柔軟な結晶を有し、液体ヘリウム温度で強靭な高分子材料の創製

创建在液氦温度下具有柔性晶体和韧性的聚合物材料

• 批准号: 15655083
• 负责人: 西野 孝
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15655083/
• 关键词: 高分子; 極低温; 力学物性; 柔軟結晶; ポリトリメチレンテレフタラート; 結晶弾性率; エネルギー弾性; 強靭性; 柔軟性; 液体ヘリウム温度; 高弾性

平成15年度において,極低温で引張り試験を可能とする試験装置を試作し,その性能評価を行った。その結果,本装置を用いることで18K以下の極低温での引張り試験が可能であることを確認した。そこで平成16年度においては,同装置を用いて,具体的に各種高分子の極低温領域での引張り試験を開始した。まず,室温で柔軟な材料であるシリコーンゴムを取り上げて試験したところ,極低温域では極めて剛直であるだけでなく破断ひずみも小さく,ゴムとしての特性を失って脆い材料となることを見出した。したがって,当初予想したように通常のエントロピー弾性に立脚したゴムでは,極低温において,たとえばパッキン材料などへの利用が困難であることを確認した。一方,平成15年度において,ポリトリメチレンテレフタラート(PTT)の分子鎖軸方向の結晶弾性率が室温で2.59GPa,18Kにおいて5.6GPaであることを見出した。この知見に基づけば,研究課題名にあるように,PTTは液体ヘリウム温度においても柔軟な結晶を有し,強靭な高分子材料となりうる可能性が示唆されていた。そこでPTTの4倍延伸配向試料について極低温領域での引張り試験を行ったところ,弾性率4.7GPa,引張り強度270MPa,破断ひずみ7.2%の力学物性値を得た。これらの値はPTTが極低温域で強靭であることを示している。上で述べたように本研究は当初計画を順調に遂行することに成功し,極低温高分子物性の領域に新たな知見を与えることができたのみならず,クライオジェニック材料の開発に際して有用な情報を提供することができた。今後本研究で確立した測定法をさらに発展させて各種高分子に展開するだけでなく,分子設計,合成に遡って,極低温域でのより一層強靭な高分子材料の創製を行っていく予定である。

In the 15th year of Heisei, extremely low temperature test equipment was tested, and performance evaluation was conducted. As a result, it is confirmed that it is possible to use this device at extremely low temperatures below 18K. In 2016, the same device was used to test the introduction of various polymers in the extremely low temperature field. In the room temperature, the soft material is hard to break and the brittle material is hard to break. It is difficult to use materials at extremely low temperatures. The crystallization rate of PTT in the molecular locking axis direction was 2.59GPa at room temperature and 5.6GPa at 18K. This knowledge is based on the name of the research project,PTT liquid is very soft and crystalline, and the possibility of strong polymer materials is very high. The tensile strength of PTT is 270MPa, the tensile strength is 4.7 GPa, the breaking strength is 7.2%, and the mechanical properties are obtained. The temperature range of PTT is very low. This study is successful in carrying out the original plan, and provides useful information for the development of ultra-low temperature polymer materials. In the future, this study will establish the determination method for the development of various polymer materials, molecular design, synthesis, and the creation of a layer of strong polymer materials in the extremely low temperature region.

项目成果

Tensile test of polymer at cryogenic temperature

聚合物低温拉伸试验

• 发表时间: 2005
• 期刊: Review of Scientific Instruments
• 影响因子: 1.6
• 作者: T.Nishino;T.Okamoto
• 通讯作者: T.Okamoto

Takashi Nishino: "Cryogenic crystal modulus of poly(trimethylene terephthalate)"Journal of Polymer Science, Polymer Physics Edition. 未定(発表予定).

Takashi Nishino：“聚对苯二甲酸丙二醇酯的低温晶体模量”《高分子科学杂志》，高分子物理版（待公布）。

Takashi Nishino: "Cryogenic tensile tester for polymer"Review of Scientific Instruments. 未定(発表予定).

西野隆：“聚合物低温拉伸试验机”科学仪器评论待公布。

Elastic behavior of poly(trimethylene terephthalate) at cryogenic temperature

聚对苯二甲酸丙二醇酯在低温下的弹性行为

• 发表时间: 2005
• 期刊: Polymer
• 影响因子: 4.6
• 作者: T.Nishino;T.Okamoto
• 通讯作者: T.Okamoto