エポキシ樹脂の硬化過程におけるメゾスコピックな空間不均一性と力学特性の相関

环氧树脂固化过程细观空间不均匀性与力学性能的相关性

基本信息

批准号：
16J02835
负责人：
青木美佳
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

エポキシ反応系中では、重合・架橋反応の進行に伴う濃度揺らぎの凍結により、網目サイズよりも大きなスケールの空間不均一性も誘起されると考えられる。このようなメゾスコピックな空間不均一性を明らかにし、不均一性と巨視的な性質との関係の理解ができれば、エポキシ樹脂の新たな設計指針が提案できる。本研究では、エポキシ樹脂の硬化過程における不均一性を理解し、不均一性が巨視的な特性に与える影響を明らかにすることを目的としている。昨年度までに、粒子追跡法に基づきエポキシ反応系中の局所領域における物性とその空間分布を解析し、硬化過程において空間的な不均一性が発現することを明らかにしている。さらに、硬化過程で発現した空間不均一性が硬化物の巨視的な物性に影響を及ぼすことが示唆された。本年度は、不均一性が破壊特性に与える影響を検討するため、異なる硬化過程を経由して得たエポキシ樹脂の分子鎖熱運動性ならびに膨潤破壊挙動を評価した。その結果、高温で硬化したエポキシ樹脂ほどガラス転移温度近傍における動的不均一性が大きいことが示唆された。動的不均一性はガラス状態で凍結されるため、破壊挙動に影響を及ぼすことが予想される。そこで、異なる温度で硬化して得た樹脂を良溶媒に浸漬し、その膨潤破壊挙動を観察したところ、硬化温度が高いほど、破壊に要する浸漬時間が短いことが明らかになった。また、接着界面近傍の膜厚方向におけるエポキシ樹脂の不均一性の非破壊評価手法を確立し、界面近傍におけるエポキシ樹脂はバルクとは異なる組成であることを明らかにした。本研究では、エポキシ樹脂を用いて材料設計を行う場合、系全体の平均的な構造や物性のみならず材料中における構造・物性の不均一性にも着目する必要があることを明らかにした。得られた知見は、熱硬化性樹脂の新たな設計指針に繋がると考えられる。

在环氧反应系统中，浓度波动的冻结以及聚合/交联反应的进展也引起了大于网格尺寸的比例。如果我们可以阐明这种介绍空间不均匀性并了解不均匀性与宏观特性之间的关系，我们可以提出有关环氧树脂树脂的新设计指南。这项研究旨在了解环氧树脂固化过程中的异质性，并阐明异质性对宏观特性的影响。直到去年，基于粒子跟踪方法分析了环氧反应系统中局部区域的物理特性和空间分布，揭示了在固化过程中出现空间异质性。此外，建议在固化过程中表现出的空间不均匀性会影响固化产物的宏观物理特性。在今年，为了检查不一致性对断裂特性的影响，我们评估了通过不同固化过程获得的环氧树脂的分子链热运动和肿胀裂缝行为。结果表明，温度固化的环氧树脂越高，玻璃过渡温度附近的动态不均匀性越大。预计动态异质性会影响断裂行为，因为它在玻璃状态下被冷冻。因此，当浸入良好的溶剂中，通过在不同温度下固化获得的树脂时，观察到肿胀和断裂行为时，发现固化温度越高，裂缝所需的沉浸时间越短。此外，建立了一种非破坏性评估方法，用于建立膜厚度方向上环氧树脂在粘合剂界面附近的非均匀性，这表明界面附近的环氧树脂在界面附近具有不同的组成。在这项研究中，当使用环氧树脂设计材料时，不仅有必要将重点放在整个系统的平均结构和物理性质上，而且还要关注材料内结构和物理性质的不均匀性。所获得的发现被认为是针对热固性树脂的新设计指南。