高い弾性や復元力などのゴムの優れた特性は、基本的にその複雑な分子構造によって決まります。これらの構造特性を理解することは、特定の性能要件を満たすようにゴム配合を調整するために非常に重要です。ゴム材料に見られる主な構造モチーフには、直鎖、分岐、架橋構造が含まれます。
線状構造は、未加硫ゴムの主な形態を表します。ポリマー鎖の分子量が非常に高いため、外力が存在しない場合、ポリマー鎖はランダムにコイル状に絡み合った構造として存在します。外力を加えると絡み合いの度合いが変化し、チェーンが伸びて整列します。加えられた力を取り除くと、チェーンは元のコイル状の状態に容易に戻ります。この現象は、ゴム材料に見られる特徴的な高い弾性の基礎となっています。
ポリマー主鎖に沿った側鎖の凝集により分岐構造が形成され、「ゲル」として知られるゲル状ドメインの形成につながります。これらのゲルの存在は一般に、ゴムコンパウンドの加工と最終的な性能の両方に悪影響を及ぼします。混合（咀嚼）中、配合成分がゲル領域に浸透することが困難になる場合があり、その結果、局所的な領域の強化と架橋が不十分になる場合があります。これらの不均一性は、最終製品の弱点として機能する可能性があります。
架橋構造は、原子または原子団間に形成される共有結合またはイオン結合を介して線状ポリマー鎖が相互接続されると出現し、三次元ネットワーク構造を形成します。架橋の程度は、加硫プロセスが進むにつれて増加します。架橋密度が増加すると、鎖セグメントの自由な可動性が減少し、可塑性と伸びの低下につながります。同時に、引張強度、弾性、硬度の向上が観察されます。さらに、圧縮永久歪みと溶剤膨潤が軽減されます。
ゴムの分子構造は、その材料特性に深い影響を与えます。
カーボン ブラックなどの充填剤の補強効果は、ゴムの構造、特に引張強度と引裂強度に大きく影響されます。一般的な傾向として、高構造のカーボンブラックは、同様の粒子サイズの非結晶性ゴム中でより優れた補強を示し、その結果、より高い引張強度と引裂強度の値が得られます。
ゴムマトリックスの構造は、その導電性を決定する上で重要な役割を果たします。分岐構造はゴム内に相互接続された導電経路をより容易に形成し、その導電性を高めます。
ポリマー鎖の架橋は、ゴムネットワーク全体の弾性回復と機械的安定性に貢献します。架橋ゴムは外力を受けて変形しても元の形状に速やかに回復し、物理機械的性質や耐薬品性が向上します。
