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ゴムの加硫とは?架橋とは?
ゴムの加硫とは?架橋とは?

一般にゴムの熱硬化のことを加硫/架橋と呼ばれます。
加硫とは、生ゴムに硫黄を混ぜ合わせた上で加熱する事により引き起こる化学反応で、ゴムの分子鎖同士の一部分を硫黄が結合させる編み目状の構造になることをいう。この化学反応を経て、ゴムは強靱な弾性と安定した耐熱性を持つようになる。

一般に「架橋」の意味も「加硫」と同じ意味で用いられるが、硫黄以外の有機過酸化物や金属酸化物、有機アミン化合物などを使用して分子結合させることを「架橋」と呼ぶ。   ※硫黄を加える=加硫

ゴム弾性を得るための架橋方法は多種多様で網目状の分子結合の配列の中に架橋部分をつくることにより、液状のように柔らかい物質からエボナイトのように堅い物質まで幅広い弾性物をつくることができる。

ゴムの加硫とは?架橋とは?


硫黄加硫

硫黄加硫とは、生ゴムに硫黄を添加して熱を加えることによりゴム分子鎖間に起こる化学反応で硫黄分子が分子鎖と分子鎖を結合させて荒い編み目状の構造を形成することをいう。

主鎖に二重結合を含む「ジエン系ゴム」には主に硫黄加硫が行われている。ジエン系ゴムには天然ゴム(NR)やイソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、クロロプレンゴム(CR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)などがある。


過酸化物加硫

過酸化物加硫とは、有機過酸化物を加硫剤として用いた加硫をさし、パーオキサイド加硫ともいう。有機過酸化物とは、分子中に酸素−酸素結合を有する化合物のことをいい、加熱することで化学反応して、2つのシロキサン鎖(※1)の間に炭素鎖(※2)からなる架橋を形成する。この反応を「ラジカル型」という。

また、有機過酸化物にはアルキル系パーオキサイドとアシル系パーオキサイドがあり、アルキル系はプレス成形、アシル系は押し出し成形に使用される。

アルキル系パーオキサイドの特徴として、高い温度での成形が可能、分解生成物が揮散し易い肉厚製品に使用できる、圧縮永久歪みが小さいなどがあげられる。

アシル系パーオキサイドは、成形温度が低い、分解生成物が揮散しにくい、熱風加硫が可能圧縮永久歪み(※3)が大きいなどがあげられる。

※1 シロキサン鎖とは? 酸素とケイ素を骨格とする高分子結合(O−Si−O)nメチル基、フェニル基などの有機基などが結合してシリコーン鎖となる。
※2 炭素鎖とは? 炭素原子から形成される高分子の鎖。高分子の鎖はこの炭素原子からできているのが通常である。
※3 歪みとは? ゴムに引っ張る力を与え、外力をやめた後に残る伸び。

   ●硫黄加硫過酸化物加硫の使い分けはどういう時にするの?

硫黄加硫の−S−S−結合による架橋と過酸化物加硫の−C−C−結合による架橋の結合エネルギーを比較すると過酸化物加硫の結合エネルギーが高いため、過酸化物加硫の方が硫黄加硫に比べて耐熱性がよいと考えられている。

その反面、柔軟性にかける一面を持っており、引っ張り強度や動的特性は硫黄加硫よりも劣ってしまう。

硫黄加硫は硫黄系化合物が影響する金属やプラスチックスの汚染などの問題があり、使用用途によっては過酸化物加硫でなければならないものもある。また、過酸化物加硫は、配合コストが硫黄加硫と比較して高い短所を持っている。


付加加硫

白金化合物を使用して加硫させる架橋機構である。付加型液状シリコーンとミラブル型シリコーン両者に用いられる。付加反応の特徴として分解生成物がほとんど残らない、臭気が少ない、引き裂き強さが上がる圧縮永久歪みが小さいなどがあげられる。

また、加硫阻害(硬化障害)を起こしやすいことも特徴の一つといえます。硫黄、リン、窒素、スズなどの化合物などがそれにあたり、混入、接触をするとその部分の硬化が進まなかったり、べたつき現象が起きてしまう事がある。有機過酸化物と比べて、ポットライフが短いのも特徴の一つといえる。

   ●過酸化物加硫付加加硫の使い分けはどういう時にするの?

過酸化物加硫は、酸素による硬化阻害が顕著であるため、空気に触れた部分の硬化が不十分になりやすい性質を持っている。硬化時間が遅いことや、触媒毒に強い特徴が挙げられる。

白金化合物の触媒作用を利用している付加加硫は、過酸化物加硫とは正反対の硬化時間が速い、触媒毒に弱い、酸素阻害に強いという特徴がある。

硬化時間が短い付加加硫は生産性に優れた工場生産部品として選択される硬化型ではあるが、非常にデリケートな一面を持つ白金化合物の硬化阻害やポットライフの短さが短所となっている。


縮合型加硫

液状シリコーンゴムの硬化反応として縮合型がある。縮合型とは、空気中の湿気と反応して表面から内部へと硬化が進行する化学反応をいう。

縮合型液状シリコーンには一成分形と多成分形とがあり、両者共に室温にて硬化することからRTV(Room Temperature Vulcanzing)と呼ばれている。

1成分形は接着性を有していることから、接着シール、コーティングの用途で使われている。多成分形は接着性が付与されていないので、型取りやポッティングなどに用いられる。


ミラブル型シリコーンゴム原材料 液状シリコーンゴム原材料
ミラブル型シリコーンゴム原材料 液状シリコーンゴム原材料


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