2014 Fiscal Year Annual Research Report
結晶質部分と非晶質部分の塑性変形機構に基づく高分子塑性論の構築
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25630003
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
青柳 吉輝 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70433737)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 高分子材料 / 球晶 / ポリプロピレン / 階層的モデリング / 力学特性 / 塑性力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
結晶性高分子材料であるポリプロピレンの結晶・非晶構造が材料の応力ひずみ応答に与える影響を評価するため，成形条件によって球晶サイズを変化させた材料の結晶組織観察，結晶化度および応力ひずみ応答を測定した．球晶サイズが増大するにつれて結晶化度，弾性率および降伏応力が増加していることが確認できた．また，平成25年度に構築した結晶質部分と非晶質部分の塑性変形を同時に表現可能な階層的高分子塑性モデルを基礎とし，材料内部が球晶で埋め尽くされるようなポリプロピレンを想定し，有限要素法解析を行った．本解析を行う際に，混合側におけるひずみ一定および応力一定の仮定について検討した．その結果，ひずみ一定の混合側では降伏応力および弾性率の結晶化度依存性は表れ，応力一定の混合側ではくびれ部の伝ぱといった高分子特有の変形挙動が表現できるということがわかった．実験で得られた結晶化度を反映させた数値解析を行い，材料の巨視的な力学挙動について評価した．さらに，結晶性高分子材料の微視的な塑性変形挙動を検証するため，分子動力学法を用いた原子シミュレーションによって結晶性高分子であるポリプロピレンの結晶相および非晶相を想定した引張り変形シミュレーションを行うことで各相の微視的な塑性変形挙動を調べた．塑性変形領域において各相の特徴的な塑性変形挙動が確認できた．非晶相では自由体積の増加による軟化と，分子鎖の引き抜きに伴う引張り方向への配向から生じる変形抵抗の増加がみられた．結晶相では，分子鎖のキンク回転による局所的なすべり変形が伝ぱするという結果が得られた．
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