工業分野の継続的な開拓に伴い、特に高温、高圧などの極端な環境下での応用需要が日増しに増加し、耐高温ゴム材料の開発の重要性がますます際立ってきた。高温条件下では、ゴム材料の物理化学特性が顕著に変化し、例えば、熱老化、圧縮永久変形、性能劣化などの問題が発生する。ゴムの耐高温性能を向上させるためには、配合設計から着手し、ゴム材料の成分と加工技術を最適化しなければならない。本文はどのようにゴム配合物中の各種成分を調整することによって、その耐高温性能を強化するかを検討する。

一、ゴムの耐高温性能に影響する要素

ゴムの耐高温性能とは、高温環境において本来の性能を維持する能力を指す。このパフォーマンスに影響を与える要因には、主に次のようなものがあります。
ぶんしこうぞう
ゴムの分子鎖長、架橋密度及び架橋方式はその耐高温性能に直接影響を与える。より高い架橋密度はゴムの耐熱性を顕著に向上させることができるが、架橋しすぎると材料が脆くなる可能性がある。
配合成分
配合中に添加された各種助剤、充填剤、架橋剤などは、最適化によりゴムの耐高温性能を改善することができる。
加硫系
加硫はゴム性能の最適化の重要なステップであり、加硫系の選択と条件は耐高温性能の向上に重要である。
外部環境
温度、湿度、酸素、オゾンなどの環境要素の共同作用は、ゴム材料の老化過程に影響し、さらにその耐高温性能に影響する。

二、ゴムの高温耐性を向上させる配合最適化戦略

ゴムの耐高温性能を高めるために、配合設計は以下のいくつかの方面を重点的に考慮しなければならない：

（一）耐高温ゴム基材の選択

異なる種類のゴム基材は異なる耐高温性能を有する。ゴム配合物を最適化する場合、使用環境に応じて適切なゴム基材を選択する：
フッ素ゴム（FKM）：フッ素ゴムは高温と化学腐食に強い優れた材料の一つであり、最高約250°Cの動作温度に耐えられ、高温シール、ショック吸収、防腐などのシーンに適している。しかし、脆性が大きく、反発性が悪い。
シリコンゴム（VMQ）：シリコンゴムは良好な耐高温性能を持ち、−50°Cから230°Cの温度範囲で安定して動作でき、高温シール、金型とガスケットなどによく使われる。その耐高温性は優れているが、機械的性能は相対的に弱く、フィラーによる最適化が必要である。
ニトリルゴム（NBR）：ニトリルゴムは耐油性で知られているが、耐熱酸素剤の添加と架橋密度の向上により、高温環境下でも一定の性能を維持することができる。石油化学分野の高温、圧力条件下で優れている。
ウレタンゴム（PU）：ウレタンゴムは高温、耐摩耗と耐油性の面で優れており、高温条件下の伝動ベルトやシールリングなどの部品によく使われている。

（二）耐高温フィラーの選択

フィラーの選択はゴムの耐高温性能の向上に重要である。一般的な耐高温フィラーには、
シリカゲル：シリカゲルは耐高温フィラーとして、優れた耐高温性を有し、ゴムの熱安定性を高めることができ、しかもその弾性に影響しない。その添加量は通常5%〜20%であり、高温でのゴムの性能を著しく改善することができる。
カーボンブラック：カーボンブラックはゴムの強度を高めるだけでなく、高温耐性を改善することができる。他の高温耐性フィラーと併用する場合、カーボンブラックはゴムの耐摩耗性、抗酸化性、熱安定性を効果的に向上させることができる。
ボーキサイト（ボーキサイト）：ボーキサイトは高温補強フィラーであり、ゴムの耐熱性と熱安定性を著しく向上させることができる。それは高温下での安定性がよく、高温シール材料の処方設計によく使われている。
セラミック粒子：セラミック粒子は優れた耐熱性を有し、充填剤としてゴムに添加することができ、その耐高温性能を高め、同時に材料の硬度と引張強度を強化する。

（三）架橋システムの最適化

架橋ネットワークの構造はゴムの耐高温性能を決定する。架橋密度を高めることにより、ゴム分子鎖の熱安定性と耐高温性能が強化される。一般的な架橋方法は次のとおりです。
硫黄架橋：硫黄は最も一般的な架橋剤であり、ゴムの耐高温性能を効果的に向上させることができる。硫黄の使用量を適量増やすことで架橋密度を高め、高温でのゴムの耐久性を高めることができる。しかし、硫黄架橋度が高すぎるとゴムが脆くなる可能性があり、慎重に使用する必要があります。
過酸化物架橋：過酸化物架橋システムは高温下での安定性がより良く、高温耐性に対する要求が高いゴム材料に適している。その架橋過程はより高い温度で安定した構造を維持することができるが、コストが高く、正確な制御が必要である。
放射線架橋：放射線架橋は放射エネルギーによって実現される架橋方式であり、特定の特殊なゴムタイプに適している。放射線架橋により、低い温度で高い架橋密度を得ることができ、それにより高温耐性を向上させることができる。

（四）熱老化防止剤と酸化防止剤の添加

高温環境下では、酸化はゴムの老化の主な原因の一つである。ゴムの耐高温老化性能を向上させるために、熱老化防止剤と酸化防止剤を処方に加えることができる。これらの助剤は高温でのゴムの酸化過程を効果的に遅らせ、その物理化学的性質を維持することができる：
酸化防止剤：一般的な酸化防止剤としては、ヒンダードアミン類、ベンゾトリアゾール類、ジエン系酸化防止剤などが挙げられる。これらの酸化防止剤は、ゴムに対する酸化の浸食を効果的に低減し、その寿命を延長することができる。
耐熱老化剤：耐熱老化剤の作用はゴムの高温への耐性を増強することであり、よく使われるのはオレフィン類とリン酸類などである。これらの助剤はゴムの熱分解反応を遅くし、高温環境での安定性を維持することができる。

（五）加硫条件の調整

加硫条件はゴムの耐高温性能にとって極めて重要である。加硫温度と時間を適切に調整することで、ゴムの熱安定性と耐老化性を効果的に高めることができる。加硫温度と時間の最適化は以下の通りである：
加硫温度：高温はゴムの架橋密度を増強するのに役立ち、通常加硫温度は160°C ~ 180°Cの間が適切である。高すぎる温度は架橋ムラを招き、ゴムの弾性に影響を与える可能性がある。
加硫時間：加硫時間が長すぎるとゴム表面が硬くなり、一定の弾性が失われる可能性がある。一般に、加硫時間は10〜30分に制御され、十分に架橋され、過加硫されないように確保される。

結論

ゴムの耐高温性能を向上させるには、ゴムの基材、フィラー、架橋系、助剤添加及び加硫プロセスなどの多方面から総合的に最適化する必要がある。配合物を科学的に設計し、生産プロセスを調整することにより、高温条件下でのゴムの安定性と使用寿命を効果的に高めることができる。将来的には、高性能ゴム材料への需要の増加に伴い、耐高温ゴムの配合最適化は絶えず革新され、ゴム業界のより高い性能基準への発展を推進する。