ソフトマテリアルの粘着剥離過程における時空パターンとその制御

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14045254
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 戸田 昭彦 広島大学, 総合科学部, 助教授 (70201655)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山崎 義弘 早稲田大学, 理工学部, 講師 (10349227) ; 水口 毅 大阪府立大学, 大学院・工学研究科, 講師 (80273431) ; 彦坂 正道 広島大学, 総合科学部, 教授 (60087103)
• Keywords: 粘着 / 剥離 / 自励振動 / メニスカス不安定性 / 時空パターン

Research Abstract

バネに接続した粘着テープを一定の速度で引き上げて、貼り付けた基板から剥離すると、剥離速度に応じて典型的な剥離形態が2種類知られている。これらは、メニスカス不安定性と考えられているフィンガリングにより、粘着剤とテープの間に空気が進入するトンネル状形態が形成されるか否かによって分類される。この現象は高分子粘着剤の(時間温度換算即に従う)粘弾性的性質の剥離速度依存性に大きく影響され、ソフトマテリアルの微視的性質がマクロな現象に現れる典型的な現象として興味深い。さらには、剥離現象の物理的基礎を理解することにより、実用上の制御の可能性を検討することを本研究の目的とした。
剥離は1次元的な剥離線で生じるので、剥離の時間的推移が剥離後の粘着剤のパターンとして粘着テープ表面に残される。今回の我々の研究により、系全体の堅さ(直列につなぐバネの係数)と剥離速度を適当に設定すれば、トンネル状形態の有無によって上記の二つの領域が時空パターンを形成することが見いだされた。すなわち中間速度域でバネ定数が小さい場合には、剥離荷重の振動にあわせて低速剥離と高速剥離が交互に現れる。バネ定数が大きくなり、自励振動しない領域では低速剥離と高速剥離が時空間欠的に表れる。剥離が実現するために必要な時間とシステム固有の緩和時間に関する議論により、これらの時空パターンを定性的に理解るモデルを提案した。
さらには、高分子粘着剤の粘弾性的性質を粘着テープ剥離のダイナミクスに取り入れたモデルを提案し、界面での臨界剥離荷重が正の剥離速度依存性を持つべきであることを示し、その微視的なモデルを提案した。

Research Products

• [Publications] 山崎義弘: "粘着テープの剥離過程で形成される時空パターン"日本物理学会誌. 59. 39-43 (2004)
• [Publications] Y.Yamazaki: "Dynamical-morphological property of adhesive tape in peeling"J.Phys.Soc.Jpn.. 71. 1618-1621 (2002)
• [Publications] A.Toda: "Thermo-mechanical coupling and self excited oscillation in the neck propagation of PET films"Polymer. 43. 947-951 (2002)
• [Publications] A.Toda: "AFM observation of polyethylene single crystals : Selective handedness of screw dislocations in a chair type"2003,Polymer,44,6135-6138"Polymer. 44. 6135-6138 (2003)
• [Publications] A.Toda: "Superheating of the melting kinetics in polymer crystals : a possible nucleation mechanism"Polymer. 43. 1667-1679 (2002)
• [Publications] K.Sato: "Physical mechanism of stick-slip behavior in polymer melt extrusion : temperature dependence of flow curve"J.Phys.Soc.Japan. 70. 3268-3273 (2001)