粘着運動の物理

粘着現象は粘着物質と物体との接着・変形・物体からの分離・破壊といった動力学的挙動としてとらえることができる。このような動力学的挙動を示す粘着物質は、その力学的物性として粘弾性を有し、長時間の変形に対しては粘性液体のように、短時間の変形では弾性固体のように振舞い、その弾性率は変形時間が長くなるにつれて単調に減少することが知られている。それゆえ、例えば、粘着テープの剥離において、粘着物質の粘弾性のみを考慮すれば、剥離に必要な力は剥離速度に対して単調に増加すると考えられる。ところが、実際の剥離挙動は常に単調であるとは限らず、ある速度領域では剥離力が振動するといった非単調性が現れる。剥離挙動が非単調になる原因の一つとしで、剥離中に変形した粘着物質による形態形成の安定性が挙げられる。我々は、剥離挙動の非単調性を特徴づける目的で以下の研究を行ってきた。先ず我々は、粘着テープの剥離による粘着物質の変形および変形した粘着物質によって形成されるパターンに着目し、粘着テープを水平に置かれた基板に貼り、システムの硬さを制御するため、バネと粘着テープの一端を連結し、バネを基板と垂直方向に引き上げ、テープの剥離を行った。剥離の際、剥離速度とバネ定数をコントロールパラメータにして、基板からテープをはがす際に必要な荷重を測定した。また剥離後、テープに残された粘着物質の形態を観察した。研究の成果として、粘着テープを一定の速度で引き剥がしたときの剥離挙動およびパターン形成について調べた実験の結果、条件によって現れる様々な剥離挙動を動的相図によって特徴づけることができた。そして、変形した粘着物質によって形成されるトンネル構造の安定性を表す状態変数を導入し、状態変数が剥離先端内に一次元的に並んでいると考えて、その集団運動として剥離挙動が理解できることを示した。

粘着現象は粘着物質と物体との接着・変形・物体からの分離・破壊といった動力学的挙動としてとらえることができる。このような動力学的挙動を示す粘着物質は、その力学的物性として粘弾性を有し、長時間の変形に対しては粘性液体のように、短時間の変形では弾性固体のように振舞い、その弾性率は変形時間が長くなるにつれて単調に減少することが知られている。それゆえ、例えば、粘着テープの剥離において、粘着物質の粘弾性のみを考慮すれば、剥離に必要な力は剥離速度に対して単調に増加すると考えられる。ところが、実際の剥離挙動は常に単調であるとは限らず、ある速度領域では剥離力が振動するといった非単調性が現れる。剥離挙動が非単調になる原因の一つとしで、剥離中に変形した粘着物質による形態形成の安定性が挙げられる。我々は、剥離挙動の非単調性を特徴づける目的で以下の研究を行ってきた。先ず我々は、粘着テープの剥離による粘着物質の変形および変形した粘着物質によって形成されるパターンに着目し、粘着テープを水平に置かれた基板に貼り、システムの硬さを制御するため、バネと粘着テープの一端を連結し、バネを基板と垂直方向に引き上げ、テープの剥離を行った。剥離の際、剥離速度とバネ定数をコントロールパラメータにして、基板からテープをはがす際に必要な荷重を測定した。また剥離後、テープに残された粘着物質の形態を観察した。研究の成果として、粘着テープを一定の速度で引き剥がしたときの剥離挙動およびパターン形成について調べた実験の結果、条件によって現れる様々な剥離挙動を動的相図によって特徴づけることができた。そして、変形した粘着物質によって形成されるトンネル構造の安定性を表す状態変数を導入し、状態変数が剥離先端内に一次元的に並んでいると考えて、その集団運動として剥離挙動が理解できることを示した。