流動誘起構造を有する複雑流体の伸張粘度を計測する平面伸張レオメーターの開発

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K04203
• Research Institution: Tsuyama National College of Technology
• Principal Investigator: 加藤 学 津山工業高等専門学校, 総合理工学科, 教授 (20370017)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 平面伸張粘度 / 平面伸張レオメトリー / 静的粘弾性試験

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，流動誘起構造変化後の伸張粘度を評価することのできる伸張レオメーターを開発する．そのために，低粘度の粘弾性流体の平面伸張流動特性を評価可能な全く新しい測定手法を提案する．これは平行リング間に試験流体を充填しリングを引き離すことで円筒状フィルムを成形し，その際の膜厚変化および平面伸張応力を計測するシステムである．本年度では，本システムの開発に成功し，流動性の高い粘弾性流体の平面伸張変形下において力と変形の関係が直接的に観察可能となった．
本年度では，試料として粘弾性特性を持つCTAB/NaSal系界面活性剤水溶液を用いた．この試料を二枚の平行円板リングの間に充填し，円板を引き離すことで両平板間に円筒状のフィルムを得る．この薄く引き伸ばされる過程で試料は平面伸張変形を受ける．昨年度までは，安定した膜を形成することが困難であったが，円板リングの大きさと形状を工夫することで安定した円筒状の膜を作ることに成功した．本実験では，平面伸張変形後（円板リング静止後）に，円筒フィルムがリング中心軸方向に移動しながら膜厚が0.5 mmから0.1 mm程度まで減少していく様子を計測することができた．加えて，この時の円板リングに作用する力の計測にも成功した．円板リングに作用する力の計測は，円筒フィルムを形成する伸張変形過程と円板リング静止後の膜厚減少過程，さらにリング静止後に再び円板リング移動による第二伸張変形過程，のそれぞれにおいて計測可能であることを確認した．他方で，伸張変形前のプレシアによって構造変化を発生させその際の計測結果を得るまでには至らなかった．しかし，得られた測定結果は，流動性の高い粘弾性流体の平面伸張変形時の応力と変形の様子を力学的手法で捉えた初めての測定例である．これは，既存の回転型レオメーターをプラットフォームとした新しい測定手法提案につながる成果と言える．