柔軟な結晶を有し、液体ヘリウム温度で強靭な高分子材料の創製

创建在液氦温度下具有柔性晶体和韧性的聚合物材料

• 批准号: 15655083
• 负责人: 西野 孝
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15655083/
• 关键词: 高分子; 極低温; 力学物性; 柔軟結晶; ポリトリメチレンテレフタラート; 結晶弾性率; エネルギー弾性; 強靭性; 柔軟性; 液体ヘリウム温度; 高弾性

平成15年度において,極低温で引張り試験を可能とする試験装置を試作し,その性能評価を行った。その結果,本装置を用いることで18K以下の極低温での引張り試験が可能であることを確認した。そこで平成16年度においては,同装置を用いて,具体的に各種高分子の極低温領域での引張り試験を開始した。まず,室温で柔軟な材料であるシリコーンゴムを取り上げて試験したところ,極低温域では極めて剛直であるだけでなく破断ひずみも小さく,ゴムとしての特性を失って脆い材料となることを見出した。したがって,当初予想したように通常のエントロピー弾性に立脚したゴムでは,極低温において,たとえばパッキン材料などへの利用が困難であることを確認した。一方,平成15年度において,ポリトリメチレンテレフタラート(PTT)の分子鎖軸方向の結晶弾性率が室温で2.59GPa,18Kにおいて5.6GPaであることを見出した。この知見に基づけば,研究課題名にあるように,PTTは液体ヘリウム温度においても柔軟な結晶を有し,強靭な高分子材料となりうる可能性が示唆されていた。そこでPTTの4倍延伸配向試料について極低温領域での引張り試験を行ったところ,弾性率4.7GPa,引張り強度270MPa,破断ひずみ7.2%の力学物性値を得た。これらの値はPTTが極低温域で強靭であることを示している。上で述べたように本研究は当初計画を順調に遂行することに成功し,極低温高分子物性の領域に新たな知見を与えることができたのみならず,クライオジェニック材料の開発に際して有用な情報を提供することができた。今後本研究で確立した測定法をさらに発展させて各種高分子に展開するだけでなく,分子設計,合成に遡って,極低温域でのより一層強靭な高分子材料の創製を行っていく予定である。

2003年，我们制作了一种能够在极低温度下进行拉伸测试的测试设备原型，并评估了其性能。结果，我们确认使用该设备可以在低于 18K 的低温下进行拉伸测试。因此，2004年，我们开始使用相同的设备在极低的温度下对各种聚合物进行特定的拉伸测试。首先，我们测试了硅橡胶，这种在室温下是柔性材料的材料，发现在低温下它不仅极其坚硬，而且断裂应变很小，失去了橡胶特性，变成了脆性材料。因此，正如最初预期的那样，证实了基于正常熵弹性的橡胶在极低的温度下很难用作包装材料。另一方面，我们在2003年发现聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）分子链轴方向的晶体弹性模量在室温下为2.59GPa，在18K下为5.6GPa。基于这些知识，正如该研究项目的标题所示，PTT 即使在液氦温度下也具有柔性晶体，这表明它可能是一种坚固的聚合物材料。因此，我们对拉伸4倍的PTT取向样品进行了低温区拉伸试验，得到了弹性模量为4.7 GPa、拉伸强度为270 MPa、断裂应变为7.2%的力学性能。这些值表明PTT在低温温度范围内很强。如上所述，这项研究成功地顺利实施了最初的计划，不仅提供了低温聚合物物理性能领域的新知识，而且还为我能够提供的低温材料的开发提供了有用的信息。信息。未来，我们计划不仅进一步开发本研究中建立的测量方法并将其应用于各种聚合物，而且还回到分子设计和合成，以在极低的温度下创造出更强的聚合物材料。

项目成果

Tensile test of polymer at cryogenic temperature

聚合物低温拉伸试验

• 发表时间: 2005
• 期刊: Review of Scientific Instruments
• 影响因子: 1.6
• 作者: T.Nishino;T.Okamoto
• 通讯作者: T.Okamoto

Takashi Nishino: "Cryogenic crystal modulus of poly(trimethylene terephthalate)"Journal of Polymer Science, Polymer Physics Edition. 未定(発表予定).

Takashi Nishino：“聚对苯二甲酸丙二醇酯的低温晶体模量”《高分子科学杂志》，高分子物理版（待公布）。

Takashi Nishino: "Cryogenic tensile tester for polymer"Review of Scientific Instruments. 未定(発表予定).

西野隆：“聚合物低温拉伸试验机”科学仪器评论待公布。

Elastic behavior of poly(trimethylene terephthalate) at cryogenic temperature

聚对苯二甲酸丙二醇酯在低温下的弹性行为

• 发表时间: 2005
• 期刊: Polymer
• 影响因子: 4.6
• 作者: T.Nishino;T.Okamoto
• 通讯作者: T.Okamoto