ゴム破壊のメカニズムを実験的検証により解明――タイヤの耐摩耗性能向上に期待 住友ゴムなど

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充填剤あり(上)、充填剤なし(下)の合成ゴムのボイド観察

住友ゴムは2019年1月9日、ドイツのライプニッツ高分子研究所と共同で、ゴム内部の空隙の発生からき裂発生までのメカニズムを解明したと発表した。この成果により、より優れた耐摩耗性能を持つゴムの開発が期待されるという。

タイヤの摩耗の一因であるゴムの破壊は、ゴムの分子切断やボイド(空隙)形成によるき裂の成長によるものと考えられていたものの、明確には解明できていなかった。そこで、住友ゴムは2015年、ナノレベルまでゴムの構造を解析できるシミュレーション技術「ADVANCED 4D NANO DESIGN」を活用。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ていた。

そして今回、研究グループは、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。ボイド発生の経緯とゴムの破断の原因を明らかにした。

第1の実験では、金属プレートを挟んだ薄い円板状ゴム試験体をコンピュータ断層撮影(CT)によって解析。結果、充填剤ありの場合は、凝集物間にボイドが発生し、充填剤なしの場合は、ゴム分子の滑りによってボイドが発生することがわかった。そして、共通して、発生したボイドがつながり合うことでき裂が発生することが明らかになった。

合成ゴムの伸長応力ひずみ(変形量)曲線

また、第2の実験では、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場合の切り込み部分について、X線小角散乱を用いて観察。切り込み先端部分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、ゴムの破断にはボイドが関与することが解明されたとしている。

研究グループは、この成果を基に、より性能が持続する高性能タイヤの開発につなげていくという。

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