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業界ニュース 2019.1.10

住友ゴム、タイヤの耐摩耗性能向上につながるゴム破壊に関する研究成果を発表

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住友ゴムは、ライプニッツ高分子研究所(ドイツ・ドレスデン)との共同研究により、今まで解明されていなかったゴム内部の「ボイド」と呼ばれる空隙(ゴム破壊の原因)の発生から亀裂発生までのメカニズムを解明し、2019年1月9日、その研究成果を発表した。この研究成果により、従来と比べて優れた耐摩耗性能を持つゴムの開発が期待され、より性能が持続する高性能タイヤの開発につながるとされている。

タイヤの摩耗現象の一因であるゴムの破壊は、ゴム内部の分子切断やボイド(空隙)形成による亀裂の成長によるものと考えられていたが、明確には解明できていなかった。そのため合成ゴムにおけるボイドの発生の観察に取り組んだ。

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2015年に住友ゴムは新材料開発技術「ADVANCED 4D NANO DESIGN」を活用してボイドの発生を構造シミュレーションで解明し、その発生を抑える技術を確立した。
※関連記事:住友ゴム なんと!耐摩耗性能2倍のタイヤを発表

今回の研究成果は、実際の合成ゴムを用いた2種類の実験からゴム内部の力学的挙動を観察し、ゴムの粘弾性をコントロールすることで耐久性の高い材料の開発につなげることが可能とわかった。

実験は、円板状の金属プレートに接着させた同形状の合成ゴム試験体を、金属プレート接触面の垂直方向に引っ張ることで、ゴム試験体を変形させた状態での力と体積変化の関係を観察。また、ゴム試験体のCT(断層撮影)により、ゴム内部のボイドの成長を観察した。

【円板状ゴム試験体のコンピュータ断層撮影(CT)による力・変形量・体積変化解析】

≪充填剤あり(シリカ・カーボンブラック)の合成ゴムのボイド観察≫
充填剤ありの合成ゴムの場合、凝集物間にボイドが発生し、そのボイドがつながり合うことでき裂が発生。充填剤の補強効果によりボイド直径は小さくなる。


≪充填剤なしの合成ゴムのボイド観察≫
充填剤なしの合成ゴムの場合、ゴム分子の滑りによりボイドが発生し、多くのボイドがつながることによりき裂が発生。


その結果、円板状の金属プレートに接着された同形状の合成ゴム試験体は、金属プレート方向に引っ張るとゴムの性質により幅方向(半径方向)に収縮しようとするが、金属プレートに接着されているため、金属と接している部分のゴムが剥がれない限り、幅方向に縮むことができない。

そのためゴム自体が膨張することになり、CTでゴム内部を観察した結果、ボイドの発生が確認できた。さらに合成ゴムの中でも充填剤ありの場合はシリカやカーボンブラックの凝集物間からゴムの破壊が発生し、充填剤なしの場合はゴム分子の滑りによるボイド形成からゴムの破壊が発生するといった、ボイド発生の経緯が異なることも明らかになった。

【X線小角散乱による合成ゴムの破断特性の解明】

次は切り込みの入った平面な合成ゴム試験体を平面方向に引っ張った状態の切り込み部の亀裂が生じる状態で、X線小角散乱を用いてゴム内部のボイドの成長を観察した。


その結果、切り込み先端部分は他の部分よりゴム密度が低い(ゴム内部でボイドが多く発生している)ことがわかった。これにより、平面なゴム試験体を平面方向に引っ張った場合、切り込み先端部分にボイドが存在すること、およびゴムの破断にはボイドが関与することが解明された。

今回の研究成果から、今までより破壊されにくい、ボイドの発生しにくいゴム、高い耐摩耗性能を持ったゴムの開発が期待される。住友ゴムはこれらの知見を活かし、性能が持続するゴム技術を確立し、さらに高い安全性能、さらに高い環境性能を実現するためのタイヤ技術開発コンセプト「Smart Tyre Concept」を実現していくとしている。

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住友ゴム公式サイト

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(Auto Prove Auto Prove 編集部)

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