高靭性ダブルネットワークゲルの変形・破壊メカニズムの解明

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本研究は、強靭なダブルネットワーク(DN)ゲル、およびその強靭化原理を応用して創製された各種強靭ゲル（例えばイオン結合からなるポリアンフォライト(PA)ゲル）の強靭化メカニズムを解明することを目的としており、本年度は以下の研究を行った。a) PAゲル、DNゲルに対する放射光小角X線散乱と延伸の同時測定と、力学物性との相関解明PAゲルとDNゲルの延伸時の構造変化を、超小角X線散乱測定によって測定した。以下、PAゲルの結果について示す。まずPAゲルの静的な構造について検討したところ、純粋にイオン結合からなるPA物理ゲルは明確な相分離構造を有し、化学架橋剤を加えて作成したPA化学ゲルは比較的均一な構造であることが分かった。また相分離構造の特徴的な長さは組成や化学種により100-1000nmスケールであることが示唆された。次いでPA物理ゲルについて延伸とX線散乱の同時測定を行ったところ、延伸が小さいときはアフィン変形が成り立つが、延伸が大きくなるとゲルのマクロな変形と相分離構造のミクロな変形が一致しなくなることが分かった。これは、相分離中の密な部分が変形に伴って部分的に破壊、あるいは降伏したものと考えられる。b) PAゲルに対するクリープ試験材料のクリープ挙動は、負荷がかかった材料の寿命と関連している。本年は組成の異なるPAゲルに対してクリープ試験を行った。PAゲルの破断に要する時間は、印加応力の増大に伴って指数関数的に減少した。このことは、PAゲルのクリープ破壊はその外力によって支配されるプロセスであることを示唆している。また、応力と破断時間との関係は、PA物理ゲルとPA化学ゲルによって異なっていた（物理ゲルは二重指数関数型、化学ゲルは単一指数関数型）。これはX線散乱測定によって明らかとなった両者の構造の違いに対応しているものと考えられ、今後の解析によって明らかにしていく。