高靭性環動複合材料の創製とその破壊機構の解明

高韧性环形复合材料的制备及其断裂机制的阐明

• 批准号: 18J13038
• 负责人: LIU CHANG
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18J13038/
• 关键词: 高分子物性; 超分子構造; 複合材料; 破壊力学; 伸長結晶化

本研究では、静的破壊及び動的疲労抵抗性が大幅に向上した環動高分子複合材料の創成を目的としている。まず、モデル材料である環動ゲルの環状分子数を減少することで、架橋点のスライドによってむきだされた軸高分子の長さを増加し、伸長結晶化による強靭化に成功した。ゲル中の高分子濃度を増加することで、分子間相互作用を強めることができ、さらに伸長結晶化を促進した。高濃度環動ゲルに対してⅩ線散乱のその場測定を大型放射光施設SPring-8にて行った結果、伸長率の増加とともに結晶構造がらせん状結晶から伸びきり鎖結晶に変化することが明らかになった。また、溶媒に囲まれている高分子網目は高い運動ダイナミクスを持つため、環動ゲルの伸長結晶構造が繰り返し負荷・除荷に応じて周期的に生成・消滅できるといった優れた即時回復性を示すことが分かった。そして、可逆的結晶構造が環動ゲルの破壊と疲労抵抗性に与える影響を調べた。人工亀裂を入れた環動ゲルが一軸延伸または周期的に負荷・除荷下での亀裂進展の偏向と分岐が観察された。亀裂先端における局所歪みの拡大によって、高分子鎖が優先的に結晶化し、亀裂進展を阻止する効果が確認できた。さらに、溶媒を含まない環動エラストマーにおいても、ポリロタキサンを架橋剤に使うと、ポリロタキサンの著しい形態変化に伴って、大きな粘性散逸が起こり、その結果として強靭化が実現することを見出した。環動複合材料の作成について、ナノセルロースを高濃度環動ゲルに充填することで、ゲルの弾性率と破壊靭性を向上に成功した。異方性ナノ粒子と高分子間の相互作用を強めることで、環動ゲルにおける伸長結晶化を促進し、強靭性のさらなる大幅な向上が期待できる。

This study で は, static broken 壊 and び move exhausted 労 resistance が に sharply upward し た ring dynamic polymer composites の chuang cheng を purpose と し て い る. ま ず, モ デ ル material で あ る ring move ゲ ル の ring number of molecules を reduce す る こ と で, bridging point の ス ラ イ ド に よ っ て む き だ さ れ た long axis polymer の さ を raised し, elongation requirement by crystallization に よ る strong 靭 に successful し た. ゲ ル を の polymer concentration in the rights issue and す る こ と で, strong intermolecular interactions を め る こ と が で き, さ ら に elongation crystallization を promote し た. High concentrations of ring move ゲ ル に し seaborne て Ⅹ line messy の そ の field measurement を large radiation light facilities SPring - 8 に て line っ た result, elongation の raised と と も に crystal structure が ら せ ん shape crystal か ら stretch び き り lock crystallization に variations change す る こ と が Ming ら か に な っ た. ま た, solvent に 囲 ま れ て い る polymer mesh は high い motion ダ イ ナ ミ ク ス を hold つ た め, ring ゲ ル の elongation crystal structure が Qiao り return し load, in addition to the Dutch に 応 じ に て cycle generation, eliminate で き る と い っ た optimal れ た instant resilience を shown す こ と が points か っ た. そ し て, reversible crystal structure が ring ゲ ル の broken 壊 と exhausted 労 resistance に and え る influence を adjustable べ た. Artificial growing crack を into れ た ring move ゲ ル が a shaft extends ま た に は cycle under the load, in addition to the Netherlands で の の growing crack progress towards と branching が 観 examine さ れ た. Growing crack apex に お け る bureau slanting み の company, big に よ っ て, polymer lock が priority に crystallization し, growing crack progress を stop す る unseen fruit が confirm で き た. さ ら に, solvent を ま な い ring move エ ラ ス ト マ ー に お い て も, ポ リ ロ タ キ サ ン を bridging tonic に make う と, ポ リ ロ タ キ サ ン の the し い morphology variations に with っ て, big き な viscous dissipation が up こ り, そ の results と し て strong 靭 が be presently す る こ と を shows し た. Dynamic composite の ring made に つ い て, ナ ノ セ ル ロ ー ス を high-concentration ring move ゲ ル に filling す る こ と で, ゲ ル の 弾 sex rate と broken 壊 靭 sex を に up successful し た. Different part ナ ノ particle と の interaction between polymer を strong め る こ と で, ring ゲ ル に お け る elongation crystallization を promote し, strong 靭 の さ ら な る な sharply upward が expect で き る.

项目成果

高強度・高回復性環動ゲルの大変形挙動と伸長結晶化

高强度、高恢复环动凝胶的大变形行为及伸长结晶

• 发表时间: 2019
• 作者: 劉暢;姜嵐;眞弓皓一;酒井崇匡;横山英明;伊藤耕三
• 通讯作者: 伊藤耕三

Direct Observation of Large Deformation and Fracture Behavior at the Crack Tip of Slide-Ring Gel

• DOI: 10.1149/2.0241909jes
• 发表时间: 2019-04-23
• 期刊: JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY
• 影响因子: 3.9
• 作者: Liu, Chang;Mayumi, Koichi;Ito, Kohzo
• 通讯作者: Ito, Kohzo

ハイドロゲルの伸長誘起構造による強靭化

由于水凝胶的拉伸诱导结构而增韧

• 发表时间: 2019
• 作者: 劉暢;姜嵐;眞弓皓一;酒井崇匡;横山英明;伊藤耕三
• 通讯作者: 伊藤耕三

ポリロタキサン架橋剤を用いた可動架橋エラストマーの大変形挙動とin-situ X線構造解析

使用聚轮烷交联剂的可移动交联弹性体的大变形行为和原位X射线结构分析

• 发表时间: 2019
• 作者: 劉暢;後藤弘旭;Imran Abu Bin;原光生;関隆広;眞弓 皓一;伊藤耕三;竹岡敬和
• 通讯作者: 竹岡敬和

Fracture and Toughening Mechanisms in Slide-Ring gels

滑环凝胶的断裂和增韧机制

• 发表时间: 2018
• 作者: Chang Liu;Lan Jiang;Koichi Mayumi;Hideaki Yokoyama;Kohzo Ito
• 通讯作者: Kohzo Ito