| 研究課題/領域番号 |
17K06062
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| 研究機関 | 中央大学 |
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研究代表者 |
米津 明生 中央大学, 理工学部, 教授 (40398566)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 多孔質高分子膜 / 変形 / 破壊 / その場観察 / 有限要素法 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，多孔質高分子膜（ポーラスポリマーメンブレン）の変形と破壊の力学モデリング法を構築する．はじめに，X線CT，走査型電子顕微鏡，原子間力顕微鏡などの観察装置を用いたその場観察用負荷装置を開発し，負荷中の細孔（マイクロ・ナノポア）構造のミクロ力学場の検討，さらには全視野画像計測による変位場計測法を用いて高分子膜の巨視的な変形と破壊特性（力学応答）を評価する．なお，観察装置は対象材料のポアサイズによって使い分ける．そして，細孔形状の3次元構造をモデル化した有限要素法により，多孔質高分子膜の力学モデリング法を構築する．つまり，実際のランダム性を考慮した細孔構造モデルを構築することで，巨視的な力学応答のみならず，負荷中に変形する細孔のミクロ構造シミュレーションを可能にする．したがって，本研究ではマイクロ・ナノスケール細孔（マイクロ・ナノポア）を有する多孔質高分子膜の変形および破壊のモデリング手法を構築し，機械的耐久性の向上を目指した力学設計や膜分離（ろ過）性能の寿命検討などを材料創製の段階から提案できるようにすることを最終の目標としている．
今年度は実験的手法の開発に従事し，単軸引張試験による変形・破壊特性評価や，その場観察負荷装置の開発を計画していた．本研究では上述のとおり各種顕微鏡を用いて，ミクロ的な観察をしながら単軸引張試験が行える装置を開発した．これにより，高分子膜材料中の細孔構造のミクロ変形挙動と，マクロな変形挙動の発現機構を明らかにすることができた．本研究では，高分子膜中の骨格寸法が方向によって異なる材料，また孔形状が異方性を有した楕円形状の材料などを検討し，負荷方向によって異なるミクロおよびマクロな変形挙動を明らかにできるその場観察装置を開発した．得られた成果は国際学術誌や国際会議で広く公表した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究では，マイクロ・ナノスケール細孔（マイクロ・ナノポア）を有する多孔質高分子膜の変形および破壊のモデリング手法を構築する．これにより，機械的耐久性の向上を目指した力学設計や膜分離（ろ過）性能の寿命検討などを材料創製の段階から提案できるようになる．本計画の大要は，（１）その場観察負荷装置の開発，（２）変形・破壊の力学モデリング手法の構築，（３）実用を想定した力学問題への展開 である．
本研究は３年計画であり，平成29年度は主に実験的手法の開発に従事し，単軸引張試験による変形・破壊特性評価や，その場観察負荷装置の開発を計画していた．とくに後者は細孔構造の変化をミクロ的に観察するため，本研究課題達成の成否を握っている．
本研究では走査型電子顕微鏡，X線CT法，光学顕微鏡などを用いて，ミクロ的な観察をしながら単軸引張試験が行える装置を開発した．これにより，高分子膜材料中の細孔構造のミクロ変形挙動と，マクロな変形挙動の発現機構を明らかにすることができた．本研究では，高分子膜中の骨格寸法が方向によって異なる材料，また孔形状が異方性を有した楕円形状の材料などを検討し，負荷方向によって異なるミクロおよびマクロな変形挙動を明らかにできるその場観察装置を開発した．得られた成果は国際学術誌（査読付きジャーナル），国際会議および国内学会などで広く公表している．
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| 今後の研究の推進方策 |
上述のとおり，本計画の大要は，（１）その場観察負荷装置の開発，（２）変形・破壊の力学モデリング手法の構築，（３）実用を想定した力学問題への展開 である．今後の平成30年度はモデリング手法（解析法）の開発を主に行い，前年度の実験結果と照合しながら進めて行く．そこでは，細孔構造をモデル化したFEM解析法を確立し，新たな力学モデリング手法を検討する．最後の平成31年度は，研究の進化と成果統合段階であり，とくにクリープや繰返し負荷，き裂進展（多軸応力状態）へ展開し，本研究で構築したモデリング法を更に発展させる．
したがって，本研究では，マイクロ・ナノスケール細孔（マイクロ・ナノポア）を有する多孔質高分子膜の変形および破壊のモデリング手法を構築し，機械的耐久性の向上を目指した力学設計や膜分離（ろ過）性能の寿命検討などを材料創製の段階から提案できるようにすることを目標としている．
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