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ナノ構造制御による耐衝撃性高分子材料の開発研究

研究課題

研究課題/領域番号 15360059
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 機械材料・材料力学
研究機関九州大学

研究代表者

新川 和夫  九州大学, 応用力学研究所, 教授 (00151150)

研究分担者 東藤 貢  九州大学, 応用力学研究所, 助教授 (80274538)
森田 康之  九州大学, 応用力学研究所, 助手 (90380534)
高橋 淳  電気化学工業株式会社, 千葉工場研究部, 主任研究員
研究期間 (年度) 2003 – 2005
研究課題ステータス 完了 (2005年度)
配分額 *注記
13,800千円 (直接経費: 13,800千円)
2005年度: 2,700千円 (直接経費: 2,700千円)
2004年度: 3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
2003年度: 7,500千円 (直接経費: 7,500千円)
キーワード高分子および複合材料 / ナノ・ミクロ構造 / 耐衝撃性 / 力学物性 / 破壊挙動 / 破壊靱性 / モルフォロジー / 破壊メカニズム / 高分子材料 / ナノ構造制御 / 耐衝撃性評価 / 力学物性計測 / 破壊靭性 / 耐衝撃性評 / モルホロジー
研究概要

本研究では,まず高分子材料と複合材料の衝撃破壊靱性を高精度で評価できる新しい手法の開発を行なった.そして生分解性高分子と複合材料を含む種々の材料に応用し,計測手法の妥当性と適応性を明らかにした.さらにその手法を,ナノ・ミクロレベルで構造制御された材料の破壊挙動を調べることにより,撃性破壊メカニズムを詳細に解析した.その概略を以下に示す.
高分子系材料の破壊靱性は負荷速度に大きく依存するため,材料の粘性が破壊挙動に影響を及ぼすこと,また,き裂が高速度で進展する脆性破壊では,動的効果を考慮すべきであることが指摘されている.しかし,粘性および動的効果を定量的に評価することは技術的に容易でなく,これまでほとんどなされていないのが現状である.本研究では,粘性と動的効果を計測するための装置の開発を進め,試験片の破断後の残留変位と動的エネルギが計測できることを可能とした.またこの装置を応用し,脆性破壊における粘性と動的効果が分離できること,すなわち試験片に作用する外力仕事が弾性エネルギと非弾性エネルギ,破面形成に要する破壊エネルギに分離できることを示し,衝撃破壊メカニズムが詳細に解析できることを明らかにした.
さらに本研究では,ナノ・ミクロレベルで構造を制御した生分解性高分子材料や複合材料をアニーリングやポリマーブレンドすなわち異種の生分解性材料と混合することにより作製した.作製した材料の破壊靱性を静的および衝撃下で評価した.また偏光顕微鏡と電子顕微鏡で破面やき裂先端近傍の損傷域を詳細に計測した.さらにき裂進展を制御する破壊パラメータとして,エネルギ解放率を荷重-変位曲線より決定し,ナノ・ミクロレベルで構造を制御することにより,破壊靱性が大幅に改善できることを明らかにした.

報告書

(4件)
  • 2005 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2004 実績報告書
  • 2003 実績報告書
  • 研究成果

    (50件)

すべて 2006 2005 2004 その他

すべて 雑誌論文 (44件) 文献書誌 (6件)

  • [雑誌論文] Effect of crystallinity and loading-rate on node I fracture behavior of poly(latic acid)2006

    • 著者名/発表者名
      S.D.Park, M.Todo, K.Arakawa, M.Koganemaru
    • 雑誌名

      polymer 46

      ページ: 923-929

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Experimental Study on the Thermo-Mechanical Effects of Underfill and Low-CTE Suvstrate in a Flip-Chip Device2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Morita, K.Arakawa, M.Todo, M.Kaneto
    • 雑誌名

      Microelectronics Reliability 46

      ページ: 923-929

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Measuring Fracture Energy in a Brittle Polymeric Material2006

    • 著者名/発表者名
      Kazuo Arakawa, Toshio Mada
    • 雑誌名

      Experimental Mechanics 46・3(印刷中)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 非定常高速き裂進展挙動の実験解析2006

    • 著者名/発表者名
      新川和夫, 馬田俊雄
    • 雑誌名

      実験力学 6・2(印刷中)

    • NAID

      10018147233

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effect of crystallinity and loading-rate on mode I fracture behavior of poly(lactic acid)2006

    • 著者名/発表者名
      S.D.Park, M.Todo, K.Arakawa, M.Koganemaru
    • 雑誌名

      Polymer 47

      ページ: 1357-1363

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Experimental Study on the Thermo-Mechanical Effects of Underfill and Low-CTE Substrate in a Flip-Chip Device2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Morita, K.Arakawa, M.Todo, M.Kaneto
    • 雑誌名

      Microelectronics Reliability 46

      ページ: 923-929

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Measuring Fracture Energy in a Brittle Polymeric Material2006

    • 著者名/発表者名
      K.Arakawa, T.Mada
    • 雑誌名

      Experimental Mechanics 46-3(in press)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Experimental Analysis of Unstable Dynamic Crack Propagation Behavior2006

    • 著者名/発表者名
      K.Arakawa, T.Mada
    • 雑誌名

      Journal of the Japanese Society for Experimental Mechanics 6-2(in press)

    • NAID

      10018147233

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 安定・不安定き裂進展を伴う高分子材料の破壊エネルギ計測2005

    • 著者名/発表者名
      新川和夫, 馬田俊雄, 朴相玳, 東藤貢
    • 雑誌名

      実験力学 5・2

      ページ: 125-129

    • NAID

      10016443256

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] ウェッジガラス板を用いた位相シフトモアレ干渉法による電子パッケージの熱変位場・熱ひずみ場の計測2005

    • 著者名/発表者名
      森田康之, 新川和夫, 東藤貢
    • 雑誌名

      計測自動制御学会論文集 41・8

      ページ: 625-629

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] ハイドロキシアパタイト粒子分散ポリL乳酸の破壊挙動に及ぼす粒子形状の影響2005

    • 著者名/発表者名
      東藤 貢, 朴 相玳, 新川和夫, 竹之下康治
    • 雑誌名

      日本複合材料学会誌 31・14

      ページ: 31-37

    • NAID

      10016629448

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effect of Mixing Process on the Fracture Behavior of HA/PLLA Composite Material2005

    • 著者名/発表者名
      S.D.Park, M.Todo, K.Arakawa, Y.Takenoshita
    • 雑誌名

      Key Engineering Materials 2.297-300

      ページ: 2453-2458

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Fracture Energy Measurement in Polymer with Stable and Unstable Crack Propagation2005

    • 著者名/発表者名
      K.Arakawa, T.Mada, S.-D.Park, M.Todo
    • 雑誌名

      Journal of the Japanese Society for Experimental Mechanics 5-2

      ページ: 125-129

    • NAID

      10016443256

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Thermal Displacement and Strain Fields Measurement of Electronic Package, Stacked-MCP, by Phase-Shifting Moire Interferometry using Wedged Glass Plate2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Morita, K.Arakawa, M.Todo
    • 雑誌名

      Transactions of the Japan Society of Instrument and Control Engineers 41-8

      ページ: 625-629

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effect of Particle Shape on the Fracture behavior of HA/PLLA Composite2005

    • 著者名/発表者名
      M.Todo, S.-D.Park, K.Arakawa, Y.Takenoshita
    • 雑誌名

      Journal of the Japan Society for Composite Materials 31-14

      ページ: 177-1839

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effect of Mixing Process on the Fracture Behavior of HA/PLLA Composite Material2005

    • 著者名/発表者名
      S.D.Park, M.Todo, K.Arakawa, Y.Takenoshita
    • 雑誌名

      Key Engineering Materials 12.297-300

      ページ: 2453-2458

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 安定・不安定き裂進展を伴う高分子材料の破壊エネルギ計測2005

    • 著者名/発表者名
      新川和夫, et al.
    • 雑誌名

      実験力学 5・2

      ページ: 125-129

    • NAID

      10016443256

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Dynamic and Viscoplasitic Effects in Brittle Fracture in PMMA2005

    • 著者名/発表者名
      K.Arakawa, et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of the International Congress on Experimental Mechanics 4・1(CD-ROM)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Finite Element Modeling of Damage Formation in Rubber-Toughened Polymer2005

    • 著者名/発表者名
      M.Todo, et al.
    • 雑誌名

      Key Engineering Materials 297・300

      ページ: 1019-1024

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] ハイドロキシアパタイト粒子分散ポリL乳酸の破壊挙動に及ぼす粒子形状の影響2005

    • 著者名/発表者名
      東藤 貢, et al.
    • 雑誌名

      日本複合材料学会誌 31・4

      ページ: 31-37

    • NAID

      10016629448

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] ウェッジガラス板を用いた位相シフトモアレ干渉法による電子パッケージの熱変位場・熱ひずみ場の計測2005

    • 著者名/発表者名
      森田康之, et al.
    • 雑誌名

      計測自動制御学会論文集 41・8

      ページ: 625-629

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Effect of Mixing Process on the Fracture Behavior of HA/PLLA Composite Material2005

    • 著者名/発表者名
      S.D.Park, et al.
    • 雑誌名

      Journal of Materials Science 40

      ページ: 1055-1058

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Effect of Mixing Process on the Fracture Behavior of HA/PLLA Composite Material2005

    • 著者名/発表者名
      S.D.Park, et al.
    • 雑誌名

      Key Engineering Materials 97・300

      ページ: 2453-2458

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Dynamic optical visualization on the interaction between propagating crack and stationary crack2005

    • 著者名/発表者名
      X.F.Yao, et al.
    • 雑誌名

      Optics and Lasers in Engineering 43

      ページ: 195-207

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] ゴルフボールの斜め衝撃挙動に関する実験解析2005

    • 著者名/発表者名
      新川和夫, et al.
    • 雑誌名

      実験力学 5・4

      ページ: 351-355

    • NAID

      10017152384

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 斜め衝突ゴルフボールの動的接触計測2005

    • 著者名/発表者名
      新川和夫, et al.
    • 雑誌名

      実験力学 5・4

      ページ: 356-360

    • NAID

      10017152402

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Fracture Energy Measurements of Biodegradable Poly(Lactic Acid)2005

    • 著者名/発表者名
      K.Arakawa, et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of the 2005 SEM Annual Conference and Exposition on Experimental and Applied Mechanics (CD-ROM)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Dependence of Loading-Rate on the Fracture Mechanism of MBS Polymer Blend2005

    • 著者名/発表者名
      M.Todo, et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of the 5th International Conference on Mechanics of Time Dependent Materials (CD-ROM)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Microscopic observation and modeling of toughening mechanism in rubber-modified polymer2005

    • 著者名/発表者名
      M.Todo, et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of 11th International Conference on Fracture (CD-ROM)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Characterization of Fracture Mechanism of PLLA/PCL Polymer Blend2005

    • 著者名/発表者名
      S.D.Park, et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of the 5th Japan-Korea Joint Symposium on Composite Materials

      ページ: 45-46

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Effects of Isothermal Crystallization on Fracture Toughness and Crack Growth Behavior of Poly(lactic acid)2005

    • 著者名/発表者名
      S.D.Park, et al.
    • 雑誌名

      Journal of Materials Science 40

      ページ: 1055-1058

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] メタクリル樹脂の脆性破壊エネルギの計測(第2報,高速度変位計の応用)2004

    • 著者名/発表者名
      新川和夫, 馬田俊雄
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集(A編) 70・695

      ページ: 936-940

    • NAID

      110004998782

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] GM充填エボキシ樹脂の破壊靭性に及ぼすゴム変性の影響2004

    • 著者名/発表者名
      東藤貢, 米田真介, 新川和夫
    • 雑誌名

      材料 53・9

      ページ: 950-955

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effect of Annealing on the Fracture Toughness of Poly(lactic acid)2004

    • 著者名/発表者名
      S.-D.Park, M.Todo, K.Arakawa
    • 雑誌名

      Journal of Materials Science 39

      ページ: 1113-1116

    • NAID

      110002489515

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effect of annealing on fracture mechanism of biodegradable2004

    • 著者名/発表者名
      S.D.Park, M.Todo, K.Arakawa
    • 雑誌名

      Key Engineering Materials 261・263

      ページ: 105-110

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Measurement of Brittle Fracture Energy in PMMA (2nd Report, Application of High-Speed Extensometer)2004

    • 著者名/発表者名
      K.Arakawa, T.Mada
    • 雑誌名

      Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, (Series A) 70-695

      ページ: 936-940

    • NAID

      110004998782

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effect of Rubber Modification on the Fracture Properties of GM Filled Epoxy Resin2004

    • 著者名/発表者名
      M.Todo, S.Komeda, K.Arakawa
    • 雑誌名

      Journal of the Society of Materials and Sciences Japan 53-9

      ページ: 950-955

    • NAID

      110006266352

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effect of Annealing on the Fracture Mechanism of Biodegradable Poly(Lactic Acid)2004

    • 著者名/発表者名
      S.-D.Park, M.Todo, K.Arakawa
    • 雑誌名

      Key Engineering Materials 261-263

      ページ: 105-110

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] GM充填エポキシ樹脂の破壊特性に及ぼすゴム変性の影響2004

    • 著者名/発表者名
      東藤 貢, et al.
    • 雑誌名

      材料 53・9

      ページ: 950-955

    • NAID

      110006266352

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 合わせガラスの衝撃エネルギー吸収機構2004

    • 著者名/発表者名
      東藤 貢, et al.
    • 雑誌名

      実験力学 4・2

      ページ: 120-127

    • NAID

      10013274356

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Effect of annealing on fracture mechanism of biodegradable poly(lactic acid)2004

    • 著者名/発表者名
      S.D.Park, et al.
    • 雑誌名

      Key Engineering Materials 261・263

      ページ: 105-110

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Effect of Annealing on the Fracture Toughness of Poly(lactic acid)2004

    • 著者名/発表者名
      S.D.Park, et al.
    • 雑誌名

      Journal of Materials Science 39

      ページ: 1113-1116

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Toughening Mechanism of Bioabsorbable PLA/PCL Polymer Blend2004

    • 著者名/発表者名
      M.Todo, et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of the SEM X International Congress and Exposition on Experimental and Applied Mechanics (CD-ROM)

      ページ: 55-55

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] メタクリル樹脂の脆性破壊エネルギの計測(第2報,高速度変位計の応用)2004

    • 著者名/発表者名
      新川和夫, et al.
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集(A編) 70・695

      ページ: 936-940

    • NAID

      110004998782

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [文献書誌] 東藤 貢, et al.: "ポリ(L-乳酸)の破壊挙動に及ぼす加水分解の影響"高分子論文集. 60・11. 644-651 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 森田康之, et al.: "位相シフトモアレ干渉法によるSOJ電子パッケージの熱ひずみ解析"実験力学. 3・1. 28-33 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] K.Arakawa, et al.: "Dynamic Measurements of the Fracture Behavior of Polymeric Material"Proc.of the SEM Annual Conference & Exposition on Experimental Mechanics and Applied Mechanics. (CD-ROM). (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 篠原信之, et al.: "ポリ乳酸のモードI破壊挙動に及ぼす微視構造と負荷速度の影響"日本機械学会論文集(A編). 69・677. 95-101 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] S.-D.Park, et al.: "Fracture Properties of Bioabsorbable HA/PLLA Composite Material"Proc.of The 4th Korea-Japan Joint Symposium on Composite Materials. 35-36 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
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公開日: 2003-04-01   更新日: 2016-04-21  

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