2021年09月13日

ゴム弾性 2 

 生ゴムは、中に反応性の高い二重結合をかなり含んでいるのですが、それは自分では反応しません。数%の硫黄を練り込んで加熱すると、長い分子間に適度な架橋が起こり、今までは弱い分子間力だけで束縛されていたのが、部分的に強力な共有結合で結び付けられるようになります。ある程度の自由な動きと、限界まで引っ張ったときの共有結合による束縛が両立する都合の良い構造になるわけです。輪ゴムを引っ張ると、最初はゴム分子の主鎖の高分子がほどけるにつれて長くなり、そのうちに硫黄の共有結合が限界を示します。それ以上引っ張ると切れてしまうでしょう。手を離せば、ゴムの分子は、存在確率がより高い、くしゃくしゃの状態に戻ろうとして縮みます。温度が高いと、分子運動が大きくなり、よりくしゃくしゃになろうとして弾力が強くなります。すなわち、弾力は絶対温度に正比例します。フックという物理学者はそれを見て、「ゴムは気体である」という有名な冗談を吐きました。

 考えてみれば、ゴム風船は縮もうとし、気体は膨張しようとします。運良く、その向きが逆ですから、風船の大きさは一定に保たれます。もしも、その向きが同じであれば、急速に膨張して爆発するか、収縮してしまいます。風船を加熱すると、気体は膨張しますがゴム弾性は増大するので、あまり大きさが変わらないのが興味深いところです。模様の付いた風船を膨らませて、一部をヘアドライヤで加熱すると、そこだけ縮むのがわかります。人の顔が描いてあれば、局部的に加熱して、しかめっ面をさせることも可能でしょう。

 すべての長大な分子(高分子)には、分子間力がある程度あるので、生ゴムのような性質を持ちます。シリコーンでは、-O-Si-O-C-O-Si-のような主鎖の間に架橋を起こさせなければなりません。一番簡単なのは過酸化物を加えることです。酸素による架橋が起き、安定化しますが、その安定度が非常に大きく、いかなる方法でも、主鎖が切れない状態で架橋を切ることは出来ません。(終わり)


 というわけで、シリコーン・ゴムが曲がっているのに力を掛けても、加熱しても、形は変わらない。製造時にまっすぐ保つしかないのである。水平に置けば。潰れていくであろうし、垂直では伸びてしまうであろう。水平に保持した細いパイプの中でゆっくり回転させるしかなさそうだが、決して出来ないというほどのものでもない。これを実用化できれば、称賛を得るであろう。このままではだめだ。  
 最近連絡をもらった友人からは、シリコーンゴムは外れやすいとのことだ。摩擦が小さいので、軸から抜けてしまうのだろう。あまり優秀な材料とは思えなくなってきた。


コメント一覧

1. Posted by YUNO   2021年09月24日 17:16
模型とは関係ない話なのですが、以前、空気圧で動作する機械を修理した時、合成ゴム製の配管をシリコーン製のチューブで代用したことがありました。
寸法は適合すると部品屋に言われたのですが、やはり抜けやすくてだめだったのを思い出しました。
3. Posted by dda40x   2021年09月24日 21:03
シリコーンは摩擦が小さく、抜けやすいというのは事実です。むしろ、滑りが良いことを利用することもあります。すなわち、ジョイントとしてはその抜けやすさが致命的です。
硫黄を加硫剤として使う普通のゴムでは、相手の金属に銅めっき、黄銅めっきを施して締めると、半永久的に固着します。硫黄と銅、亜鉛が化学的に結びつくからです。
だから、ゴムのキャブタイヤ・ケーブルでは、被覆を剥きにくいので、銅線の周りに薄い紙を巻いて、銅との接触をさせないようにしています。

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