界面非破壊分析手法を用いた高分子の界面ダイナミクス評価

使用无损界面分析方法评估聚合物的界面动力学

基本信息

批准号：
21K14419
负责人：
青木美佳
金额：
$ 3万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、高分子複合材料における構造と物性を正確に理解して、材料設計指針を提案することを目的としている。高分子複合材料の材料特性は、マトリクス高分子の物性とフィラー材料の物性に加えて、それらの接する界面における物性で決定される。界面における物性を理解するためには、まずはマトリクス高分子すなわちバルクの構造・物性を正確に理解する必要がある。そこで、マトリクス高分子として頻繁に用いられるエポキシ樹脂に着目して、その構造と物性の相関を検討した。エポキシ樹脂は熱硬化性樹脂のひとつで2個以上のエポキシ基を有する化合物とアミンなどの硬化剤との化学反応によって形成される3次元ネットワーク構造を有する。炭素数の異なるアルキルジアミンを硬化剤として用いることによって、架橋密度の制御されたエポキシネットワークを調製し、架橋密度が構造・物性に与える影響を検討した。架橋ネットワークのセグメントダイナミクスを評価した結果、架橋密度の増加に伴って、動的不均一性が上昇し、協同的再配列領域の空間スケールが減少することを明らかにした。原因を追究するため全原子動力学シミュレーションに基づき架橋ネットワークのダイナミクスを評価した結果、架橋点として振る舞うN原子とその周囲の運動が抑制されていることが示唆された。さらに、動的粘弾性測定に基づきマスターカーブを作成したところ、アルキル鎖長が短くなるにつれて、弾性率に対するエントロピーの寄与が小さくなることが示唆された。

这项研究旨在准确了解聚合物复合材料的结构和物理特性，并提出材料设计指南。聚合物复合材料的材料特性取决于基质聚合物和填充物材料的物理特性以及与之接触的界面处的物理特性。要了解界面处的物理特性，有必要先准确地了解矩阵聚合物的结构和物理特性，即体积。因此，我们专注于经常用作基质聚合物的环氧树脂，并检查其结构与物理特性之间的相关性。环氧树脂是热固性树脂之一，具有三维网络结构，该结构是由具有两个或多个环氧基团的化合物和诸如胺这样的固化剂之间的化学反应形成的。通过使用具有不同碳数作为固化剂的Alkyldiamines，准备了具有控制的交联密度的环氧网络，并研究了交联密度对结构和物理特性的影响。对交联网络的分段动力学的评估表明，动态异质性随着交联密度的增加而增加，合作重排区域的空间尺度降低。为了研究原因，根据全原子动力学模拟评估了交联网络的动力学，并建议n原子作为交联点及其周围的运动被抑制。此外，当基于动态粘弹性测量值创建主曲线时，建议熵对弹性模量的贡献随着烷基链长度的降低而减小。