5/28 高分子レオロジー特性の理解と 高分子材料複合化設計への活用

千葉大学 名誉教授　工学博士　大坪 泰文　氏

　レオロジーが主に対象とするのは粘弾性という力学挙動であり、典型的な材料は高分子です。高分子は、単純化するとひものように長い分子であり、この鎖状分子の運動と粘弾性との関係解明を基盤としてレオロジーは発展してきました。

　本セミナーのテーマは高分子複合材料ですが、まずは基本となる無定形（ランダムな鎖状形態）単分散（分子量がそろっている）高分子の粘弾性につき理解いただくことからスタートします。工業材料として多くの高分子が様々な分野で使用されていますが、無定形単分散高分子に対して付加的な分子間相互作用の導入あるいは他の材料との混合などにより性能向上が図られております。これらの効果を本セミナーでは複合という言葉に含め、後半では技術的応用という観点から複合化に関わるメカニズムとレオロジー物性との関係について説明します。さらに、伸長挙動や法線応力効果など高分子に特有なレオロジー特性と加工プロセスとの関連性についても触れます。

1．レオロジーの基礎
　1.1 連続体力学の基礎
　　(1) ひずみ
　　(2) ひずみ速度
　　(3) 応力
　1.2 粘度と非ニュートン流動
　　(1) せん断粘度の定義
　　(2) 擬塑性流動
　　(3)ダイラタント流動
　1.3　粘弾性モデル
　　(1) 粘性と弾性の熱力学的意味
　　(2) マックスウェルモデルと応力緩和
　　(3) フォークトモデルと遅延弾性
　1.4 動的粘弾性
　　(1) 振動ひずみと振動応力
　　(2) 貯蔵弾性率と損失弾性率
　　(3) 動的粘弾性関数の周波数依存性
　　(4) 動的粘弾性曲線からの流体と固体の判別

2．無定形単分散高分子の粘弾性
　2.1 高分子溶液の粘度挙動
　　(1) 高分子鎖の統計的性質
　　(2) 低濃度高分子溶液のニュートン流動
　　(3) 粘度と高分子コイルの体積効果
　　(4) 濃厚高分子溶液の擬塑性流動
　　(5) 粘度曲線の普遍性
　　(6) 高分子の分子量と粘度挙動との関係
　2.2 高分子固体および溶融体の粘弾性挙動
　　(1) 高分子のガラス状態とガラス転移
　　(2) 高分子のガラス状態における粘弾性挙動
　　(3) 高分子鎖のミクロブラウン運動
　　(4) 時間―温度換算則
　　(5) シフトファクターの温度依存性
　　(6) からみあいと緩和時間
　　(7) 高分子の分子量とマスターカーブとの関係
　　(8) Cox-Merzの経験則

3，高分子複合材料における高次構造および不均一構造と粘弾性
　3.1 会合性高分子溶液の粘度挙動
　　(1) 会合による過渡的分子間結合
　　(2) 会合性高分子水溶液のダイラタント流動
　　(3) 微粒子分散系の粘度コントロールへの応用
　3.2 結晶性高分子の粘弾性挙動
　　(1) 高分子鎖の結晶形態
　　(2 )結晶性高分子の粘弾性挙動
　　(3 )液晶高分子の構造と流動配向
　3.3 ゴムの粘弾性挙動
　　(1) ゴムの架橋構造と粘弾性
　　(2) 重合硬化反応とゲル化
　　(3) パーコレーションと臨界挙動
　3.4 高分子ブレンドの粘弾性挙動　
　　(1) 非相溶性高分子ブレンドの粘弾性挙動
　　(2) 高分子の相分離構造と粘弾性挙動
　　(3)ブロック共重合体の相分離構造と力学物性
　3.5 微粒子―高分子複合系固体材料の粘弾性挙動
　　(1) 粘弾性挙動に及ぼす微粒子の充填効果
　　(2) 高分子複合材料の破壊挙動
　　(3) ナノ粒子分散高分子の粘弾性挙動
　3.6 高分子レオロジーの三次元的特性と加工プロセス
　　(1) 伸長流動の幾何学
　　(2) 非定常流動場における伸長粘度
　　(3) 高分子の紡糸性と分子量分布
　　(4) ジェットインクの糸引き性
　　(5) 高分子の紡糸性と分岐構造
　　(6) 弾性効果の三次元性
　　(7) 法線応力と精密成形
　3.7 生物由来高分子の興味深い粘弾性挙動
　　(1) 絹の紡糸と結晶化
　　(2) ゼラチンの分子構造と非線形粘弾性

質疑応答
 

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