超高引き裂き強度シリコーンゴムを開発　No.027

背景
　医療の発展に伴い、より高性能な医療機器の開発が求められています。医療材料の中でもシリコーンゴムは、耐熱・耐寒性、化学的安定性、電気絶縁性、気体透過性、透明性、離型性などに優れていますが、引き裂き強度や引張強度が他のゴム材料よりも劣っているため利用範囲が限られていました。
　そのなかで透明で機械的強度の高いシリコーンゴムの開発が求められたことから、シリコーンゴムの内部に補強材としてシリカフィラーを分散し、周囲のゴムとのつながりを強めることで機械的強度の改善を図りました。しかし一方で、科学的にも延伸時のフィラー凝集構造の変化と引き裂き強度との関係を解明する必要がありました。

成果の詳細
　小角X線散乱測定**による凝集構造を含めたフィラーの分散状態の観察には、極小角X線散乱測定^***が可能で、評価できる構造のサイズレンジが広いSPring-8が適しています。そこで、シリカフィラーを分散した強度の異なるシリコーンゴムを引張試験機で延伸しながら、SPring-8で小角X線散乱測定を行い、ナノシリカ凝集体の階層構造とその変化挙動をその場観察しました。
　その結果、フィラーとマトリックスの界面の結合が強固なシリコーンゴムを延伸すると、フィラーも延伸方向に引っ張られ、その結果引き裂き強度が強くなることがわかりました。また、界面の強度はフィラーの凝集状態に依存することが明らかになり、これらの制御によりシリコーンゴムの材料特性の改善に繋がりました。

ナノシリカフィラーを充填したシリコーンゴムのUSAXS、SAXS測定で得られた二次元画像。

ナノシリカフィラーを充填したシリコーンゴム（フィラー含有量34.1 wt%）の延伸に平行な方向の強度プロファイル（λは延伸倍率を表す）。
延伸初期から配向を示す特徴的なパターンが観察され、シリコーンゴムが延伸されると、延伸方向に伸張されるフィラーの凝集状態を捉えることができました。