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第120回目

第120回「粘弾性(ねんだんせい);レオロジー」とは何か 2

今回は、前回の第119回レオロジーに続いて2回目のレオロジーの説明です。
前回では説明できなかったことを付けたします。

(1) レオロジーとはなにか

レオロジーを少し難しく言うと、物質の変形や流動に対する力学的な応答を扱う学問です。
なんかよくわかりませんが、簡単に言うと物がどのように変形するのかを表す学問です。
物質は個体と液体に大きく分かれますが、これを一緒に表そうとするのがレオロジーです。

 

(2) 個体と液体

物体を変形させようとすると抵抗力が発生します。
この力が変形量によって決まるタイプが個体です。
一方、変形速度によって決まるタイプが液体と定義できると思います。
固体も、時間を長くとると液体みたいに流れます。
代表例としまして、氷河があります。
氷河は氷ですので、個体ですが長期間観測すると川のように流れています。
どんな物体でも観察時間を長くすると動いています。
一方、液体は力を加えると抵抗は少ないですが、非常に短い時間では個体のように固く感じます。
例として、水は液体ですが、水に飛び込むと固く感じます。
このように、実際には、個体、液体の区別ができない物質が数多く存在しています。

 

(3) 個体とは

固体の硬さを表す量として弾性率があります。
いわゆる、フックの法則です。
 バネの伸びと力は比例します。
この、フックの法則の比例定数が、ヤング率です。
このヤング率が大きいほど固くかんじます。

 

(4) 液体とは

一方、液体はニュートンの法則にしたがいます。
ニュートンの法則を理解するには、お風呂に入ってお湯の中で腕を動かしてみてください。
腕を早く動かそうとすると強い力が必要です。
ゆっくり動かせばそれほど力は必要なく、全く動かさなければ力は不要です。
腕を動かすのに必要な力は、腕を動かす速さに比例することが分かります。

 

(5) プラスチックのレオロジー

レオロジーの発達が欠かせないのが、プラスチックの成型加工です。
プラスチック製品は成型加工で作られるのが大部分です。
その中でも、射出成型で作られる物が多い。
射出成型の成型物は、残留ひずみによる冷却後の変形まで見こんだ形にしなければなりません。
そのための金型設計や成型条件を最適にするためにCAE(シーアイエー)で計算するのが普通です。
そのために、樹脂のレオロジー的性質を正確に知る必要があります。
そのような性質を知るために、レオロジーが大きな役割を果たしています。

 

(6) 回転粘度計とレオメーター

液体の性質で粘度は重要な特性です。
液体の粘度を測る方法は各種ありますが、代表的なのは回転粘度計です。
B型粘度計(普通の粘度計)はロータリーの回転数を6回、12回、30回、60回転/分に変えることができます。
一方、レオメーターは、ロータリーの回転数を自在に変化させながら、その瞬間の粘度を測定することができます。
そのため、ニュートン流体以外の流体の特性を測ることが可能です。
レオメーターは、流動特性を正確に知ることができます。

(7) 新しいレオロジー

A:シアニング流体
   粘度がひずみ速度に対して低下する物
   例;インキ

B:シアシニック流体
   粘度がひずみ速度に対して増大する物

(8) まとめ

レオロジーの対象範囲は非常に広い範囲にわたっています。
そのため、レオロジーの測定方法も多岐に広がっています。
レオロジーを考えて、新しい製品が増えてくると思います。
食品の触感(グミ)とか化粧品(口紅、ファンデーション)肌着とか文具製品とかスポーツ用品とかに考えられていると思います。

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