| 研究概要 |
ガラスはそのガラス転移温度以下で原子および分子の運動が凍結された固体であると考えられ、応力を加えると粘性流動や永久歪みは発生せず、そのまま破壊にいたると考えられてきた。本研究において、ガラスファイバーを湾曲させることによってガラス転移温度よりはるかに低い温度での微小な歪量を読み取り、粘性および緩和過程を解析することができた。さらに、粘弾性材料の変形モデルの解析としてMaxwell要素とVoigt要素を直列に結んだBurgerモデル(4要素モデル)を用いて粘性変形と弾性変形の分離を試みた。
鉛ケイ酸塩ガラスおよびソーダ石灰ガラスを用いてガラス転移温度以下における粘性の測定を行った。測定したガラスファイバーとして線引きしたばかりのものとガラス転移温度以下の温度で種々の時間予備熱処理したファイバーを用いた。予備熱処理温度および時間が増加するにつれて各々のガラスのガラス転移温度以上の粘度を最適化することによって得られたFulcher粘性曲線(1ogeta=A+B/(T-To)、eta:粘度、A.B,To:定数)にガラス転移温度以下で近づくことがわかった。さらに、粘弾性挙動をBurgerモデルを用いて弾性変形・粘弾性変形および粘性変形にそれぞれ分離解析を打った。その結果、応力緩和過程において粘性変形は時間とともに増大するが、粘弾性変形はある時間において最大値を示しその後減少することが分かり、その減少傾向は測定温度によって大きく変化することが分かった。また、各々のMaxwellとVoigt要素におけるスプリングとダッシュポットの定数を比較したところ、MaxwellおよびVoigtの弾性定数とも温度の低下につれて増大するが、Maxwell要素の弾性定数が一桁近く大きいことが分かった。また粘性係数も温度の低下につれて増大し、Voigt要素の方が若干ではあるが大きいことが分かった。
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