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2017年08月15日 13時06分 UPDATE

「ゴム」一気に破ける仕組み解明 タイヤなど耐久性向上へ

ゴム素材の亀裂が広がる速度が、ある時点を超えると急激に高速化する現象「速度ジャンプ」のメカニズムをお茶の水女子大などが解明。タイヤの耐久性向上につなげる。

[ITmedia]

 お茶の水女子大学などは8月14日、ゴムに生じた亀裂(破れ)の広がる速度が、ある時点を超えると急激に速まる現象「速度ジャンプ」のメカニズムを解明したと発表した。耐久性や省燃費性を向上させたゴムタイヤなどの開発が期待できるという。

photo ゴムに生じた亀裂(破れ)の広がる速度が、ある時点を超えると急激に速まる現象「速度ジャンプ」

 速度ジャンプとは、ゴムに生じた亀裂の進む速度が、秒速1ミリ未満の低速から秒速1メートル以上の高速へと急激に変わる現象。現象自体は約60年前から知られていたが、その発生メカニズムは分かっていなかった。

photo 速度ジャンプのイメージ

 研究チームは、ゴム素材の構造を単純化したモデルを用意し、亀裂が広がる様子を再現。ゴムはゆっくり引っ張るとばねのような性質を見せるが、少し速く引っ張ると発熱し、さらに速く引っ張るとガラスのように硬くてもろい固体になる(ガラス化)。単純化したモデルで検証したところ、亀裂の速度がある限界値に達すると亀裂の先端で「ガラス化」が生じ、速度ジャンプが起きる――というメカニズムが明らかになったという。

photo ゴム素材の構造を、格子状の質点で再現
photo ゴムを速く引っ張るとガラスのように硬くもろい固体になる

 ゴムを構成する物質(ひも状高分子)の網目を粗くしたり、ガラス化したときの硬さを強化したりすれば、速度ジャンプを抑制できるという。この仕組みを応用すれば、ゴムだけでなくプラスチックなどの耐久性も向上できるため、自動車や飛行機などのボディーを軽量化でき、低燃費化にもつながるとしている。

 今回の研究は、内閣府革新的研究開発推進プログラム(ImPACT)の一環。研究成果は、英科学誌「Scientific Reports」に14日付(現地時間)で掲載された。

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