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
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
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
頭
TAIVAKA
,BNttng
・
changSONG
andMichio
KOIKE
The simultaneous effect of ozone concentration and temperature in an ozone test of rubber sheets
for
roof・
membranes wele estimatedin
this study.
The
ozone tests withfive
levels
of ozone concentratlon from 10 PPhm to 200 PPhm werefirst
carried out at 40°
C
toknow
the effect of ozone concentration.
The
times to cracking or rupturingbecame
shorter according toincrease
oflozone
concentration.
This
relation canbe
expressedby
thefollowing
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
uponkinds
ρf
rubber sheets.
Next
,
the Gzone tests at three ambient temperatures such as40,60
and80
℃ were performed to estimate the effect of temperature to ozonedegradation
.
It was 皿ade clear that the same effect asozone concentration was observed
in
these tests and a risein
temperature accelerated oz6nedegra.
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 prescribedin
Japanese
Industrial
Stan・
dards
for
rubber sheets was estimatedby
comparisonbetween
thedegradations
calculatedby
the.
test condition and outdoor condition,
KegIvords
:Ozone
test,
Oh
・ne concentration,
TemPerature
,
Rubber,
(}’
acking1.
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 )一
‘)をみ る 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 れる場合,
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 京工業 大 学工業 材 料 研 究 所 * * 東 京工業 大 学 大 学 院生零
稗
東 京工業 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 S【uden 吐of Tokyo Institute of Technoiogy歴史が古く
,
例えばオゾン濃 度の影 響にっ い て は,M .
Braden5}が亀 裂の成 長 速 度 を 中 心に,
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レも同様の結論を述べ てい 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)に 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 発生 状 況に っ い て もG .R .
Cuthbert・
son ’z)は同様な傾 向が あ る と述べてい 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 多く はい ずれも実験室 内の限ら 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。 表一
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 レンター
ジェ ンモノ マー
【EPDM 》 0 20 30 50 酸 化亜鉛、
5 配 ス テ ア リン酸 1 HAF カー
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:ダンベル3号形 (標点間 距離:2 ) 引裂:B形 引 張り逮度50 /分 硬度:スプリング式A形 図一
1 試 験 片 2.
試 料お よび 試 験片 試 料は建 築 防 水シー
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 質の 試 料につ いて検討 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 シー
トを 試作し た。
段 階 付 け は,
オ ゾン劣化 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 ノマー
(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,
表一
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 片は図一
1に示す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
の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
み合わせすべてにつ 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°}で通 常 使 用 される定ひずみ 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。 表一
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 ダー
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 ゾン濃度,
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 ルー
ペ を 用 い て欠陥の 有 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 表一
2に示すJIS
K 6301 (加 硫 ゴム の物理 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
に,
オ ゾン濃 度 図一
2 オゾン濃度 だ け を変え た試 験の結果 〔図中A1,
B 1等は亀 裂の判 定 結 果 を示す。) と温 度を変え た試 験の結果を図一
3に示 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。一
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・
著しく向上 し て い た。
ま た写真一
1に示 すように配 合 比に よっ 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 数が少な 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
試 料 伸長率 % オゾγ 漉度 温 度 試 験 時間
.
hrs゜
C lQO I 60 = :二 5080 =一
_
60甲
20loo80一畠
巳
6Q−『
『
20080OQ一
露 50809,
F一
ミ 09 6◎ 50 ゆo8060 8060.
冒
’
5080冒
60 IooIoogo 凡例羸
熏
議
。 6Q20080605090一
一
曽
一
一
一
幽
曽
一■
60 20loo80一
こ謹一
.
一
一
60_
一
曹
一
.
一
_
_
:;ニー一
= : 80−’
60一凾一
5080_
:一
’
60−’
一
9W
丶 Ooo5 ◎ 1◎oeo.
60−
:一
’
2008060冒
,
5080・
601 looloo80602008060 黔 8060 20100 緲 80 二 ニー
;; 6080 二::_
二 二; 二;:_
_
膕
曹
曹
_
_
60 :::一
_一_
.
_
_一
5D80−
=層
冖_一
60−一
一
一
’
一
_
一
.
Qn 丶 O 卜 50 【oo80’
60−.
一
20080605080.
60 loo1 ◎o8060 脚 8060508060 20Ioo8060 2008060508060 00 丶 O の 50Ioo8060 8060508060 1◎oloo80
鰤 6080 図一
3 オゾン濃度と温度と を変え た試験の結果 〔図中Al,
B1 等は亀裂の判定結果 を示す。)6.
結 果の検 討 (1 ) オゾン濃 度の影 響 図一
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 −墾
、
諠 酸 試 料 ゆ◎!o pa・
・
+
o 試 験 緒 果一・
一
肝 算 値・
伸 長 率 20Z、
\
こ\哈
\ so「、
100x こ\ 50/5D 和 十、
、
SQX50 ]eO竃 試験片2個で亀裂発生時剛踟『司一
・
でない こと を 示 すg
見 や す く す る たO点 を 打ワ
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,
ρPhm
図一4
亀 裂 発 生 時 間 とオゾン濃 度 との関係 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。
図一
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 図一
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,
破断時問と 温度との関係 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,
高温 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
ひ とっ は
,
T.
Meynard の論 文6)で述べ ら れて い 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 的な層が形鍠
.
謳 ゆ 25 50 ゆO rOOゆ 25 50 100 200 オ ゾ.
ン濃 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 自身は粘弾性 的 性質を持っ 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 験の手順と 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 図一
7に示 す。 オゾン試 験に おける 24時 間の前 置き時 間に相 当する間にも応力
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℃ 右よ び60
℃ の応 力変化に 比べ て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 ギー
の観 点か ら は む し ろ小さ く「4
る。
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 伸丶
長串 ……
ト_
羅_
艶 ミ、 ・…
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峯…
一
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一
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繿
100Z 100x tOOpbhrn 5Q!50触
題
N
焔 酬
.
100X 温 度 ,℃ 図一
6 亀 裂 発 生,
破 断 時 間と温 度との関係5
図
一
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,一
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 气峯
呈.
硬 1 伸 長 率 ゆ0%の場 合 1 ゆ 匐 ℃1
1
60 51
・
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 図一
7 各温度下での応 力緩和 測定結果O
I盤
.
踵 盤 崟 戀飆
灘
f
”囎
覇
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 関係につ 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 オゾン試験に 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 亀裂の発生,
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 た図一
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 少デー
タに ば らつ きが み られ る もの の, ほぼ同 様の傾 向に ある。
表一
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,
一
部しか数 式5cvso
lO2 ◎ 50 tCO 20 50 1◎◎ 2◎ 50 1◎◎ 2050
伸長 率,
%図
一
8亀裂発生時間
,
破 断 時 間 と伸 張 率 との関係
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 図一
4お よ び図一
5中に一
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
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。
図一
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, 図一
10に破 断 まで の時間 と オ ゾン濃 度 との関 係を示 す。 デー
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℃, 表一
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・
79/KLo日 ・102・
29/xL 日 臼・
10】・
18/x1・
9日 炉103・
57/xL 四 =103・
24/翼置・
晒 臼;
102・
99/xL 日9 巳0/2020 竃 50100 t・104・
24/鯉・
89 =103・
胃 /x臼・
89=
102・
42 /鯉・
99 尉 04・
B2/K9・
89 =1G3・
72/K9・
B9詈
103・
臼8/Ka・
89 70/3020 鑑 50100 鯵104・
5り/x5・
98=
lo3・
56 /x臼・
98=
192・
75 /翼a・
98一
L
t=
104・
18 /炉・
9臼=
103・
4L /炉・
98 50/5020 髦 50100一
一
t・
104.
・
98/xLo6一
一
一
一
: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
の値は試 料ごと’
に温 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 図一11
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
十1
)・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
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 を表一
4 に示 す。
この数 式 をも とに計 算し た結果 を 図一
9, 図一
10中に L 点 鎖 線で示す。
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・
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な鹽
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
図一
9 各温度ごと の亀裂 発 生 時間 と オ ゾン濃度 との関 係7
680040 ℃ 100/0 伸 長 率 20罵
.
1.
ち
醸
轟
譲
πy301 蕣ζ
:
ミミ・
ミ鏨 50Z「
4◎°C 50!50 20駈0紅O侃 破 断 せ ず lo亀
鐸
.
篏晦
幾
語
;ミ
こ
”斎培、
爽、
100躍噛
電
黙欝
曇
鞭
葬ρ
噸
ルー
一
一
一
遭試験 結果 1一・
一
尉 算値.
.
.
.
O 啌 ‘ぎ
旧810060
°C IOQ心 伸 長 率」
丶.
20:隔
’
滋
玄・
牛一
\
lDO寓「
距一
一
一
di61 80℃ 1CO 伸 長 率 2e毘 50匿,
1”
、禽
・、
一
150 6σ℃ 2ez 6σ℃ 70!30−一
一
・
一
一
ii
領
.
_ .
;甜彊 趣 惣 \
誹
こ
「
誘
糠 麒 50!50 2ez50XleOZ 破断せず80
℃8
α20.
20鶏\
『
丶一
乏咳−
ぬ\
.
100XeOOC
7(ン30 eoec 5(Y50、
、
、
、
9
\
.
・鉱
」
°Σ丶
蔓瓠駆
。.
一
コ
20%50Xloez 破断せず 100 2005 ◎ 100 20050 ゆ0 20050 才ゾγ 濃 度 pFPhm 図一
10 各 温度ご と の破 断 時 間とオゾン濃 度 との関 係 too200 表一
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一
3.
9D) (3.
93×103!!−
8.
47) q.
69Xm3 パー
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 岡冨
10 /X】
・
四=
10 /X田.
89ζ
lo /XM9 ホ1 生 (3.
96刈09滑一
1匹.
ロ ) (3.
羽X1DaXT−
7.
57) 1凹 ‡2=
10 /X晒
.
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 国 o /xg・
日
臼
*1 断 (5.
52Xm2κ+1.
22) 〈1.
63xm3/r−
2.
13) (2,
29xtOirt−
3.
91) 10D・
10 /X1.
99=
10 /xg.
89罵
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 シー
トにつ いて はJIS
A
6008 「合 成 高分 子ルー
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
皿,
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 , シー
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 まひとち
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。
一
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 ックグラン 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。
一
8
一
5
(
4 盧 3攣
迴2 凶 1054 3 2 1 0(
壇 酬 蝦 罵 鯉 ) 迴 自コ loo! 伸 長 率ぎ
爨
三
100Z 8α2⊆レ’
20冩澱/ ノr’
「
岸/ 5。z 〆 /『
_
,
ρ
嘱塩
薦・”
〆 罵一
,
F卩
’
,
一
,
,
卩
潔’
定「
『
ノー
・
「
”
−r−,
嘱9’
陶F卩
100Z 5Q60 堪裂 発 生 せ ず 20Z50X 80卩
℃
60
,
℃
40
曠
°
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 図一
11B 値と 温度との関係 ヨ2属叮 コnx灯 52面 う 表一
5JIS
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.
巴hrs
(0.
11 yrs) 100/050
2.
6 235.
2 (0.
03) 100一
『
亀 裂20
毘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唖
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,
0hrs
(29.
5 yr5) 断 80/20 50 110.
9 9180.
4 (LO5 ) loo 25.
6 12η.
8 (0.
15).
20累一
一
70/30 50 214.
O hrs 29225.
O hrs (3.
34 yrs) 100 37.
0 3748.
1 (o.
43
)一
:計 算 値なし 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 して考え 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 る 。 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 は別の判断 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 業の第一
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
率
)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 メー
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 味を明ら 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 シー
トに つ い て得ら れ た もの で ある。
し か し既存の 文献類より推 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,
環境条件が変動し 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 ドー
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 ンター
清水 市郎氏,
日東電工 (株 )佐藤憲司9
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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