SMP素子を用いた機能性ポリマーアロイの巨視的剛性のアクティブ制御に関する研究

点击翻译按钮获取中文摘要

形状記憶ポリマー(SMP)を強化基材として樹脂母材に埋め込んだインテリジェントマテリアルを想定し,その巨視的剛性の異方性に対するインテリジェント化の可能性について検討した.例えば,SMP強化基材の形状が繊維形状の場合,繊維の長手方向とそれに垂直な方向の巨視的弾性係数の値は異なり,材料は異方性となる.このような弾性異方性はSMP強化基材の形状に影響を受ける.研究代表者は弾性異方性に対するインテリジェント化は,SMP強化基材の形状固定性を利用することで可能であると考えた.母材中のSMP強化基材の形状固定性とは,所定の変形を与えたゴム状態のSMP強化基材を母材に埋め込み,これをSMPのガラス転移点以下の温度まで冷却しガラス状態にすると,変形が元に戻らずゴム状態で与えた形状が固定されるというものである.そこで,本研究では,SMP強化基材を含むインテリジェントマテリアルに対して,SMP強化基材の形状固定性を考慮したマイクロメカニックスによるモデル化と解析を行った.モデル化に際してはSMP強化基材の形状を任意の楕円体としてモデル化し,これを解析することでモデルの巨視的弾性係数をSMP強化基材のアスペクト比の関数として定式化した.得られた式を用いて,SMP強化基材の形状が回転楕円体と楕円柱の場合について,各形状に対応するアスペクト比の変化による巨視的弾性係数の変化を求めた結果,回転楕円体の場合,回転軸方向の巨視的弾性係数が同じ値を取るようなアスペクト比が2つ存在することがわかった.さらにこれらのアスペクト比に対応する回転軸方向に垂直な方向の巨視的弾性係数の値は互いに異なることもわかった.したがって,いずれのアスペクト比を選択するかによって異方性の度合いを変えることが可能であることがわかった.以上の結果より,SMP強化基材の形状を変化させることで巨視的剛性の異方性に対するインテリジェント化の可能性が示唆された.