ゴム添加カーボンブラック特性 (動倍率・減衰性・硬さ・弾性率)

今回は、ゴム添加カーボンブラックの特性（動倍率・減衰性・硬さ・弾性率）についてまとめました。

カーボンブラックとは

多くのゴム製品には補強材としてカーボンブラックが添加されます。

乳白色の天然ゴムが、ゴム製品になると黒色になるのは、黒いカーボンブラックを添加しているからです。

カーボンブラックの仕様や特徴については別の記事でわかりやすくまとめております。

カーボンブラックは、球体の粒をイメージされると思いますが、実際は以下のような球体カーボンブラックの粒が連なった構造をしております。

これらのカーボンブラックの粒は強固に結合（凝集）しており、この粒の連なりは、せん断力によりさらに微細化されることはありません。

カーボンブラックの特徴は以下2点です。

カーボンブラックの特性は、カーボンブラック粒の連なった長さの「ストラクチャー長さ」と、カーボンブラック粒単体の粒径（比表面積）で決まります。

カーボンブラックを開発・生産するメーカでは、これら指標の異なるカーボンブラックのラインナップがあり、用途によって使い分けをしております。

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カーボンブラックは、上記に示したストラクチャー長さと粒径の異なる様々なラインナップがあります。

カーボンブラックと物性の関係を以下にまとめました。

カーボンブラックの比表面積が大きいほど（粒径が小さいほど）、動倍率が大きくなる（悪化する）関係になります。

動倍率は、動的ばね定数（ばねに加わる力と、ばねのたわみの変化の比率を示すばね定数）と静的ばね定数の比率のことで、値が小さいほど振動吸収性が良いとされています。

そのため、動倍率をよくしたい場合は、カーボンブラックの比表面積が小さいものを選定します。

カーボンブラックの比表面積が大きいほど（粒径が小さいほど）、減衰性が大きくなる（良化する）関係になります。

減衰性は、加わった力を次第に減少させていくことを意味しており、減衰値が大きいほど、振動収斂性が良いとされています。

そのため、減衰性をよくしたい場合は、カーボンブラックの比表面積が大きいものを選定します。

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カーボンブラックの特性をより理解するため、ゴム材料と物性の関係を以下にまとめました。

ゴム材料の強度•弾性率と動倍率は比例関係になり、ゴム材料の硬さ•弾性率が大きいほど動倍率は大きくなります（悪化します）。

つまり、動倍率に優れ、硬さ•弾性率の高い素晴らしいゴム材料はないため、製品性能で必要な特性を踏まえた上で、ゴム材料の選定を行う必要があります。

（硬さ•弾性率をよくすると動倍率が悪化し、動倍率をよくすると硬さ•弾性率が悪化します）

ゴム材料の減衰性と動倍率は比例関係になり、ゴム材料の動倍率が大きいほど（動倍率悪化）、減衰値は大きくなります（良化します）。

つまり、動倍率と減衰性に優れた素晴らしいゴム材料はないため、製品性能で必要な特性を踏まえた上で、ゴム材料の選定を行う必要があります。

（動倍率をよくすると減衰性能が悪化し、減衰性能をよくすると動倍率が悪化します）

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上記のまとめは以下になります。

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今回は、ゴム添加カーボンブラックの特性（動倍率・減衰性・硬さ・弾性率）について書きました。

カーボンブラックは、すべての物性に優れるスーパーなものは存在しません。

製品に求められる仕様を満足するようなカーボンブラックを選定する必要があります。

カーボンブラックの仕様や特徴については別の記事でわかりやすくまとめております。

主に樹脂やゴム材料、材料リサイクルに関してわかりやすくまとめておりますので、皆さんのご参考になれば幸いです。

ゴムや樹脂材料でお困りなことがありましたら気軽にコメントいただければ、分かる範囲でご回答させていただきます。

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