結晶性エラストマーにおける急激な破壊遷移のメカニズム

科学分野:

• 材料科学
• 高分子物理学
• 材料力学

背景:

• 加硫天然ゴム（NR）は、引張応力下で複雑な破断および破壊挙動を示す。
• これらの遷移の理解は、材料の性能と破壊モードを予測するために不可欠である。

研究 の 目的:

• 理論的解析と実験的調査により、連続引張下でのNRの破断および破壊遷移を調査すること。
• 結合解離の動力学理論（KTBD）に基づいて、これらの遷移の急激な性質を説明すること。

主な方法:

• 結合解離の動力学理論（KTBD）を用いた理論的解析。
• 様々な条件（温度、引張速度、ノッチサイズ）下での加硫天然ゴムの連続引張を含む実験的調査。

主要な成果:

• ノッチのないNRにおける温度による破断遷移を以前報告された通り確認した。
• 高温での引張速度によるノッチのないNRにおける新たな破断遷移を予測し確認した。
• 引張速度と温度の変化を伴う、事前にノッチ加工されたNRにおける2つの追加の破壊遷移を観察した。
• KTBDを用いて観測された5つの遷移の急激な性質を説明し、それらを歪誘起結晶化（SIC）と関連付けた。

結論:

• NRの破断および破壊における5つの急激な遷移が特定され、説明された。
• 遷移は、歪誘起結晶化（SIC）と鎖切断によるネットワーク破壊との競合によって支配される。
• 材料の時間スケール（ネットワーク寿命、SIC時間スケール、実験時間スケール）間の相互作用がこれらの遷移を決定する。