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ゴムの気体透過性

ゴムの気体透過性、ガス透過性

ゴムを通して気体(ガス)が通過する性質のことです。透過係数は、気体の溶解度と拡散速度の積で与えられます。その測定方法として流気方法、圧力方法、容積方法などがあります。
気体透過の機構は、高圧側の気体分子がゴムに溶解し(ゴムに入る)、次にその気体分子がゴム中を拡散していき(ゴムを通る)、最後に低圧側で外界に拡散(ゴムから出て行く)するというプロセスに基づいています。

気体透過性は、ゴム原料の種類によるものだけではなく、気体、温度、架橋密度、配合剤などによって大きく変わります。原料ゴムの気体透過性は、ブチルゴム(IIR)、多硫化ゴム、エピクロロヒドリンゴム、高ニトリルゴム(NBR)、フッ素ゴムなどが小さく、シリコーンゴム、天然ゴム、SBR、BR、EPDMなどは大きくなっています。この違いは主にポリマーの極性がかかわっています。一般的な気体は非極性気体なので、極性ゴムより非極性ゴムのほうが通りやすくなっており、ゴムと耐油性との相似点です。

原料ゴム以外で気体透過性を小さくするには、架橋密度を上げてゴムの分子運動性を小さくすることとマイカやタルクのような扁平もしくは異方形状の充填材を多量に配合することが有効です。可塑剤やプロセスオイルのように分子運動性が大きいものは、気体を透過させやすいため出来るだけ少量にとどめた方がよいとされています。ただし、配合によって気体透過性を小さくすることは、耐寒性を悪くさせる方向にあります。耐寒性を考慮してバランスをとった配合設計が望まれます。


気体透過性が低いブチルゴムと高いシリコーンゴム

ブチルゴム(IIR)は、気体を通しにくいゴム材料として有名で、空気入りタイヤのインナーチューブやインナーライナーなどに広く使用されてきました。最近では、タイヤへの窒素ガス充填をされることもありますが、これはブチルゴムの気体を通しにくい性質に、その気体の中でも窒素が、さらに通しにくいことを利用したものです。

シリコーンゴムは、気体透過性が大きな特徴の一つで、非常に高い値を示します。また、気体透過性が高いだけではなく、酸素透過率に対して窒素透過率は、約半分、炭酸ガスは約5倍、水蒸気は約60倍の値を示します。このような性質を利用して、ガスの分離・濃縮などにも利用されます。

各種ゴムの気体透過率比較

基準1:温度25℃水素()を100とした場合
基準2:温度25℃NRを100とした場合
数値は目安程度とお考え下さい。
NR:天然ゴム,SBR:スチレンゴム,BR:ブタジエンゴム,CR:クロロプレンゴム
IIR:ブチルゴム,EPDM:エチレンプロピレンゴム,CSM:クロロスルホン化ポリエチレンゴム
NBR:ニトリルゴム,ウレタンゴム,シリコーンゴム(VMQ),フッ素ゴム(FKM,FPM)

ゴムの種類 基準 温度
(℃)
酸素 窒素 水素 二酸化炭素 ヘリウム メタン
NR 1 25 47 17 100 262 61 57
1 50 122 50 236 574 136 /
NR 2 25 100 100 100 100 100 100
SBR 2 25 72 76 79 93 75 /
2 50 191 221 192 192 179 /
BR 2 25 81 80 84 104 / /
CR 2 25 17 13 30 19 42 9
2 50 56 56 74 56 / /
IIR 2 25 6 3 11 4 25 2
2 50 22 19 45 14 74 /
EPDM 2 25 105 97 / 81 / /
CSM 2 25 9 11 22 12 23 6
18%NBR 2 25 / 29 / 47 / /
2 50 / 107 / 118 / /
20%NBR 2 25 35 33 52 48 / /
27%NBR 2 25 17 13 31 24 40 /
2 50 58 56 88 67 100 /
32%NBR 2 25 10 8 24 14 32 /
39%NBR 2 25 4 3 14 6 22 /
2 50 22 19 45 14 74 /
ウレタンゴム 2 25 7 6 13 14 / /
2 50 / 28 / 48 / /
多硫化ゴム 2 25 1 / 3 3 / /
シリコーンゴム 2 25 220 310 / 1580 / /
2 50 275 435 150 1530 / /
フッ素ゴム 2 30 / 5 / 14 / /
2 60 / 45 / 114 / /

NR:天然ゴム,SBR:スチレンゴム,BR:ブタジエンゴム,CR:クロロプレンゴム
IIR:ブチルゴム,EPDM:エチレンプロピレンゴム,CSM:クロロスルホン化ポリエチレンゴム
NBR:ニトリルゴム,ウレタンゴム,シリコーンゴム(VMQ),フッ素ゴム(FKM,FPM)