レーザ速度干渉計を用いた高分子材料の衝撃波粒子速度履歴の計測と緩和現象の解明

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本研究では、既存の口径40mmの衝撃銃を用いて高分子材料の1GPa領域の比較的低い衝撃圧力領域における衝撃波面の緩和構造の詳細を解明するため、PVDF応力ゲージを用いて応力履歴を計画し、粒子速度履歴を計測するためレーザ速度干渉計を構築してきた。これらの実験では、計測器のトリガー信号を得ると同時に衝撃波面の傾きを計測するため、圧電ピンを用いて電気的に衝撃波面を検知した。しかし発生圧力が比較的低いために、信頼性の高い波面検知を実現できなかった。また得られた結果を定量的に解釈するためには、この圧力領域における衝撃圧縮曲線(ウゴニオ)の高精度な計測が必要不可欠であるが、前述した波面検知の問題から電気的な方法では信頼性の高いデータは得られなかった。そこでレーザ速度干渉計の構築後、本研究ではこの圧力領域における高分子材料のウゴニオデータ及び衝撃波面の傾きを厳密に計測するため、既存の高速度流しカメラを用いた傾斜鏡法による光学的計測を試みてきた。この方法は粒子速度履歴とウゴニオを光学的に同時計測できる方法であるが、1GPa領域に適用した場合やはり波面検知の点で厳密さを欠く結果となった。そこで本研究では1GPa領域における敏感かつ高精度なウゴニオ計測の確立を目指した多くの実験を行い、三角プリズムによる全反射を利用した波面検知がこの圧力領域において非常に有効であることを見い出した。この三角プリズムを用いた改良型の傾斜プリズム法は、これまで厳密に議論できなかった高分子材料の1GPa領域における研究分野において非常に大きな役割を果たすと確信している。今後は、改良型傾斜プリズム法とレーザ速度干渉計法を用いて、製法等の違いによる高分子の材料特性の違いによって衝撃特性(ウゴニオ、波面緩和構造、非定常性、非平衡性、粘弾性など)がどのような違いを示すのかを総合的に解明することを目指して研究を進めていきたい。