ゴムとは何ですか?原材料・作り方・用途・シールの種類

ゴムとは何ですか? どこから来たのですか?

ゴムは弾性ポリマーであり、力を加えると引き伸ばし、圧縮し、変形した後、元の形状に戻ります。それは 2 つの基本的な形式で存在します。 天然ゴム 、ゴムの木の乳液樹液に由来します。 パラゴムノキ 、そして 合成ゴム 、工業的重合を通じて石油化学原料から製造されます。どちらも弾性という核となる特性を共有していますが、組成、性能特性、コストが異なります。

天然ゴムは何千年にもわたって採取され、使用されてきました。メソアメリカのコロンブス以前の文明は、ヨーロッパ人が接触するずっと前からゴムボール、防水布、履物をラテックスから作っていました。この材料の産業用途における可能性が明らかになったのは、1839 年にチャールズ グッドイヤーが加硫法を発見した後の 19 世紀になってからです。この加硫法は、柔らかく粘着性のあるラテックスを、今日ゴムとして認識されている丈夫で弾力性のある材料に変えるプロセスです。

現在、世界のゴム生産量は年間 2,800 万トンを超えており、その生産量は天然ゴムと合成ゴムに大別されます。タイ、インドネシア、コートジボワールは世界最大の天然ゴム生産国です。合成ゴムは、天然ゴムの供給が途絶えた第二次世界大戦中に初めて開発され、現在では世界中の総ゴム消費量の約60％を占めています。

ゴム原料: 天然および合成原料

天然ゴムの原料はラテックスです。ラテックスはゴムの樹皮から生成される乳白色のコロイド懸濁液です。 パラゴムノキ 木々。ラテックスは重量で約 30 ～ 40% のポリイソプレンであり、タンパク質、脂質、微量ミネラルとともに水に懸濁しています。ポリイソプレンポリマー鎖は、ゴムに弾性を与えるものです。ポリイソプレンポリマー鎖は、張力がかかると真っ直ぐになり、解放されると元に戻る長いコイル状の分子です。

合成ゴムは、主に石油精製と天然ガスの処理によって得られるモノマーから得られます。最も重要な合成ゴム原料には次のものがあります。

• ブタジエン — エチレン製造の副産物で、最も広く製造されている 2 つの合成ゴムであるスチレン ブタジエン ゴム (SBR) とポリブタジエン ゴム (BR) の製造に使用されます。
• スチレン — ブタジエンと結合して SBR を生成します。これは合成ゴム生産量全体の約半分を占め、乗用車用タイヤの主要な材料です。
• イソブチレンとイソプレン — 一緒に重合してブチルゴム (IIR) を作り、ガスに対する優れた不透過性が評価され、タイヤのインナーライナーや医薬品のストッパーに使用されます。
• エチレンとプロピレン — ジエンモノマーと組み合わせてEPDMゴムを製造し、自動車のウェザーストリップ、屋根材、屋外シールに広く使用されています。
• アクリロニトリルとブタジエン ニトリルゴム（NBR）を重合させたニトリルゴム（NBR）は、耐油性、耐燃料性、耐溶剤性に優れており、燃料ホースやオイルシールの標準素材となっています。
• クロロプレン — ネオプレン (CR) を作るために重合されます。ネオプレン (CR) は、耐候性、オゾン、中程度の化学物質に対する耐性で知られる初期の合成ゴムの 1 つです。

シリコーンゴムは独自のカテゴリーを占めています。そのポリマー主鎖は炭素ではなくシリコンと酸素から作られており、天然ゴムや石油由来のゴムとは化学的に異なります。これにより、シリコーンはカーボンチェーンラバーでは達成できない優れた耐熱性、生体適合性、UV 安定性を実現します。

ゴムができるまで: 原料から完成品まで

未加工のラテックスまたは合成ポリマーから最終ゴム製品に至るまでにはいくつかの段階があり、それぞれの段階が最終材料の特性に大きな影響を与えます。

採取と凝固（天然ゴム）

ラテックスは、樹皮に浅い斜めの切り込みを入れてゴムの木から採取されます。樹液は数時間かけて収集カップに滴下します。次に、新鮮なラテックスが凝固します。通常はギ酸または酢酸を加えることにより、ゴム粒子が凝集し、水っぽい美容液から分離されます。得られた凝固物はプレスされ、シートに丸められ、燻製されるか (リブスモークシートまたは RSS を製造するため)、または熱風で乾燥されます (技術的に指定されたゴムグレードを製造するため)。これらの乾燥シートまたはクラムラバーベールは、天然ゴムの商品形態として取引されます。

配合

天然ゴムであっても合成ゴムであっても、生ゴムはそのままでは使用されません。密閉型ミキサー (バンバリーミキサー) またはオープンミルでさまざまな添加剤と配合されます。一般的なゴムコンパウンドには次のものが含まれます。

• 加硫剤 — 硬化中にポリマー鎖間に架橋を形成する硫黄または過酸化物。
• アクセラレータとアクティベータ - 加硫反応を加速し、制御する酸化亜鉛、ステアリン酸、有機促進剤。
• 強化充填剤 — カーボンブラックは最も重要であり、引張強度と耐摩耗性を劇的に向上させます。シリカは、高性能かつ低転がり抵抗のタイヤコンパウンドに使用されています。
• 可塑剤および加工油 — 加工中の流れを改善し、完成品の硬度と柔軟性を調整します。
• 酸化防止剤とオゾン酸化防止剤 — 耐用年数の間、酸素、オゾン、紫外線、熱によるゴムの劣化を防ぎます。

整形

配合ゴムは、加硫前に熱可塑性と加工性を保ったまま成形されます。一般的な成形方法には次のものがあります。 圧縮成形 （加熱した金型にゴムを圧力をかけて押し込む）、 射出成形 （閉じた金型にゴムを射出する）、 トランスファーモールディング , 押し出し (ゴムを金型に押し込んで異形材、チューブ、ストリップを製造する)、および カレンダー加工 （ゴムを丸めてシートにするか、布地にコーティングします）。

加硫

加硫 is the chemical process that converts soft, weak rubber into the strong, elastic material used in finished products. Heat causes sulfur atoms (or peroxide radicals) to form cross-links between adjacent polymer chains, creating a three-dimensional network. The degree of cross-linking determines hardness: lightly cross-linked rubber is soft and elastic; heavily cross-linked rubber becomes hard (ebonite). Most rubber products are cured in presses, autoclaves, or continuous vulcanization lines at temperatures between 140°C and 200°C.

ゴムは何に使われますか?主要な製品カテゴリー

ゴムは弾性、耐久性、不浸透性、電気絶縁性を兼ね備えているため、幅広い業界で不可欠なものとなっています。使用量で唯一最大の用途はタイヤです。乗用車、トラック、オフロード用タイヤは、世界中で消費されるゴムの約 70% を占めています。タイヤを超えて、ゴム製品は現代の産業や日常生活のほぼすべての分野に使用されています。

• タイヤおよびタイヤ関連製品: 乗用車用タイヤ、トラック用タイヤ、自転車用タイヤ、コンベヤー ベルト、およびタイヤ リトレッド コンパウンドは、天然ゴムと SBR ゴムの両方が主に使用されています。
• ホースとチューブ: 自動車用冷却剤ホース、油圧ホース、エア ブレーキ ライン、園芸用ホース、燃料ライン、医療用チューブは、ゴムの柔軟性と耐流体性に依存しています。搬送される流体に応じて、NBR と EPDM が最も一般的な材料です。
• ベルト: 産業機械や自動車エンジンのドライブ ベルト、タイミング ベルト、コンベア ベルト、V ベルトは、繊維またはスチール コードで補強された強化ゴム コンパウンド (通常は EPDM または CR) で作られています。
• 履物: ゴム底、ブーツ、オーバーシューズは、最初の大量生産されたゴム製品の 1 つです。天然ゴムと SBR は依然として履物において主流であり、グリップ力と耐摩耗性が高く評価されています。
• 手袋: ラテックス検査用手袋、耐薬品性ニトリル手袋、および耐久性の高い工業用手袋は、それぞれ天然ゴム、NBR、ネオプレンから製造されています。
• 電気絶縁: ケーブルジャケット、ワイヤー絶縁体、電気テープにはゴムが使用されており、導体を湿気、摩耗、偶発的な接触から保護します。
• 防振マウント: エンジン マウント、機械絶縁パッド、橋軸受、鉄道軌道パッドには、振動を吸収して減衰させるために天然ゴムまたは NR/鋼サンドイッチ複合材が使用されています。
• 医療および製薬: 注射用薬瓶のストッパー、手術用手袋、カテーテル、血圧測定用カフ、整形外科用サポートはすべて、医療グレードのゴム配合物に依存しています。
• 消費財: 輪ゴム、消しゴム、厨房機器のガスケット、吸盤、ヨガマット、スポーツ用品などは、ゴムの弾性とグリップ力に依存する日常製品です。

ゴムシール ：材質、種類、用途

ゴムシールは、エンジニアリングにおいて最も重要で広く指定されているゴム製品の 1 つです。その機能は、流体、ガス、または汚染物質が接合部や界面を通過するのを防ぐことです。この役割には、ゴムが合わせ面にぴったりと適合し、負荷がかかった状態で圧縮し、数百万サイクルまたは何年もの静的暴露を経ても弾性回復を維持することが必要です。

一般的なゴムシールの種類

• Oリング: 溝に収まり、半径方向または軸方向に圧縮されて漏れのない界面を形成するトーラス形のシール。 O リングは、世界中の油圧、空圧、配管、および流体動力システムで最も広く使用されているシール形式です。
• ガスケット: フランジ面（パイプジョイント、シリンダーヘッド、バルブ本体）の間にフラットまたはプロファイルシールを配置し、ボルトによる締め付け力による漏れを防ぎます。ゴム製ガスケットは、給水システム、HVAC、およびプロセス配管で一般的です。
• リップシール（ラジアルシャフトシール）： 潤滑剤を保持し、ギアボックス、車軸、ポンプ、電気モーターの回転シャフトの周りの汚染物質を排除するために使用されます。シールリップはシャフト表面との動的接触を維持します。
• ダイヤフラム: 圧力や動きを伝達しながら 2 つのチャンバーを分離する柔軟なゴム膜。圧力調整器、ポンプ、バルブ、自動車のブレーキブースターなどに使用されます。
• 押出プロファイルと耐候性シール: ドア、窓、ハッチ、筐体の隙間を空気、水、埃、騒音から密閉するために使用されるカスタム押出ゴムプロファイル。通常は EPDM またはネオプレンから製造されます。

ゴムシールの材質選定

シールに使用されるゴム配合物は、使用環境に注意深く適合させる必要があります。間違った材料を使用すると、膨張、硬化、亀裂、または化学的溶解が発生し、これらすべてがシールの破損を引き起こし、致命的なシステム漏れを引き起こす可能性があります。

シールの性能は、材料の選択以外にも、デュロメータ (硬度)、嵌合部品の表面仕上げ、圧縮永久歪み耐性、および潤滑剤やコーティングの有無によって決まります。航空宇宙、海中、高圧油圧などの重要な用途の場合、シール設計には接触応力の有限要素解析と加速劣化試験が含まれ、必要な耐用年数にわたる性能を検証します。