エラストマーとは
エラストマー(英語: elastomer)とは、弾性を有する高分子化合物の総称です。熱可塑性エラストマーと熱硬化性エラストマーの2種類があり、用途によって使い分けされています。
熱可塑性エラストマーは加熱により流動性をもつ性質があるため、射出成形機などで加工しやすいのが特徴です。文房具、衛生用品、自動車部品などの幅広い分野で使用されています。
熱硬化性エラストマーは加熱されても大きく変形しないので、耐熱性が求められる場面で活用されています。パッキンやシール材などが代表的な使用例です。
エラストマーの使用用途
熱可塑性エラストマーは、加熱すると流動性が生じるため、簡単に加工、成型することが可能です。プラスチック用の射出成型機を使用すると、様々な形の部品を作製することができます。具体的にはダクト、ホース、グリップなどに活用されています。
熱硬化性エラストマーは、加熱しても可塑性が生じないので、耐熱性が求められる箇所で使用可能です。具体的には、パッキン、ガスケット、オイルシールなどで使用されています。
エラストマーの原理
エラストマーとは弾性のある高分子の総称で、弾力のあるという意味のelasticと高分子という意味のpolymerを組み合わせた言葉です。エラストマーには、加熱により軟化する熱可塑性エラストマー(英語:Thermo Plastic Elastomers、略語:TPE)と、加熱により硬化する熱硬化性エラストマー(英語:Thermo Setting Elastomers、略語:TSE)があります。
TPEは基本的にソフトセグメントとハードセグメントから構成されています。前者は弾性の役割、後者は架橋の役割を担っています。加熱によって分子にエネルギーが加わると、架橋部分の働きが弱くなり、分子全体が流動的になります。TPEの種類としては、オレフィン(アルケン)系、ウレタン系、エステル系、スチレン系、アミド系などがあり、それぞれ分子構造や合成方法が異なります。
TSEにはシリコーンゴムやフッ素ゴム、ウレタンゴムなどがあります。一般にゴムと言われている高分子はこちらです。TSEはTPEに比べて、耐熱性や耐薬品性に優れた性質を持っていますが、加工のしやすさではTPEに劣ります。
エラストマーのその他情報
誘電エラストマーと磁性体エラストマー
昨今注目されているエラストマーの一つに、誘電エラストマがあります。誘電エラストマーは電界を印加すると数百％を超える大きなひずみを生じるエラストマーです。つまり、マクスウェルの法則により、電気エネルギーを運動エネルギーに変換するアクチュエータの機能としての活用が期待されるデバイスです。
誘電エラストマーの素材には、アクリル系ないしはシリコーン系が使われています。その理由は、誘電率が高く、歪応力により破断しないよう柔らかい材料でなければならないためです。これは、誘電エラストマーは2枚の電極に挟まれた高誘電率の高分子材料でできたコンデンサーデバイスととらえることもできます。この特徴を利用して、人工筋肉などの医療系分野への応用や、高効率なアクチュエーターとしての各種ロボットへの採用検討が進められています。
また、もう一つの新規デバイスとして粘弾性を有する磁性体エラストマーの研究開発も活発です。エラストマーの粘弾性と磁性体の機能を併せ持つ新規デバイスは、ネオジム粉や鉄粉を高分子材料と配合生成することで実現可能です。このデバイスは振動耐性に優れるため、機械系のアクチュエーターへの応用や、自動車の着座感知センサーなどへの適用が期待されています。
また、ファラデーの電磁誘導の法則に基づき、振動などの運動エネルギーを電気的なエネルギーへ変換するデバイスとしての研究開発も行われており、先にのべた誘電エラストマー含めて、振動発電デバイスとしての取り組みが盛んです。昨今のSDGsなどに代表される環境保全への取り組みの一環としてこれらは着目されており、例えば運動靴底や衣類へのエラストマー装着により発電を行い、センサー通信用の電力として賄うといった近将来のアプリケーションへの応用が考えられています。
参考文献
https://www.jstage.jst.go.jp/article/gomu/83/9/83_9_269/_pdf
https://www.djklab.com/parts/service/pdf/elastomer-2.pdf
https://www.silicone.jp/contact/qa/qa003.shtml
http://www.r-shinkai.co.jp/list/3.html
https://www.union-gosei.co.jp/tpe/results/index.html