2021 Fiscal Year Annual Research Report
Hierarchical Heterogeneity and Stress Distribution in Polymer Network Systems by Spatio-Temporal Mapping Analysis
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19H02780
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
春藤 淳臣 九州大学, 工学研究院, 准教授 (40585915)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ガラス / 動的不均一性 / 協同運動再配置領域 / 応力集中 / 破壊 / 温度時間換算則 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高分子ネットワークの不均一な形成・固化過程は架橋点あるいはそのクラスターの空間的なばらつき、ひいては材料を変形させた際の不均一な応力・ひずみ分布に繋がると考えられる。したがって、材料のタフネス性 (靭性) や寿命と深く関連していると考えられるが、その理解には程遠いのが現状である。本研究では、(1) 高分子ネットワークの形成・固化過程における不均一性と応力・ひずみ分布の関係、および (2) 応力・ひずみ分布とタフネス性・寿命との関係を正確に理解し、力学物性が精密に制御された材料の設計原理・指針を創出することを目的とした。令和3年度に実施した具体的な項目と主な研究成果を以下にまとめる。
(1) 高分子ネットワークの形成過程における不均一性の程度は反応温度によって制御可能で、ネットワーク構造が均一なほど、得られた材料のタフネス性が向上することを見出した。材料の伸長過程における構造変化やクラックの進展挙動を評価した結果、均一なほどひずみの集中、ひいてはクラックの進展が抑制されることも明らかにした。
(2) ネットワークの不均一性は、ガラス転移近傍における動的不均一性に関係があることを明らかにした。また、ネットワーク構造が動的不均一性に及ぼす影響を検討した結果、架橋密度が高いほど、動的に不均一であり、協同運動再配置領域 (CRR) のサイズが減少することを明らかにした。動的不均一性の発現は架橋点近傍における制限された熱運動性に起因することも確認した。
(3) ネットワーク構造が温度時間換算則 (TTS) に及ぼす影響を検討した結果、架橋密度が高いほど自由体積の熱膨張係数が低く、高温におけるエントロピー弾性の発現が抑制されることを明らかにした。また、一定応力下における破壊時間（寿命）が架橋密度に依存することも見出した。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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