| 研究課題/領域番号 |
20K04159
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分18010:材料力学および機械材料関連
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| 研究機関 | 豊橋技術科学大学 |
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研究代表者 |
足立 忠晴 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20184187)
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| 研究分担者 |
石井 陽介 京都大学, 工学研究科, 助教 (70781706)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | 複合材料 / シリコーンゴム / シリカ粒子 / 中間層 / 力学的特性 / ナノ粒子 / 架橋密度 / 引張変形 / 破壊靭性 / 応力－ひずみ線図 / 複合則 / 粒子充填複合材料 / 材料設計 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
工業上重要な材料のひとつであるシリカ粒子充填シリコーンゴム複合材料について．ゴム母材の架橋密度および充填粒子の粒径を変化させることにより粒子表面に形成される中間層厚さを制御して材料設計の方法を提案する．ナノ粒子充填複合材料では母材高分子とナノ充填粒子との絡み合いにより粒子表面に形成される堅固な中間層と充填粒子が一体化して見かけ粒子として，ゴム状態にある母材内で挙動することから，重量の増加を伴わないで高剛性および高強度の粒子充填ゴム複合材料の作製が期待される．中間層の形成を母材の架橋構造と粒子の関係の観点で明らかにすることで中間層の形成を制御し複合材料の力学的特性の設計の検討を行う．
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| 研究成果の概要 |
シリコーンゴムにナノあるいはマイクロシリカ粒子を充填した複合材料の剛性，強度および靭性の力学的特性に及ぼす母材架橋密度およびナノ粒子表面に形成される中間層の影響を実験的，理論的に明らかにした．ゴム複合材料の剛性，強度および靭性は粒子充填率に依存し，中間層により見かけ上，ナノ粒子充填率が増加する効果があることを明らかにした．ただし特定の母材架橋密度によってはマイクロ粒子充填の場合よりもさらに破壊靭性が増加することがわかった．したがって，充填粒子の粒径および母材架橋密度によりゴム複合材料の剛性，強度および靭性を制御することが可能であることを明らかにした．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
ナノ粒子を充填することで粒子表面に形成される中間層により見かけ上，粒子充填率が増加し，低充填率でも高い剛性，靭性を得ることが可能であることを示した．その中でも母材ゴムの特定の架橋密度では粒径の大きい粒子を充填した場合よりもさらに高い破壊靭性を得ることができることが示した．以上のことから，粒子充填ゴム複合材料について，充填粒子の粒径・体積充填率および母材の架橋密度を変えることにより剛性，強度，靭性の力学的特性を材料設計することが可能であることを明らかにした．
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