ゴム材料の圧縮永久歪みについて

こんにちは。
大学でゴム材料について学んでいます。

ゴム物性のひとつに圧縮永久歪みという項目があります。

要するにゴムのへたりやすさを見るための項目であると思うのですが、この数値は何に起因するものなのでしょうか？

例えば同じゴムでも
NBR
シリコーンゴム 等で 圧縮永久歪み率は変わってきます。

この違いは分子構造の違いから来るのでしょうか？
それとも架橋密度などによるものなのでしょう？


様々な要因によるものと思いますが‥‥
調べましたが、よくわからず困っています。

よろしくお願いします。

No.1 回答者： do_ra_ne_ko 回答日時： 2010/12/23 22:39

大學でゴム材料について学ばれているとのこと、大慶至極に存じます。

最先端の情報に囲まれ大変恵まれた環境におられますが、
超多忙のことと拝察いたします。

しかし、たまには　Ｇｏｏｇｌｅ　などを覗かれては如何でしょうか。
たとえば、Ｇｏｏｇｌｅ　に　

cause of permanent set in synthetic rubber
permanent set in rubber
premanent set in sillicon gum

などを貼り付けますと、それこそ山のような情報が現れます。

それらの一部を斜め読みいたしましたところ、お尋ねのようなことに関する
情報がどこもかしこにも見られます。

残念ながら、ゴムに関する知識がありませんのでそれを評価できません。
ご専門の方なら得るところが多いものと存じ上げます。

No.2 回答者： drmuraberg 回答日時： 2010/12/24 21:31

ゴムの「圧縮永久歪」はゴムの変形で見られる「ヒステリシス効果」の一種と思います。

ゴムの中で、分子鎖相互が理想的に架橋し合って３次元網目を形成している訳では無く、
一部は絡み合いとして架橋と同じ様な挙動を示す部分も有ります。
変形の初期では、この部分が変形しより安定な状態へと流動し移動し、力が除去された
後でも変形が戻らないことがあります。
絡み合いに限らず、島ー海構造などを取るゴム状物質では、不安定な構造部分の初期破壊
により不可逆的な塑性変形が起こる時も有ります。

伸縮を繰り返す試験では、いわゆるヒステリシスカーブが観察されます。この繰り返し
変形の最初の段階で残る「履歴」ヒステリシスに相当するのが、圧縮の場合には圧縮
永久歪みです。
繰り返し伸縮試験では、ヒステリシスは次第に小さく成ってゆきます。
粘弾性試験などの前に、有る程度の繰り返し伸縮を与えこの「履歴＝流動部分」を
除去することを「メカニカルコンディショニング」と言いました。
その後の実験の誤差が小さくなるからです。

No.１のpermanent setは化学反応等による架橋による最終的な網目のセットで、
「圧縮永久歪」とは何の関係も有りません。
そこを掘っても何も出ないと思います。蛇足ですが。

No.3 ベストアンサー 回答者： swisszh 回答日時： 2010/12/25 00:18

1) ゴム材料について学んでいるとのこと、その前に物理化学、有機化学、高分子化学、無機化学も少なからず学んだでしょう。

２）全ての物質にはそれぞれの物性があり、有機の純物質、無機の純物質などはそれらの物性は詳しく知られています。高分子はその構造が複雑になりますが、ホモポリマーの物性はよく知られています。コポリマー、ターポリマー（３ツのモノマーでできている）の物性はその複雑性ゆえ、少し少なくなります。
３）ゴム材料は、コポリマー、ターポリマー　それに添加剤、架橋性などで成り立っているのでその物性の科学的（推定）は更に難しいでしょうが、
４）ゴム関係の専門家も色々な実験データーを報告しています。
５）圧縮永久歪みのけんですが、ＮＢＲとシリコンゴムの場合、温度では随分違いますね。知っているように、シリコンゴムは耐熱性、耐薬品性用等に使用され、ＮＢＲの使用範囲とは随分異なります。ゴムの大部分は、ポリマーですので、分子構造がその物性（ここでは、圧縮永久歪み）に大影響を与えます
６）シリコンゴムでもベンゼン核の入っているものは更に耐熱性があります。
７）さて添加剤、架橋性はそのゴムの性質を更によくする為に工業的に改善するわけです。シリコン系、フッソ系のゴムは４０年前は工業的には生産されていなかったので、耐熱性のゴムは当時は手に入らなかったです。そこで添加剤などで耐熱性等をよくしていました。
製造工程で能率よく経済的に生産でき、製品の性質向上、それはゴム会社でも全く同じです。
８）他のタイプのゴムと比較しても上記は当てはまります。

No.4 回答者： dgdsdhk 回答日時： 2010/12/27 08:39

イメージの観点から。

ゴムが戻らなくなるということは、ゴムの「戻りたい」という力が弱まるということ。

ゴムの戻りたい力：高分子は丸まっていたいという性質に起因（エントロピー弾性）

なので、永久ひずみが大きくなっていくのには、高分子の一次構造、高次構造の両方が
効いてくるのですが、基本的には上記の力が弱まるイメージでいいと思います。

補足　戻りたい力が弱まってしまう理由について

ゴムに限らず、高分子の架橋は大きく分けて、２つあります。

化学的な架橋（共有結合、たまにイオン結合）
物理的な架橋（メインは分子鎖の絡みあい、たまに結晶部）

共有結合が切れたり、絡み合いが解かれれたままになったり、結晶部が解けたりと他にも
色々な理由で永久ひずみは大きくなります。ほとんど日本語の教科書がでてて、理論も
しっかりしてるので、高分子の学習には良い分野だと思いますので、右脳でイメージを膨
らませた後に、左脳で理論式を理解してみてください。