゾ ン劣 化に影 響を及ぼす環 境 因 子は 多 岐に わ た る が

最 も基 本と な るの はオゾン濃 度と環 境 温 度で あ る。 し たがっ て両 者を定量的に評 価す る必要が あ る

ところ で

オ ゾンが作 用す る と き は

材 料自身も 必ず何 ら かの 温度に なっ てい る はずで あ り, 両者は不可分の関係に あ る

し たが っ てオ ゾンと 温度は切 り離すことがで きず 両 者 を 同 時に評 価し な けれ ば な ら ない

 本 研 究では建 築 材 料 とし ての実 用 性 能

す な わち, 亀 裂の発 生と破 断につ い て

オゾン濃 度と温 度の同 時 作 用 下で の複 合 効 果を定 量 的に評 価する方 法につ い て考 察す る こと を 目的 とす る

 ゴム のオゾン劣 化に及ぼ す環 境 条 件につ い ての研究は  * 柬 京業 大 学業 材 料 研 究 所 * * 東 京業 大 学   大 学 院

東 京業 大 学工 業 材 料 研 究 所 助 教 授

工 博 教 授

工 博

Associate PrQf

 of TokyQ  Instiヒute  of Technology

 Dr

 Eng

GraduaLe Suden 吐of Tokyo Institute of Technoiogy

(2)

歴史が古く

例えばオゾン濃 度の影 響にっ い て は

,M .

Braden5}亀 裂成 長 速 度 を 中 心

ま たT

 Meyna

rdG} が亀 裂の発 生す る時 間を中心に, オ ゾン濃度と の関 係を調べ

濃度が高く なる に従っ て劣化が早く な ること を指 摘して いる。 建築 用の高 分 子 防水材料につ い て は加 藤ら7 )

sレい る

さ ら にこ の関 係の 数 式 化は

Yu .

 

S .

 

Zuev9

,に よ り亀 裂 成 長 速 度

破 断 時 間 に関して 高野10) よ り亀 裂 発 生 時 間に関して各々試み ら れ ており, いずれもその対 数 値はオゾン濃 度の対 数 値 と直線 関 係にあると述べ て い る

 温度の影響につ い ては 温 度 が 高 く な るに従っ てオゾン 劣化は早め ら れ るこ と を

M .Braden5

} , 

A .

 

Hartmannii

} は

亀裂成長 速度を中心 に明ら か に し た

ま た亀 裂 発 生 時 間お よ び 亀裂の 生 状 況に っ い て も

G .R .

 

Cuthbert・

son ’z)傾 向が あ る とい る

さ らに同 様の 傾向を

Yu .

 

S ,

 

Zuev

)3)も報告し ている

し か し温度は

すべ て の ゴ ム に対して オ ゾン劣化 促進の効果を も た ら す もの で は な い こ とをT

Meynard は先の論 文6 )で指 摘し てお り

特に亀 裂 防 止 剤が添加さ れて いるゴ ム では逆に 遅く なるという実 験 結 果も提示 してい る。 温度の影 響の 定 量 的 評 価にっ い て は A

N .

 

Genti4

15 レが亀裂 成 長 速 度 につ い て測 定 温 度と結 晶 化 温 度の両 者の 関数 とし て表 現 す る 数式を提 案してい る

 これらの研 究の く はい ずれも実験室 内のら れ た条 件で の みでな さ れ た も ので建築材料と し て 必要と さ れ る 条 件が意識 さ れ た もの で は ない

その た め 実 用的な 観点 か ら オ ゾン劣 化試験を 理解し よ う と す る と

その ま ま利 用 する の は難しい こと が多い。 ま た オゾン濃度と温度の 複 合 効 果につ い ては定量的 研 究が少な く

そ れ ほ ど 明 ら か になっ て いない の が現 状であ る。 表

1 試 料お よ びそ の基 本物 性 酬 100/080 /2070 /3050 /50 ブ チ ル ゴム (IIR 》 loo 80 70 50 エチ レンプロピ レンタ

ジェ ンモノ マ

【EPDM 》 0 20 30 50 酸 化亜鉛

5 配 ス テ ア リン酸 1 HAF カ

ポンブ ラック 60 同 同 同 タ ル ク 40 合 パ ラ フィ ン系オイル 30 加 硫促進剤 (TMTD ) 1 左 左 左 加暁 促進 剤 (MBT ) o

5 韻 L5 基 厚 さ      隠 1

11

1LO 支

1 本 弓襁 強度         掴2 蓋21109139104 物 破 断 時 伸 び       竃 492515550522 性 引裂強 度        /  2 31 29 36 29 硬さ 54 52 57 舅 引張:ンベル3号形 (標点間 距離:2  )  引裂:B 引 張り逮度50  /分 硬度:スプリング式A形 図

1 試 験 片  2

試 料お よび 試 験片  試 料は建 築 防 水シ

トと して用い られ る試 作の

ブチル

EPDM

ゴ ム であ る。 オ ゾン試 験の意 味を考え る とい う 見地か らは

耐オ ゾン性の す ぐ れ る ものか ら劣る もの ま で の幅 広い性 質試 料につ いて討 するこ と が望ま し く

本研究で は耐オゾン性に差を設け た

4

種類のゴム シ

トを 試作し た

段 階 付 け は

オ ゾン化 を 生 じ や す い ブチル ゴム (以 下

IIR

と略 記〉と オゾンに強い性 質 を持つ 土 チレ ンプロ ピレンジエ ンモ ノマ

EPDM

と 略 記)の配 合 比を変 化さ せ る方 法に よっ た。 予 備 試 験で, 劣 化に差 を 生じさ せ る の に適 当な混 合 比 を調べ

1 の よ うに配 合を決定し た。 ま た同表に は引張り試 験

硬 さ試 験によ り求め 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 定す る ダン ベ ル 1 号形を使 用し た

ダンベ ル 1号 形 試 験 片を使用 し た の は

ダン ベ ル 試 験 片の中で最も観 察し う る 面 積 が広い ためで ある

 

3.

試 験 条 件およ び試 験 方 法   (1) 環 境 条 件   環 境 条 件 を構 成 する基 本 因子はオ ゾン濃 度と温 度であ り, こ こで は両 者 を変 数とした試 験 を行っ た。   (a オ ゾ ン濃 度だ けを変え た試 験  オ ゾン濃 度は

10

25,50,100,200pphm

5

段 階と                  し た

建築用ゴム材料の試験濃       度 の 多 く は 50pphm

100                  pphlnで な さ

れ る が こ こ で は       濃 度によ る促 進 効 果 を 調べ る目       的で

よ り低 濃 度か ら高 濃 度の       範 囲も含めた。 試 験 温 度は通 常       の オ ゾン試 験で採 用さ れて い る       40℃ に 固定 し た

ま た試 験 時                  間 は

1500 時間 ま で と し た

                   (

b

) オゾン濃度と 温度を変       えた試 験                    試験温度 は40

,60,80

℃ の                  3段 階と し た。 低 温 側の試験 も       場 合に よっ て は必要であるが

      こ こ で は試 験 装 置の関 係で劣 化       促 進 側の高 温 側 主 体と し た. な       お オゾ ン濃 度 は 50

100

200       pphm の

3

段 階 と し

両 者の組

一 2

(3)

み合わせすべにつ い て試験を実施した。 試験 時 間は温 度が上 昇する と劣化が促 進さ れ る ため

そ れ ほ どの長 時 間 を 必 要 とし ないと考え ら れ た た め,

168

時 間まで とし た

  (

2

) 力学的負 荷 条 件

 

現 行の規 格

me1

4)

16)

Z°}通 常 使 用 さ 状 態とし た。 ひずみ は標点間 距 離40mm に対 し

20

,50,

100 %の伸 張 率と し た。 表

2 亀裂判 定表 (

JIS

 K6301) 鞴 亀 裂の 大 き さ及 び深さ A :亀裂 少数 1 :肉眼で は見えないが1D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 :亀裂が深 くて 比較的大 きいもの (

1

  未 満 ) 4 :亀裂が深くて 大きい もの (1  以 上3團床 満)

5

3

 似 上の亀裂又は切断 を起こ しそうな もの  

4.

試 験方法

 

(1 > 試駿手 順

 

ダンベ ル試 験片

2

枚 ずつ を ホル ダ

に取り付け

所 定 の ひずみまで伸張 し

20℃ 恒温室内に 24 時間 放 置 後 所 定の オ ゾン

温度に調節さ れ た オゾン槽 内に暴 露し た。   (2 ) 試験 片の観察およ び評 価   試 験 片の観 察は

最 初の 8時 間までは1時 間ご と

そ の後 24時 間 まで は2時 間ごと

その後は 1日に数回 10       倍の ル

ペ を 用 い て欠陥の       無

亀裂が発生 し た場 合は その               状態を観察 し た

欠 陥の評価は               表

2に示す

JIS

 K 6301 (加 硫                ゴム の理 試 験 法)の亀 裂 判 定       法に準 拠 した。       5

試 験 結 果        オゾン濃 度だけ を変え た試 験        の結 果 を 図

一2

オ ゾン濃 度 図

2 オゾン濃度 だ け を変え た試 験の果       〔図中A1

 B 1は亀 裂の判 定 結 果 を示す。) と温 度を変え た試 験果を図

3示 す

 (1) 欠 陥 発生の傾 向   両 試 験とも試 験 開 始 後

試 験 片 表 面に微 細な亀 裂が発 生 し た。 暴 露 時 間の進 行と と もに

試 料に より多 少差 は あ る もの の

内 部 深く進 行しい くつかの 試 験 片では完全に破 断し た

  (

2

) 亀 裂 発 生 状 況の試 料に

       よる差   試 験 作 成 時に考 慮 し た よう に

ブチル ゴムと

EPDM

の配 合 比は 耐オ ゾン性に大き な影 響 を 与え る。

般に EPDM の 配 合 比 増 加に伴い

耐オ ゾン性 は向 上する傾 向が見ら れ 特に

EPDM

をブチル ゴム と等 量 配 合し た試料で は

その抵 抗 性 が

著しく上 し て い た

ま た写真

1示 す配 合 比 て亀 裂の発 生 状 況に は差が あ り

ブ チルだ けの試料で は

試 料 面全面に亀裂が 発生 し, それ が 深 く なっ て行 くの に対 し

EPDM

を加え た試 料で は亀 裂 の発生 数がな く な る傾 向を示 し た

EPDM

配 合 量 が 多く

な るに 従っ て その 傾 向は顕 著と なっ た。

3

(4)

試 料 伸長率   % オゾγ 漉度 温 度        試 験 時間

hrs

C lQO       I 60    =  :二 5080     =  

 

_

60   

20loo80  

一畠

6Q   

−『

20080OQ   

露 5080  

9,

F一

ミ 09 6◎ 50 ゆo8060   8060  

5080

60 IooIoogo       凡例

。 6Q20080605090        

一■

60 20loo80    

60      

_

 

_

_

:;ニ

ー一

= :   80    

−’

60   

一凾一

5080  

_

60 

−’

9W

丶 Ooo5 ◎ 1◎oeo  

60 

2008060

5080

601 looloo80602008060 黔 8060 20100 緲 80       二 ニ 

;; 6080       二::

_

二 二; 二;:

_

_

 

_

_

60       :::

_一_

_

_一

5D80    

冖_一

60   

−一

_

Qn 丶 O 卜 50 【oo80    

60   

−.

20080605080

60 loo1 ◎o8060 脚 8060508060 20Ioo8060 2008060508060 00 丶 O の 50Ioo8060   8060508060 1◎

oloo80

鰤 6080 図

3 オゾン濃度と温度と を変え た試験の       〔図中Al

 B1 は亀裂の判定結果 を  

6.

結 果の検 討   (1 ) オゾン濃 度の影 響   図

4に各 試 料における オゾン濃 度と亀裂 発 生 時 間と の関 係 を 示 す

すべ て の試 料につ い て

オゾン濃 度が高 IIR/EPD岡

 工00/

0

       

80

20

       ア0/30        写 真

一1

 各試料の代表的な亀裂例 t500 脚 loo 1     −

諠 酸 試 料 ゆ◎!o   pa

o 試 験 緒 果  

一・

肝 算 値

伸 長 率 20Z

 

こ\      

\ so「  

100x  こ\ 50/5D 和 十

SQX50 ]eO竃 試験片2個で亀裂発生時剛踟『司

でない こと を 示 す

g

見 や す く す る たO点 を 打

て あ る

20% 50匿  亀 裂 発 生せず。 K)      25    50    ゆO OOO to     25    50  PCD 200           オ ゾソ濃 度

ρ

Phm

    図

一4

亀 裂 発 生 時 間 とオゾン濃 度 と係 く な る に従っ て亀裂発 生 時 間は早く な る傾 向に ある

亀 裂発生時 間には多少ばらつ きが ある が 両 者の対 数 値に は ほ ぼ直線 的な関 係が見 られ る

5に は 破断まで の時間と オゾン濃 度と の関係を示す

試料

50

50

につ い て は試 験 時 間 1500 時 間まで の範 囲で は 欠 陥 を生 じ な かっ た が

その ほ かの試 料につ い ては亀裂発 生時間の場 合と同様

オ ゾン濃 度が高く な る に従っ て破断ま での時 間が早く なっ た

これ らの こ と は オ ゾン試 験におい て濃 度を高める ことは欠陥発 生 を早める す な わ ち促 進の効 果をも た ら す と考え られ る

  (2) 温 度の影 響  図

6に

各オ ゾン濃 度 ごとに亀 裂 発 生 時 間 と 試 験 温 度との関係を実線で

断時問と 温度との係 を破 線で 示す

すべての試 料につ い て温 度 上 昇は

亀 裂の発 生

破断を早め る

た だ し その影 響は高 温になる ほ どゆるや か に な る も の が多い

ゴム のオ ゾン劣 化は基 本 的に は化 学的現象で あり

温 ほど劣化は促 進さ れ ると考え た が, 本 試 験では必 ずし も そ う な ら な かっ た

この理由は次の 2点が考えられ る。

4

(5)

 ひ とっ は

T

 Meynard の論 文6) ら れ る よ うに

ゴム中に混 合さ れ た配 合 成 分

パ ラフ ィン系才イ ル等の拡 散

移 動が促 進さ れ表層 近 くに保 護 的な層が形

謳 ゆ    25   50  ゆO rOOゆ   25   50  100  200       オ ゾ

濃 度

PPhm

    図

一5

 破 断時 間 とオゾン濃度との関 係 成され た た め と推 定さ れ る

い ま ひ とつ は温 度 上 昇に伴 う力 学 的 負 荷の 内 容の変 化である

こ こ で のオ ゾン試 験 では試料が伸張 さ れ た定ひずみ負 荷 状 態にあ る

。一

方 材 料 自身は性 的 性を持っ てい る

そ の ため応 力は時 間とと もに減 少す る

その低 下の程 度は温 度に依 存する

 その影 響を調べ る た めに 100 %伸 張の場 合の応 力 緩 和を測定し た

測 定はオ ゾン試 験の順と まっ た く同 様 と し

20℃ 環境下で試 料 を伸 張し

応 力 変 化 を24時 間 測 定し た

その 後 直ちに 40

60

80DC の温度に調 節さ れ た恒 温 槽 内(こ の測 定で はオ ゾン を作 用させ て い な い) に

試 験 片部分の みを挿入し

168時 間継 続 し て測 定し た

し た がっ て ひずみ負 荷か らは 192時 間の測 定 時 間と なる

  測 定 結 果 を 図

7に示 す。 オゾン試 験に おける 24時 間の前 置き時 間に相 当する間にも応

は低 下するが

途 中で高 温 環 境にすると 急激に低 下す る。 こ の 測定で特に 顕 著なこと は

40℃ よ び

60

℃ の応 力変化に 比べ

80

℃ の応 力低下が大きい こ とで あ る

す な わ ちひずみ は同 じであっ て も 生 じてい る応力が減少して い る ため

負荷エ ネル ギ

の観 点か ら は む し ろ小さ く「

4

い わば 材 料にとっ て は楽にな ると 考え ら れ

し たがっ て

オゾ ン劣 化はそ れ ほ ど促 進さ れ な かっ た と推 察され る

  (

3

)伸 張 率の影 響 680Q 「o  I 5◎P帥m      IOα り          伸

長串 …

_

_

艶 ミ、 ・

9

      

°

       100×    20窕    50%   100匿 丶

50 団)rm    8Q/20  

    

       丶         20Z

異 .

   100z 50叩hm     70!30          臨

r、

 

   100匿 50pphm    5α60        欠焔 発 生せず  

“破 断

   

    一

  Q

− 一一

亀 裂 発 生

・。。脚

 

鞨 丶

   

一’

…一

黙 隔

lo

   

丶       噺

°

      100Z         2oz 鯉     

o%    I loo%   1   I 1aK ) 100pphm

8(Y20  

冓丶   20X       5a累   soz

丶鹽

 

: 、

、。 丶

繿

100Z 100x          tOOpbhrn   5Q!50

N

 

焔 酬

 100X        温 度 ,℃ 図

6 亀 裂 発 生

破 断 時 間と温 度との

5

(6)

 図

8に亀 裂 発 生

破 断まで の時 間と伸 張 率との関 係 を示 す。 すべ ての 試 料につ い て伸 張 率の増 加に伴い亀 裂 発 生は早く なる傾 向 を示 してい る

ところ で亀 裂 発 生に は

定の伸 張 率を越えな いと起こ ら な い とする臨界ひ ずみや

,一

定の応 力レ ベ ル を越え ない と起こ ら ない とす る臨 界 応 力 レベ ルが あり

そ れ を越える と亀 裂が生 ず るZl)とい わ れ て いる が, こ の観 点から判 断 すれば, こ こ 气

硬 1 伸 長 率 ゆ0%の場 合 1 ゆ 匐 ℃

  

1

      1

60 5

1

オ ゾ ン暴 露 開始時艦組 ゆQ灯 01     20℃

         ,

        

1

         ,

  1 ま)℃

      ,

80

        ,

7◎!30 o 20冗 1 60

1

go O

        .

50!5◎   I           Io  24    K)o tg2       時 間

hrs 図

7 各温度下での応 力緩和 測定結  

O

            I

踵 盤 崟 戀

f

での測定はい ずれもその限度 を越えた力 学 的 負 荷 状 態で あっ た と考え られ る

 また破 断まで の時 間と伸張率との 係につ い て も同様 の傾 向が見ら れ, 伸張率の増加に伴い早く なる

これ は も と も と亀裂発 生が早い う え に, さ らに亀 裂の成 長 速 度 も早め ら れ る か らである

 

7.

欠 陥 発 生 時 間の数式 化  オゾン験に お け る亀裂発 生, お よび破 断 時闘は前節 まで で示し た よ うに

オゾン濃 度

温 度といっ た環境負 荷 条件と力学 的負荷条件の影響を強く受 ける。 こ

の中で 前者は主に自然, 人工両気象に 起因す る も のであ り

材 料 使 用 者 側か らは制 御しに くい条件で あ る

。一

方 後 者は ある程 度, 設 計, 施工の段 階で予測, 制御し う る。

し た がっ て耐 久 性の観 点か らは前 者 が 重要と考え ら れ, ここ

で は環 境 負 荷 条 件に よる欠 陥 発 生 時 間の数 式 化 を試み る

  (1 ) オゾ ン濃 度だけ を考 慮し た場 合  亀裂の

破断のいずれもまず オゾン濃 度の影 響 を 受ける

その 関 係 は

欠 陥 発生時 間とオゾン濃度を表し た図

4, 図

一5

に示す ように

それ ぞ れの対 数 値はほ ぼ直線 関係を持つ 。 し た がっ て こ の関 係は      t=

10B

X4 ・

……・

………・

…………一

1  こ こ に

t

:欠 陥 発 生 時 間,  hrs          x :オゾン濃 度

pphm      A,B :係 数 と表 現しうる。 こ の関係は破 断 時 間につ い て顕 著である             が

亀裂 発 生 時 間につ い て も

目視    によ る判 断であ る た め多 少デ

タに   ば らつ きが み られ る もの の ほぼ同    様の傾 向に ある

     表

3に各 試 料ご と に得 られ た

   オ ゾン濃 度だけを変 数とし た亀 裂 発    生 時 間

破 断 時 間 を表 す数 式 を示 す。    こ の中で試 料50/50につ い て は

伸    張 率100 % 以 外は欠 陥が生 じ た も   の が少な かっ た た め

部しか数 式

5cvso

lO2 ◎ 50    tCO 20 50   1◎◎ 2◎ 50   1◎◎ 20 

50

                  伸長 率

    

8

 

亀裂発生時間

破 断 時 間 と伸 張 率 との関

は得られ な かっ た

ま たこれ らの係 数に よ り求め られ た直線を 図

4お よ び図

5中に

点 鎖 線で示す

い ずれ も計 算 値は試 験による観 察 結 果 を よ く表 してい る と 思 わ れる。   (

2

) オゾン濃度と 温度を同 時に         考 慮し た場 合   厳 密に は温 度 上 昇は前 節で示し た よ うに オ ゾン劣化に対し, 促 進 効 果 と, 逆に保 護, 応 力 緩 和による遅 延 効 果 を合わ せ持つ

しか し 現実に 材料が使用さ れ ている状態下で は両

6

(7)

者が同 時に進 行し

そ れら を明 確に分 離 することは難し い。 し たがっ て こ こ で は両者の複 合 化され た効 果と し て 評 価 することとす る

  図

9に各 温 度ごとの亀 裂 発 生 まで の時 間 とオゾン濃 度との関 係を

10に破 断 まで の時間 と オ ゾン濃 度 との関 係を示 す。 デ

タに多 少ぱ らつ きはあ る が, 両者 の対 数値に は ほ ぼ直 線 関 係が認め ら れ

しかも60℃

3 オ ゾン濃 度 だ け を変数 と した 時 の 亀 裂 発 生

破断まで の       時 間 を表 す数 式 (試 験 温 度40℃ ) 課 瞬 驪 嘶 100/020 瓢 50100t ・

102・

79KLo日 ・102

29xL 日 臼

10】

18x1

9日 炉

103・

57/xL 四 =103

24翼置

晒 臼

102

99xL 日9 巳0/2020 竃 50100 t・104

24/鯉

89 =103

胃 /x臼

89

102

42 /鯉

99 尉 04

B2K9

89 =1G3

72/K9

B9

103

臼8Ka

89 70/3020 鑑 50100 鯵104

5り/x5

98

lo3

56 /x臼

98

192

75 /翼a

98    

L

t

104

18 /炉

9臼

103

4L /炉

98 50/5020 髦 50100

  一

  一

t

104

98xLo6

:欠陥 発 生力挫 じな かった た め

数式が欝ら れ な かっ た

80

℃ 時の こ う配は 40℃ の場 合 とそ れ ほ ど変わ ら ない

す な わち (1 )式の係 数

A

は試 料ごと

温 度の い か ん に か か わ らずほ ぼ同じ値を と る と考え ら れ る。 し た がっ て温度は係 数

B

値だ けに関係す る

そ こで

B

値と 試 験 温度との 関 係を調べ

一11

に示 す

伸張率に よっ てこ う配は変わ る が, 係 数

B

値は絶対温度の逆 数に対 しほぼ直線 関 係にある とみ な しうる

す なわ ち次の関 係 が成り立つ

    

B =C

/コ

r

1

 

一・

 (2 )   こ こ に

T :絶 対 温 度

 

K

      C,D :係 数 (2)式 を (1) 式に代 入 す る と

オゾン濃 度 と 温 度の 両 方 を考 慮し た欠 陥発 生まで の時 間を表 す式は

     t

101cイT

m/XA

………一 ・

…一一 一 ・

……・

(3 )  こ こ に

X :オ ゾン濃 度, pphm       τ:

絶 対 温 度

,K

   A,C, P :係 数 とな る。  この よ う に して得ら れ た亀 裂 発 生 時間

破 断 時間 を表 す数式 を表

4 に示 す

この数 式 をも とに計 算し た結果 を 図

9, 図

10中に L 点 鎖 線

試 験 結 果に は 多 少ば らつ き があるが

得 られた数 式は結 果 をお お む ね表 してい ると思わ れ る

168lQO40

°

C        POノ◎ 40℃        θQ〆204 σ℃        7Q!304 σ℃        50!εP

o

− 一

く試験 結 果

2DZ5DZIOO 窕 亀裂 兜 生せず

一・

計 算 値 50%

    

50霧 伸 長 串 2DZ lo50Z 、

1

診丶 こ

100Z

1100Z t6SlOO  6◎℃ 眠 2 鵬

5 切 」 气   10         1 踵 壇 胡 瑠 繭 碑 leo黒 1◎CVD  6◎℃       

8

◎20

     

2献

soな

ここ\

100窕

θo℃

5e鑑 \

   

60ac

     5C/50 20Z     20Z50ZIOOZ  亀裂発 生せず 100X             t ゾン濃 度

PPhm

9 各温度ごと の亀裂 発 生 時間 と オ ゾン濃度 との関 係

7

(8)

680040 ℃          100/0      伸 長 率      20罵

1.

πy301 蕣

ζ

ミミ

ミ鏨            50Z   

4◎°C       50!50    20駈0紅O侃 破 断 せ ず lo

 

 

 

”斎

    爽

      100躍

   

    

    

 噛

 

    

    

   ρ

遭試験 結果 1

一・

尉 算

O 啌 ‘

旧8100  

60

°C     IOQ       伸 長 率    

丶.

20:

   

     \

      lDO寓 

 di61   80℃    1CO        伸 長 率        2e毘         50匿       

1

150 6σ℃      2ez  6σ℃     70!30

−一

ii

_ .

 

;甜彊 惣 \

 

  麒          50!50   2ez50XleOZ 破断せず

80

℃      

8

α20  

20鶏

   

   ぬ

   \

    100X

eOOC

     7(ン30  eoec     5(Y50

 

9

°Σ

蔓瓠

  

。.

20%50Xloez 破断せず 100    2005 ◎      100    20050       ゆ0    20050       才ゾγ 濃 度 pFPhm     図

10  各 温度ご と の破 断 時 間とオゾン濃 度 との関 係 too200 表

4 オ ゾン濃 度 と温 度 を変 数 とし た時の亀 裂 発 生, 破 断ま で      の時 間 を 表 す数式 焔 僻 里oo 〆o 80/20 7D/30 50/5B (2

12×103π

3

9D) (3

93×103!!

8

47) q

69Xm3 パ

o

册) 鵬 t

10            /X

6 解10      /xo

89 駻lO           /X圈

30 宰1 砥 裂 (2

03刈03/H20 ) (4』5Xm ヲト9

60) (3

04XIOSrT

6

拒 ) 発 岡

10        /X

10      /X田

89

ζ

lo      /XM9 ホ1 生 (3

96刈09滑

1匹

ロ ) (3

羽X1DaXT

7

57) 1凹 ‡2

10      /X

89

10          /X匝

98 ホ1 (4

70x102!T+2

07 (3

70x103!T

7

01) 鵬 t

10       /X1

99t

10          /xo

89 寧1 *1 破 (5

30XlO2茄 1

39》 (2

43XIDen

4

35) (2rT6x1朋n

4

聞 ) 50

10      /X1

oo

10        /xo

89 o      /xg

*1 断 (5

52Xm2κ+1

22) 〈1

63xm3/r

2

13) (2

29xtOirt

3

91) 10D

10      /X1

99

10      /xg

89

10          /xg

98 *1 # 1 欠陥 が 生 じな かった ため数式化で きな かった

2   1 時間以内の観察を行って いないため数式化できなかった

 

8.

通常 行わ れ る オ ゾン試 験における環 境 条 件に対 す    る考察  建 築 用 防水 シ

トにつ いて は

JIS

 

A

 6008 「合 成 高分 子ル

フ ィン グ」が制定され て お りこ れ を例とし て考 察 する

この な かで環境条件は

オ ゾ ン濃 度

75pph

試 験 温 度 40℃ と規定 されて いる

こ の条 件は

屋 根 防 水 用 塗 膜材1η , シ

リング材 18) 等

ほ か の建築用 高 分子材 料の い くつ かにつ い て も共 通の条 件と なっ て いる。 力 学 的 負荷 条件につ いて は欠 陥 発 生に影 響を及ぼ すい まひと

の重 要な要 因では あ る が

こ れ は 材料の使わ れ方に依 存す る もの で あ り

耐 久 性 試 験と して の環 境 条 件に は直 接 関 与し ない た め, こ こで は除 外す る

 

方 実 際の屋外環境 条件につ い て であ る

変動す る環 境 をただひ とつ の平 均 値で代表さ せ るの は問題の あ る と ころである が

こ こ で は議 論し やすくする た め

屋外環 境 条 件と し て

温度15℃ 関 東 地方の ほ ぼ年平均 気温 に近 い)

オゾン濃 度 3pphm (文 献22)

23)に よれ ば 大 気 汚 染と 無関 係に存 在す るバ ン ドオ ゾン濃 度 は年間 を と お して

2−

6pphm 程 度の範 囲で変 動し て お り

そ の平 均 的な値に近いを仮定する

8

(9)

  5

43

迴2 凶 1054   3   2   1   0

壇 酬 蝦 罵 鯉 ) 迴 自コ            loo!   伸 長 率

   100Z      8α2⊆レ

 

    

   

   20冩澱/ ノ      

r’

岸/ 5。z 〆 /

     

_

ρ

・”

〆          罵            

F卩

 

    

 

    

  ’

     

ノー

  

−r−,

9’

F卩

100Z    5Q60 堪裂 発 生 せ ず 20Z50X 80

 

 

℃    

 

 

 

 

 

 

60

 

 

℃      

 

 

 

 

 

 

40

 

°

C 20X50Z 8Q!20       20鬼 lOO考 5ez 100累 5(ン50 破 断 せ ず 2β鯉 mo    酬 y    鰍 σ   32xV   漁 σ       1/T       図

11B 値と 温度との関係 ヨ2属叮   コnx灯   52面 う 表

5 

JIS

 A 6008 およ び仮 想 屋 外 環 境 条 件 下で の欠 陥 発生まで の時 間の試算 欠 欠 陥 発 生 までの 時 間 陥 の 試 料 伸 張 率 JIS K 6008の 仮 想屋外 環 境 条 件 種 環 境 条 件 類 (40℃

75pphロ) (15℃

3pph皿) 20毘 10

O hrs 963

hrs

(0

11 yrs 100/0

50

2

6 235

2    (0

03) 100

亀 裂

20

377.

4hrsB4102

O hrs (9

60 yrs) 発 80/20 50 31

8

7457.

4

    (0

85) 生 100 5

7 1245

6    (0

14) 20罵 470』 hrs32394

9 hrs  (3

?O yrs) 70/30 50 53

1 10913

8    (L25 ) 100 8

2 1505

6    (0

17) 20瓢 49

7hrs 157B

1 hrs  (0

19 yrs) 100/0 50 23

3 B44

8    (O

10) 100 12』 456

6    (0

05) 破 20瓢 1387

6brs258573

0 

hrs

 (29

5 yr5) 断 80/20 50 110

9 9180

4    (LO5 ) loo 25

6 12η

8    (0

15)

20累

70/30 50 214

O hrs 29225

O hrs (3

34 yrs) 100 37

0 3748

1    (

o.

43

計 算 値  上 記 2環 境 条 件 下 で亀裂 発生 までの時 間

破 断まで の 時 間 を 試 算し,表

一5

に示す

仮想 屋外 環 境 条 件 下で は

オゾン試 験に比べ て

濃 度

温 度が低い た め

欠陥発 生 まで の時 間は当 然 長く な る

その程 度は試 料に よっ て差 は あ る が

こ こ で取り扱っ た範囲 で は亀裂発 生 時 間に つ い て は 100

200倍

破 断 時 間に つ いて は30

150倍 位 であっ た

し たがっ て

JIS

 

A

 6008 のオゾ ン試 験にお け る環 境 条 件は か な り促 進 効 果 を持つ 条 件で あ る と思わ れ る

 

次に試 験 時 間につ い て考 察す る ρ も と も とこ の規 格が どの程 度 耐 久性を期待し て作 成さ れ た の か は明確で は な いが

,一

応 耐 久 性 試 験と してえ た 場合とい う前 提で考 察 す る

規 格に よれ ば試 験 時間は 王68時 間で亀裂の発 生 の有 無 を調べ るこ とになっ ている。 本 試 験で は ちょうど168時 間で亀裂を発 生し た試 料がな い た め

それ より長い時 間で 亀 裂 を発 生し た試 料につ い て述べ 。 試 料 80/20

70/30で は伸 張 率

20

% の 場 合

377

4時 間

470

0時 間 (規 格の条 件で は合 格 する時 間)で

亀 裂が発生す ること に な る が

これ ら は 屋外環境 条件 下 を 想 定 し た 試 算で はそれぞれ 9

6年

3

7 年と等価と なる

これ が十分がど う か は別の断 が 必 要である が, 少なく と も屋 根 防 水 材 料で ある限り 10年 以 上の 耐 久 性が期 待さ れ るとし た場 合

試 料に よっ て差はあるが

より安 全 側に条 件 を 設 定するとい う観 点か ら は

試 験 時 間が 今少し長い方が良い かも知れ な い。  

9.

結   語  オ ゾン試 験に おける環 境 条 件の影 響 を 明

ら か に し 耐 久 性 試 験とし て位 置 付け る ための作 業の第

段 階と して

各 種 条 件 下で環 境 温 度も考 慮し たオ ゾン試験 を 行い

以下の結 論を得た

  (

1

) オ ゾン濃 度の上 昇は亀裂発生, 破 断まで の時 間 を早く する

温 度も同 時 に劣化に関与し, 温度 上 昇は欠 陥 発 生 を 早め る

ただし その効 果は高 温になるほ ど 多 少 緩 慢とな る。

 

(2) ひずみ (こ こ で は伸 張

)が大 き く な るほど 欠 陥 発 生は早く な る。   (3) オ ゾン濃 度 と温 度 をパ ラ メ

タ と した亀 裂 発 生

破 断まで の時 間は数式

t=10

に / T

MIXA である程 度 表 現ぞきる

  (4) こ の式 を もとに耐 久 性の観 点か ら み た とき

現 行の オ ゾン試験の環 境条 件の持つ 意 味ら かにす ること がで き

た。  な お

こ こ で の結 論は

ブ チル EPDM ゴ ム シ

トに つ い て得ら れ た もの で ある

し か し既存の 献類より推 察す る と

ほ かの ゴム材料に も あ る程 度 適 用で き そ うで はあるが

その厳 密な範 囲につ い て は さ ら に検討を要す る とこ ろで あ る

ま た オ ゾン試験を耐 久 性 試 験と し て適 確に位置付け る た めに は

境条件が変動し てい る状態 での評 価 法を研究す る 必要が あ り

こ れ ら につ い ては今 後の重要な課題であ る。   謝  辞   本研 究を進め るに当た り

試 料 作 成には

バ ン ド

化 学 工業 (株 〉阿 部 幸夫氏の

ま た実験に関して は (財 ) 建材試験セ ンタ

清水 市郎氏

日東電工 (株 )佐藤憲司

9

(10)

氏の御協力 を賜 りまし た

また研 究 上の諸 問 題に対しス ガ試 験機 (株 )須賀 蓊氏

オ ゾン試験法 研究会の各位 の御 意見, 御協力を賜り ま し た

こ こ に幸 甚の謝 意 を表 しま す

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    terioratien

Surface Ozone Cracking in a  ChambeT (Flat

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20) ISO l43ユノ1:Rubber

  Vulcanized

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Ozone

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Part 1:Static Strain 

Test,

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Ve!

40 No

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 pp

270

289

1967 22) 川 村 清 :大 気オ ゾンの 生 成 機 構

地表 面の オ ゾン濃 度     と その 測 定 方 法;日本ゴム協 会 誌

Voし40

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269

 1967 23 溝口次 夫

光 本 茂 記

西 川 雅高

切 刀 正 行 ;日 本 列島の バ ッ     クグラ ウン ド オゾン濃 度と その変 動;国 立 公 害 研 究 所 研     究報 告

No

123

 pp

99

120

1989 (1989年8月2日原稿受 理

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一 10 一

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