ゴムの劣化について

Question

①ゴムの劣化の定量方法の一つに「所定応力伸び」があるのですが
　この値は普通,劣化するにつれて
　増えていきますか？　それとも　減っていきますか？

　（天然ゴムまたはイソプレンゴムで加熱劣化試験をした場合）


答えられる人は,次の質問もお願いします。↴

②この条件下で輪ゴムで実験をして,大きさによって増えるか減るかが変わりました。
　#14は増え,#18は減りました
　
　なぜなのでしょうか？（結果がおかしいと思ったらそう回答してください）

psa29 · Accepted Answer

・伸びの単位は、元の長さに対する歪み量の比となるので通常は無次元だと思いますが、％でも構わないと思いますよ。
・#14、＃16、#18が同じ配合で、同じ架橋（加硫）度ならば、本来同じ弾性率となるので、同じ伸び％になるはずですが、
　#18だけ、伸びが大きい（弾性率が小さい）様に見えます。
　ゴムメーカーが、品番によってゴムの配合を変えているとは考えづらいので（変えていない保証はありませんが・・・）
　多分、押出成形時の加圧、加熱条件の差で加硫度が微妙に異なっているのでしょう。
・この条件下では、伸びは短くなっている様に見えますね。つまり、硬化が進んでいると考えられます。
　もっと長時間劣化させて、時間経過を観察されると良いと思います。

angkor_h · Answer

ゴムの性質は、外力により変化しても、外力を除けば元に戻る、という事です。
劣化すれば、伸びによって切断が起きるので、
その伸びの値は「減っていく」ことになります。

②は、何の大きさ、何の変化、なのかが示されていないので、判断できません。

psa29 · Answer

質問者さんのゴムの劣化についてという同じ題目の質問で、
劣化のメカニズムに関して説明した様に劣化のメカニズムは複雑で、
ゴムに用いられる老化防止剤や酸化防止剤の種類や添加量によっても
挙動は変化すると思います。
そこでも述べましたが、劣化の際に分解反応だけではなく、
架橋反応も並行して起こります。
天然ゴムと他のゴムとの混合系で輪ゴムとは異なった老化防止剤添加系では、
熱劣化の時間経過を詳細に観察していくと、初めはむしろ硬化して
その後に軟化することがありました。

「所定応力伸び」とは破断伸びではなく、その劣化状態での弾性率を
測定しているのですね。
つまり、熱劣化によって、一旦「所定応力伸び」が短くなってから
さらに劣化させると長くなったということです。

輪ゴムが、それと同じ様な挙動をするかどうかは、実験したことがないので
わかりません。

質問者さんの実験が正しければ、輪ゴムでも同じ様な挙動をする可能性が
あるのだと思います。

#14と#18が丁度その様な挙動をしたということかもしれませんが、
どちらも同じ幅（太さ）ですよね。

製造されてから、質問者さんの元に届くまでの時間が両者では
異なっていると思います。

よって、もっと新しいものを手に入れて、繰り返して実験をすると
逆転したり、どちらも短くなったりという挙動をする可能性があると思います。

どの程度の実験精度だったかは知りませんが、加熱劣化させる前に
「所定応力伸び」を測定し、加熱劣化後に「所定応力伸び」を
測定しただけですから、「所定応力伸び」が増えた、減ったという
結果自体は正しいのでしょう。
心配ならば、実験数を増やして確認すれば良いと思います。

加熱劣化の時間経過を詳細に調べれば、輪ゴムでも「所定応力伸び」が
短くなってから、その後長くなるということが確認できると思います。

＃18も、もっと長時間劣化させたら、「所定応力伸び」は増えませんか？

psa29 · Answer

質問者さんの実験では、加熱劣化させたときに#14は「所定応力伸び」が増え、#18は逆に減ったのですよね。どちらの品番も同じ組成のゴムだとすると、挙動が全くの逆なので理解に苦しんでいるのですよね。
この実験結果が正しいとしたときに、どの様な解釈ができるのかの一例を示したのが、前の回答です。
一般に高分子の熱劣化では、「所定応力伸び」を減少させる架橋反応と「所定応力伸び」を増加させる分子切断反応が、同時に起こっています。
輪ゴムの中には、無限に近い本数の高分子（ゴムの分子）が含まれています。
この分子の一部では、架橋反応が起こっていて、他の部分では切断反応が起こっているということです。
両者の比率は、高分子の種類によって変化しますし、ゴムの場合、製造後の新しい老化防止剤がたくさん生きているものと、老化防止剤が反応してしまって（死んでしまって）効果が少なくなっているものとでも差があります。

輪ゴムとは異なったゴムでは、劣化させていくと初めは「所定応力伸び」が減少し、さらに継続して劣化させていくと、今度は「所定応力伸び」が増加するなどの挙動が観察されることがあります。

＞（ゴムの場合は所定応力伸びが一旦減ったあとに,増えるということですか？）
　そのようなゴムは確かに存在します。

輪ゴムで実験したことがないので、輪ゴムがその様な挙動をするのか？
よくわかりません。

もし、輪ゴムでもその様な挙動をするのであれば、質問者さんが入手したものが#14と#18では、
製造日からの日数が異なるでしょうから、老化防止剤が生きている量が違うのかもしれません。
そうならば、両者の違いが、一応は説明できると思ったのです。

輪ゴムを質問者さんの条件で熱劣化させて、「所定応力伸び」の変化を細かく、劣化時間ごとに
測定すれば、確認できると思います。
ある１点の劣化時間ではなく、「所定応力伸び」の変化の劣化時間依存性を
調べてみたらいかがですか。

psa29 · Answer

「所定応力伸び」が#14は増え,#18は減りましたということですが、
ゴムの伸びを測定するときに、ゴムの温度をしっかりと管理しましたか？
金属ばねと違って、ゴムの伸びは温度に敏感です。
加熱劣化試験をして、十分測定温度に冷やさず、高い温度のまま伸びを測定すると
ゴムの伸びは短くなります。
#18の伸びを試験するときに、十分冷やす前に測定してしまったということはありませんか？

普通の感覚では、温度が高い方が伸びやすい様に思えますが、ゴムは逆です。
室温で、ゴムに荷重をかけて伸びを測定し、そのままの状態で冷蔵庫に入れて冷やせば、
伸びが増加することが簡単に観測できます。

psa29 · Answer

>１日暗所に常温でおいてちゃんと冷やしました。
>それでもだめですか？

冷やす時間としては、十分だと思います。
測定時の室温（測定時の温度）は、しっかり管理されていますよね。
つまり、加熱前に「所定応力伸び」を測定した室温と劣化後に「所定応力伸び」を
測定した室温は、同じだということですね。

#18では、「所定応力伸び」が減少したということですが、どの程度減少したのか？
ごく僅かならば、測定時の室温（材料の温度）が影響したのではないかと思った次第です。

＞psa29さんのお話だと，次数が２以上のように聞こえます。あってますか？
ゴムの種類によっては、加熱劣化試験直後は「所定応力伸び」が減少し、
その後、「所定応力伸び」が増加し始めるものが存在します。
そのグラフの次数は１や２ではないですね。

また、天然ゴムと他のゴムとの混合系でその様な挙動をするという話を聞いたことがあります。

ただし、輪ゴムでその様な挙動をするのか？
経験がありませんので、よくわかりません。

＞「所定応力伸び」の変化の劣化時間依存性はどのくらいの数，時間の値をとればいいと考えますか？

質問者さんの方が、分かるのではないでしょうか？
質問者さんの実験結果で#14と#18で異なった結果が出ているのですから、
その劣化条件の前後の時間で確認し、傾向がわかれば、その後「所定応力伸び」の傾向が
変化するまで、見ていくしかありません。

ゴムの劣化について

ゴムの性質は、外力により変化しても、外力を除けば元に戻る、という事です。

質問者さんのゴムの劣化についてという同じ題目の質問で、

質問者さんの実験では、加熱劣化させたときに#14は「所定応力伸び」が増え、#18は逆に減ったのですよね。

「所定応力伸び」が#14は増え,#18は減りましたということですが、

>１日暗所に常温でおいてちゃんと冷やしました。

・伸びの単位は、元の長さに対する歪み量の比となるので通常は無次元だと思いますが、％でも構わないと思いますよ。

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