架橋ゴムの引張試験と厚さの関係

ゴムの平板の引張試験を行ったときに、膜厚を厚くさせるとヤング率は変化せず、切断強度と切断ひずみはちいさくなり、切れやすくなりました。

この原理はどういったものでしょうか。
すごく単純な気もするのですが、アドバイスお願いいたします。

質問者からの補足コメント

• 

  丁寧に解説して下さりありがとうございます。
  切断面の問題もあるかもしれません。
  ただ、厚くなればなるほど伸びづらくなり脆くなるイメージがあります。
  
  ここからは自分の考えですが、厚さが大きくなると架橋点の絶対的な数が増えるため、高分子鎖が固定されてかたくなります。また、自由に動くことのできない架橋点が応力集中の箇所となり、その架橋点がふえるので同じ力でも切れやすくなるのかなと思ったのですが。
  
  この考え方は間違いでしょうか？

  No.1の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2022/02/01 20:58

No.1 回答者： psa29 回答日時： 2022/01/31 21:02

試験片の作り方はどのようにしましたか？

平板を試験形状に切り出したとしたら、その断面に問題があると思います。
断面の傷はヤング率へは影響を与えませんが、破断時にその傷がきっかけとなってしまいますので、破断強度や破断伸びが小さくなってしまいます。
剃刀刃を１回毎に交換し、毎回新品を使って試験片を作製していました。
すぐ切が悪くなり、測定値に影響を与えるので、注意が必要です。
ゴム板の厚さが厚いほど、断面に小さな傷が入りやすくなるので
どうしてもこのような傾向になりやすいと思いますよ。
切断形状が綺麗でも、断面に存在する欠陥は厚みが厚いほど確率的に多くなります。
ゴム板に限らず、破壊力学的には欠陥の大きさが重要になるので
厚いほど単位断面積当たりの強さとしては不利ですね。

No.2 ベストアンサー 回答者： psa29 回答日時： 2022/02/01 21:48

厚みが違うゴムの平板を作る際に架橋反応の条件が違ったりして、厚みによって架橋密度が変化していれば、そのようなこともあるかもしれませんが、

ゴム弾性理論から架橋密度が変化すれば、ヤング率が変化するはずです。
今回、ヤング率の変化はないのですから、ゴム平板は厚みは異なっていても
架橋密度は同じであると推定できます。
応力集中は、重要な考え方です。
ゴムの中に相分離が生じていたり、よほど不均質な架橋ならば架橋点や
相分離界面への応力集中は重要因子になると思います。
ただしその場合でも、ミクロな欠陥や切断面の欠陥への応力集中は、
重要因子であることに変わりはありません。
ゴムが破断する時、サンプルのどの部分から破断していますか？
測定のn数を増やした時に常に真ん中で切断しているのか？
試験機への固定部分で破断しているのか？
常に真ん中での破断ならば、切断面の影響は小さいのかもしれません。

>厚さが大きくなると架橋点の絶対的な数が増えるため、
>高分子鎖が固定されてかたくなります。
単位厚さに換算すれば、同じ挙動なので、厚みが異なってもヤング率に
変化がないのです。

＞また、自由に動くことのできない架橋点が応力集中の箇所となり、
＞その架橋点がふえるので同じ力でも切れやすくなるのかなと思ったのですが。

この場合、応力集中する箇所は架橋点と考えるよりも、ゴム中に必ず存在している、ミクロな欠陥と考える方が良いのだと思います。
同じ組成、同じ架橋密度のものを比較しているのですから・・・

この回答へのお礼

素早い回答本当にありがとうございます。助かります。

たしかにミクロの欠陥より切断面などマクロの欠陥の方が明らかに大きいはずですね。
その条件をもう一度見直して実験してみようとおもいます。
ありがとうございました！

お礼日時：2022/02/01 22:09