分子量の異なる PS ブレンドの LAOS 挙動と一軸伸長流動の関係性の評価
山形大学工学部○菊地康司、角田正樹、杉本昌隆、谷口貴志、小山清人

Relation between LAOS and uniaxial elongational flow behavior of PS blend
with different molecular weight
K. KIKUCHI, M. KAKUDA, M. SUGIMOTO, T. TANIGUCHI, K.KOYAMA
Department of Polymer Science and Engineering, Yamagata University
ABSTRACT: We investigated a relation between

長ひずみ測定は試料を伸長させ、その応力応答かLarge Amplitude Oscillatory Shear (LAOS) behavior

ら伸長時の非線形レオロジー挙動を評価する測of a polymer melt and its uniaxial elongational one,

定である。しかし、低粘度の試料では、溶融の際by using two types of polystyrene samples with aに試料が垂れてしまい、正確な測定が出来ない等

single and double peak molecular distributionの実験的困難を伴う。一方、せん断流動印加によfunctions. Consequently, we found that the change inる測定は、大振幅振動せん断（Large Amplitude

stress response function is enhanced as the frequency

Oscillatory Shear, LAOS）実験がある。この測定法

in LAOS increases. However, we could not find aは非線形応答を示す程度の大きなひずみの振動

clear relation between the LAOS and uniaxial

せん断を印加し、その応力応答から非線形状態のelongational behavior.

レオロジー挙動を評価するものである。この測定はじめに法は低粘度の試料でも測定可能である。LAOS測

一般に、高分子溶融体のレオロジー特性は微小定も、一軸伸長粘度測定も共に非線形領域の測定ひずみ（線形ひずみ）に対する線形粘弾性と、大であり、LAOS測定から一軸伸長流動特性を得るひずみ（非線形ひずみ）に対する非線形粘弾性にことが出来れば非常に有用な測定法となると言大別することが出来る。線形粘弾性は高分子溶融える。

体のレオロジー特性と、その構造がどのようなも１．実験のであるか、ということを理解するのに非常に有実験に用いた試料は分子量 37 万（Mw/Mn＝用な測定である。しかし、成型加工時の大部分で1.9）のポリスチレン（以下PS37）とPS37 に分子与えられる変形様式はひずみが大きく、またひず量 5 千のスチレンオリゴマー（PS05）を溶媒キみ速度は速い。線形粘弾性測定では微小ひずみ振ャスト法により混練したPS37+PS05 の二種を用幅を用いるので、同一ではないが類似構造を持つ意した。それぞれの動的せん断粘弾性測定から、高分子の差や、微量成分添加の影響の差はあまり140℃での最長緩和時間の逆数（1/τd）、ラウス緩[1]

顕著には現れない 。しかし、同様な線形粘弾性

和 時 間 の 逆 数 （ 1/τR ） は 、 PS37 が そ れ ぞ れを持つ二つの材料が異なる非線形特性を示すこ

1/6390[s-1]、1/99[s-1]であり、PS37+PS05 が 1/10[s-1]、とがある[2]。このことから、大変形のレオロジー1/0.3[s-1]と算出した。この試料に対して、一軸伸特性を特定することが重要であるといえる。大変

長粘度測定、LAOS測定を行った。これらの測定

形のレオロジー特性を評価する方法として、せんは、温度が 140℃、周波数 0.01～1.0[rad/s]、ひず断ひずみ印加によるレオロジー測定と、一軸伸長み速度 0.01～1.0[s-1]で行い、1/τd、1/τRの観点からひずみ印加によるレオロジー測定がある。一軸伸一軸伸長流動とLAOS挙動の関係性について考察した。

910２．結果・考察

す度合いは、伸長粘度ηE（各プロット）と線形粘度 3ηSの比λで表される。Fig.1 からλを計算し、そ・+の伸長粘度曲線を示す。ひずみ硬化の大きさを示

η [Pa s]Fig.1 に一軸伸長粘度測定から得られた各試料

101063η (PS37)

51.0

10-110に、PS37+PS05 のK値は測定した全ての γ&におい（Me）が大きくなったためと考えられる。Fig.3,
Fig.4 に各試料のLAOS測定の結果を示す。両試

0.40.35

料とも周波数を大きくするに従い、波形の変化が0.3

K [-]

0.45

0.1 -210100

また、PS37 で波形がやや後ろに傾き始める周波50

σ [kPa]150

動では、すべての周波数で類似の波形を示した。

３．結論0

この推論の妥当性を確かめるために数値計算を

Oscillatory Shear, 学位論文 (2005)

σ [kPa]行い、ポスターにて詳しく述べる予定である。

Viscoelastic Complex Fluids under Large Amplitude

0.20.40.6
t*ω [-]

0.81Fig3. Shear stress versus time plotfor PS37 under various strain rates

れてきたが、周波数にも依存する可能性がある。

[3] K. Hyun, A Study on the Nonlinear Response of010T = 140
γ = 10の分岐等の微小構造の影響により変化するとさ

STANFILL, Polym. Eng. Sci., 34, 888, (1994)-110γ [1/s]・0.01 [rad/s]-50

された。これまでの報告で[3]LAOS挙動は分子鎖[2] A. J. GIACOMIN, R. S. JEYASEELAN, and O.

3100.10-150を変化させることにより応力応答の変化が確認Koyama., Polym. Prep. Jpn., 9,2508, (2000)

101.0-100

今回の実験結果より、LAOSにおいて、周波数[1] T. Matsuda, Y. Masubuchi, J. Takimoto, K.

210t [s]Fig.2 Strainhardening parameter (K) as a function of strain rates[1/s]for PS37(closed circle) and PS37+PS05(closed square)

ひずみ硬化が確認できないのに対して、LAOS挙

４．参考文献1100.2PS05 を入れることで弾性率が下がり、それに伴比較したが関連性は見出せなかった。

S

00.15の違いを、Me、1/τd、1/τRの観点から考察した。

数と一軸伸長の対応するひずみ速度での挙動を

3η (PS37+PS05)

0.25

ひずみ硬化強度λの変化とLAOS測定の応力応答の一軸伸長粘度で、1/τdより遅いひずみ速度では0.0316

Fig.1 Uniaxial elongational viscosity for PS37 and PS37+PS05

PS05 が可塑剤として働き、絡み合い点間分子量いτd、τRが短くなったと考えられる。PS37+PS05

0.316 0.1S4したものをFig.2 に示す。Fig.2 から分かるよう強調された。

0.316

0.01[1/s]
0.1 0.0316

710の傾き（ K (γ&) = d λ / dt ）をひずみ速度の関数とてPS37 よりも小さいことが分かった。これはT = 140

810403020
100-10-20-30-40

1.00.10.01 [rad/s]
T = 140γ = 1000.2

0.4
0.6
t*ω [-]

0.8

1

Fig.4 Shear stress versus time plot
for PS37+PS05 under various strain rates