構造材料の全般的性質三大材料分類例由来有機材料（高分子材料）プラスチック，繊維ゴム天然／人工金属材料鉄鋼，アルミニウム銅，合金人工（精製）無機材料ガラス，陶磁器セラミックス人工 cf. 複合材料：混合物ハイブリッド材料：あるサイズ（たとえば0.1μm以下）で混合されている材料 1 三大材料の物性比較力学特性熱伝導性電気伝導性有機材料（高分子材料）柔軟小さい小さい金属材料（硬い）〜強靱〜（柔軟）大きい大きい無機材料硬い大きい小さい三大材料の化学構造構成元素の特徴と結合の性質有機材料（高分子材料）電気的に陰性の元素間の結合で構成されている金属材料電気的に陽性の原子間の結合力が材料としての構造を形成無機材料電気的に陽性の元素と陰性の元素との結合で構成され，それらの結合が構造を形成 2 三大材料の構造モデル 3 高分子とは高分子：polymer ギリシャ語のpolus (many, large)とmerus (parts)に由来ある繰り返し単位が共有結合により鎖状に連なった巨大な分子重合度100以上、分子量１万以上重合度が数10以下・・・オリゴマー（oligomer） cf. Macromolecules 単に「巨大分子」を意味する 4 高分子の分類１１．産出の種別による分類・・・天然高分子・改質天然高分子・合成高分子。主に、合成高分子について扱う２．構造による分類 5 高分子の分類２３．モノマー組成と連なり方による分類 6 汎用合成高分子ポリエチレンの構造 7 立体規則性 8 9 １）アタクチックポリプロピレン無定型ポリマー（結晶性がない）用途：油回収剤など２）アイソタクチックポリプロピレン高結晶性高分子量のポリプロピレン耐熱性・力学特性に優れる加工性もよい用途：フィルム，繊維，パイプ，食器，容器など３）シンジオタクチックポリプロピレン低融点，低密度，高い透明性 10 分子量と分子量分布１合成高分子・・・一般にさまざまな分子量の高分子鎖の混合物高分子の分子量は固有の値で示されるのではなく合成された高分子ごとに求められる平均の分子量で表されるおもな高分子の分子量測定法測定法型膜浸透圧法絶対法 M n 104～106 光散乱絶対法 M w 104～107 沈降平衡絶対法 w， M 蒸気圧浸透圧絶対法 M n ＜105 末端基定量法絶対法 M n ＜104 M v 102～5X107 M w，粘度相対法ＧＰＣ相対法平均の種類分子量範囲 M M n， 104～107 z M z 102～5X106 11 分子量と分子量分布２ 12 GPC (Gel Permeation Chromatography) 液体クロマトグラフィーの一種 13 特徴あらかじめ分子量のわかった高分子を標準試料として用いる相対法数平均分子量、重量平均分子量、Ｚ平均分子量が一度の測定で算出できる溶出曲線自体が分子量分布を表す 14 例題分子量1.00 X 104、2.00 X 104、4.00 X 104 の３つの単分散高分子がある。 (1)同モル数の３つの高分子を混合したときの数平均分子量と重量平均分子量および分子量分布指数を有効数字３桁で求めなさい。 15 高分子の融解高分子化合物・・・結晶部分と非晶部分から形成加熱すると非晶部分がマクロブラウン運動結晶部分が非晶状態にかわるこの温度＝高分子の融点 (Tm) 平衡融点 Tm 0：高分子鎖が伸びきった状態で結晶化した完全結晶の融点高い融点を有する高分子 DHu：融解エンタルピー水素結合などを形成する高分子は大きい DSu：融解エントロピー 16 剛直性のある芳香族環が連なった高分子は小さいガラス転移温度低分子量化合物の変形や流動・・・分子全体高分子化合物・・・高分子鎖のある長さが単位セグメント（segment）セグメントの回転による熱運動・・・ミクロブラウン運動液体状態にある高分子→冷却していくと過冷却状態を経て凍結状態に至るガラス状態ガラス状態に転移する温度＝ガラス転移温度 (Tg) ミクロブラウン運動が凍結された状態 17 高分子材料の成型：ガラス転移温度の影響 18 ガラス転移温度に影響する因子１．置換基の大きさ 19 20 ２．分子量ポリスチレンのガラス転移温度の分子量依存性分子量の増大とともに高くなり，その後一定となる 21 ３．分子間相互作用 22 高分子材料の機械的性質応力−歪み曲線（Ｓ-Ｓ曲線，stress-strain curve） 23 応力−歪み曲線の型柔らかい：Young率が小さい硬い：Young率が大きい強い：破断するときの応力が大きい 24 粘弾性高分子：結晶部分と非晶部分からなる弾性粘性高分子に外力を与えると弾性と粘性が同時に現れる粘弾性高分子に一定の外力を加えるクリープ歪みは次第に増大外力を取り除くと歪みは徐々に低下（クリープ回復） 25 マクスウェル模型とフォークト模型高分子の粘弾性挙動を示すための力学的モデル 26 クリープとクリープ回復 27 四要素模型実際の高分子のクリープ，クリープ回復についてはマクスウェル模型，フォークト模型のみでは説明できないことが多く四要素模型といわれるモデルを用いて説明すると比較的よく説明できる 28