Study of Serious Problems of Conventional Methods in the Evaluation of Ultimate Mechanical Property of Polymer Crystals as a Guiding Principle for the Development of Ultra-Strong Polymers
| Project/Area Number |
23K23419
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| Project/Area Number (Other) |
22H02151 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 35020:Polymer materials-related
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| Research Institution | 公益財団法人科学技術交流財団(あいちシンクロトロン光センター、知の拠点重点研究プロジェクト統括部) |
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Principal Investigator |
田代 孝二 公益財団法人科学技術交流財団(あいちシンクロトロン光センター、知の拠点重点研究プロジェクト統括部), あいちシンクロトロン光センター, 上席研究員 (60171691)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山下 義裕 福井大学, 繊維・マテリアル研究センター, 教授 (00275166)
関口 博史 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 研究プロジェクト推進室, 主幹研究員 (00401563)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000)
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| Keywords | 極限弾性率 / 高分子結晶 / 広角X線回折 / 小角X線散乱 / 高次組織 / 結晶ヤング率 / 応力緩和 / X線回折 / ガラス転移温度 / 天然高分子 |
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| Outline of Research at the Start |
結晶弾性率は、高分子の極限弾性率として重要であるだけではなく、試料の力学物性を向上させるうえでの重要な指針である。評価は力場下でのＸ線回折測定によって行うが、応力不均一分布が故に正しい値を与えない。本研究では、応力均一分布の仮定の下に評価した「見かけの」結晶弾性率を、種々の高次組織を持った一連の高分子材料について評価し、応力不均一分布を考慮して「真の」結晶弾性率を求める新しい手法開発を目指した。放射光Ｘ線を用いて数分で測定する方法であるが、一定歪印加時の応力緩和や一定応力印加時のクリープ現象について考慮した複雑な解析が不可欠で、現在、検討中である。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題の目的は、重要な汎用性高分子あるいは天然高分子の「真の」結晶弾性率を定量評価することである。種々の異なる熱処理条件は高分子の高次組織に影響し、それが、外部から加えた応力の不均一分布をもたらし、結果として、X線回折法で求める結晶弾性率の「見かけの」値に多大なる不確かさを与えてしまう。その高分子の取る究極のヤング率とみなし得る結晶弾性率が曖昧では、さらに優れた力学物性を有する高分子材料の開発指針が崩れてしまう。従来、この種の問題を詳細に検討した例は極めて限られている。結晶領域の力学物性を抽出するには、結晶域からの信号を反映するX線回折データを外部応力印加下で測定し、結晶の歪を求めるとともに、結晶応力＝試料応力の仮定のもとに「見かけ」の結晶弾性率を求める。種々の高次組織を呈する種々の試料について求めた「見かけの」結晶弾性率から共通の物理定数として「真の」ヤング率を評価する。
本研究は、歪一定条件下でのX線回折測定における応力緩和の影響、また、荷重一定条件下でのX線回折測定におけるクリープ現象の影響なども含め、高分子の高次構造と「見かけの」結晶弾性率との関係を放射光X線システムを使って詳細に検討するものである。この二年間、測定システムの開発、そして代表的な高分子材料について測定を行ってきた。ナイロン、絹糸、麻、ポリエチレンなどについて膨大な実験データを収集し、その解析を現在行っている。今年度は、これまでの実験で出てきた種々の問題点（荷重印加時の不安定性など）を整理し、その改善を図るとともに、詳細な検討がなされてきていない種々の天然高分子の「真の結晶弾性率」の高精度評価に挑戦する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
新しい測定システムの開発と実際の測定、そして得られた膨大な実験データの定量解析と、やるべき課題は多いが、一応、想定したペースで進んでいると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
上述のように、今年度は、これまでの実験で出てきた種々の問題点（荷重印加時の不安定性など）を整理し、その改善を図るとともに、詳細な検討がなされてきていない種々の天然高分子の「真の結晶弾性率」の高精度評価に挑戦する。そして、これまでの結果を総合的にまとめ、外部発表にもっていく。
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Report
(2 results)
Research Products
(21 results)
