Characterization and analysis of degradation mechanisms for functional composite materials

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K22469
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0401:Materials engineering, chemical engineering, and related fields
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: Nakaya Toshimi 広島大学, デジタルものづくり教育研究センター, 特任助教 (80882050)
• Project Period (FY): 2020-09-11 – 2022-03-31
• Keywords: ゴム・エラストマー / X線CT / 複合材料 / 高分子構造

Outline of Final Research Achievements

Focusing on environmental temperature as one of the degradation factors of rubber materials, we investigated the effect of cross-linking on the low-temperature crystallinity and kinetics of NR/BR blend rubbers in low-temperature environments. Polymer conformational changes and macromolecular crystals are easily induced at low temperatures due to lower crosslink density, the phenomenon was elucidated by the rate of kinetic spring change, the rate of crystal melting enthalpy change by DSC, and the rate of T2 change by pulsed NMR for samples at room temperature and those stored at low temperature for a certain period. Contribution of changes in NR motility to low temperature crystallization was also confirmed by solid state NMR at low temperature.
Furthermore, aiming to improve macroscopic structural analysis of polymeric materials, high-contrast X-ray CT imaging of polymeric structure was achieved by graft polymerization of heavy element monomers into the polymer matrix.

Free Research Field

高分子化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

低温環境下で週末のみ車を使用する場合に、振動制御の機能低下が報告されている。エンジンマウントの防振ゴムの硬化が時間の経過によって発達し、ばね定数が大きくなったことが原因と考えられるが、運転により温度が上昇することで、ばね定数が低下し、硬化したゴムの弾性が回復することが分かっている。
本研究では低温環境下におけるゴム・エラストマー材料の機能低下に関する評価法を確立し、さらに高分子材料の巨視的な構造解析法の改善を行うことで、これまで高分子材料の母材と添加剤の構造の区別が困難であった複合材料のX線を用いた構造観察の領域において、造影剤による改善法を確立し、社会実装を目指す。