2019 Fiscal Year Annual Research Report
Effects of interphase layer on mechanical properties of silicone rubber composite filled with nano-silica particles
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17K06053
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石井 陽介 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70781706)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 材料設計 / シリカ粒子 / シリコーンゴム / ヤング率 / 比例限界ひずみ / 中間層 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ナノシリカ粒子を充填したシリコーンゴム複合材料の変形特性，強度特性，破壊特性などの力学的特性について，充填ナノシリカ粒子表面に特有に形成される中間層が及ぼす効果を明らかにすることを目的としている．変形特性，強度特性，破壊特性に生じる充填粒子の粒径依存性の相違を利用して，ナノシリカ粒子充填によりシリコーンゴム複合材料の力学的特性を独立に制御することが可能となる材料設計方法を提案することを目的とした．
ナノおよびマイクロ粒子を充填した複合材料の引張試験の結果からいずれの複合材料の応力―ひずみ線図ともにJ形を示した．ゴム材料の重要な特性である柔軟性を示す低ひずみ領域を最小二乗法により線形近似を行い，ヤング率を求め，さらに最小二乗法の決定係数が0.99となるひずみの最大値を比例限界ひずみとして同定した．
粒子充填率を見かけ粒子の体積充填率を使用すればLewis-Nielsenの複合則の結果と測定されたヤング率とはよく一致していることがわかり，粒子が中間層とともに一体で弾性挙動に影響を与えることがわかった．
比例限界ひずみにおいても，見かけの粒子が複合材料の弾性挙動に影響をしていることが確認された．また，シリコーンゴムから充填率が増加するとともに比例限界ひずみが減少した．ランダムに3次元に粒子が分布するモデルを用い，母材ゴムのひずみが比例限界ひずみとなるときに複合材料の比例限界ひずみとなると仮定して，複合材料の比例限界ひずみを表すことが可能となった．定式化された比例限界ひずみは実験結果とよく一致し，パーコレーションの閾値までの約0.3の体積充填率までは妥当であることを確認した．
以上のことからゴム材料において重要な低弾性変形領域において，ヤング率および比例限界ひずみを表すことができ，体積充填率とともに中間層を考慮することで複合材料の弾性変形を設計することが可能となった．
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