名大、GFRP以上の耐衝撃性を持つ新たなゴム材料の開発に成功

名古屋大学(名大)は12月20日、日本ゼオンと共同開発したゴム材料「イオン性の熱可塑性エラストマー」(i-SIS)の耐衝撃性が、自動車のバンパーや小型船舶の船体などにも使用されているガラス繊維強化プラスチック(GFRP)と同等かそれ以上の性能であることを明らかにしたと発表した。

同成果は、名大大学院工学研究科有機・高分子化学専攻(未来社会創造機構マテリアルイノベーション研究所兼務)の野呂篤史講師、日本ゼオンの研究者らの共同研究チームによるもの。詳細は、化学と、科学のインタフェース分野を扱う学術誌「ACS Omega」に掲載された。

熱可塑性エラストマー(SIS)は、プラスチック成分とゴム成分とを化学的につないで得られる高分子材料で、室温においてはゴムとして利用できる一方で、プラスチックのような加工性も有していることから、さまざまな用途で活用されている。また、近年は、強度(引張強度)と靭性(破壊されにくさの程度)を兼ね備えた材料ニーズの高まりから、より優れた性能を有するSISの研究開発が世界的に進められるようになっているという。

野呂講師らと日本ゼオンによって共同開発されたi-SISは、工業的に製造工程が確立されているSISの1つである「ポリスチレン-b-ポリイソプレン-b-ポリスチレン(SIS)ブロックポリマー」のポリイソプレン部に対し、部分的にイオン性官能基を導入したものでい、その引張強度は43.1MPa、靭性は480MJ/m³と、従来型SISの4倍以上の値を示すことが確認されている。

しかし、i-SISを構造材料として利用していくのであれば、材料を伸長させることによって評価できる引張強度や靭性といった機械特性ではなく、材料に対して衝撃を加えた際に評価できる「耐衝撃性」を直接的に知ることも重要となることから、研究チームは今回、先端部が直径16mmの半球である棒状の重り(約3kg)を、同一厚みの試料に対して投下して衝突させ、試料下部の基材に不可逆的な亀裂や、くぼみが生じるのに必要なエネルギーを見積もることで、耐衝撃性を直接的に評価することにしたという。

評価の結果、イオン性官能基が未導入の従来型SISの耐衝撃性を1とすると、i-SISは3.1倍の耐衝撃性であることが示されたほか、イオンの種類・価数を変えたi-SISでは4.4倍まで耐衝撃性を向上させることができたという。比較のためにGFRPに対しても同じ方法で耐衝撃性の評価を行ったところ、SISの3.6倍の値であることが確認され、i-SISは高強度複合樹脂材料と同定度、もしくはイオンの種類・価数を変えたi-SISでは、それを凌ぐ耐衝撃性を示すことが判明したという。。

なお、研究チームでは、i-SISの軽量ながら、ゴムとしての機械特性、熱可塑性、高い耐衝撃性を兼ね備え、工業的な生産も可能という特徴から、今後、自動車などの移動体のボディや関連部材などに利用することで、移動体の軽量化やそれによる低燃費化などにつながることが期待されるとしている。