そもそも粘弾性ってなんだろう?

 

もし、バスケットボールが石の様にガチガチに固かったり、スポンジの様にフニャフニャだったらドリブルはできません。適度な硬さでボールがリバウンドするバランスが大事なのです。では、この「バランス」を評価する一番の方法は?それが「粘弾性測定」です。この粘弾性について少しご説明しましょう。

粘弾性とは?

粘弾性とは「粘性」と「弾性」を合わせた言葉です。


「粘弾性」と聞かれおぼろげながら理解できる方から、粘弾性屋を自称する物性評価のエキスパートまで、この言葉の理解は様々だと思います。ここでは「粘弾性」の概念を簡単に紹介します。
まず最初に「粘弾性」をごく簡単に説明すると、「粘性」と「弾性」をあわせ持った性質ということになります。
では始めに「粘性」と「弾性」からご説明しましょう。

粘性とは?


非常に大雑把な言い方をすれば、「粘り具合」が粘性です。基本的に液体に見られる性質です。 ハチミツをテーブルにこぼしたとします。ハチミツの広がるスピードは水の様には速くありません。ハチミツの「粘り具合」が抵抗になり、ゆっくりと変形していきます。 変形したハチミツは元の形に戻ることもありません。粘性の高いもの程「粘りっぽく」、低いものほど「さらさら」しています。 

弾性とは?


簡単に表現すれば、弾性は「戻ろうとする性質」です。基本的に金属に見られる性質です。
例えば金属のスプリングに上下から力を加え、変形させたとします。しかしスプリングに加えられている力を除くと瞬時に元の形状に戻ります。これは、変形に与えられたエネルギーは消費されず、そのまま元の状態に戻るエネルギーになるからです。
100
%の弾性体であれば、加えた力を抜くと瞬時に物質は元の形状に戻ります。

「粘性」+「弾性」=「粘弾性」


つまり液体の流れる性質「粘性」と、固体の変形する性質「弾性」を合わせ持つ性質が「粘弾性」です。この一見関連性のない様に見える性質ですが、実は私たちの身のまわりにあるものはほとんどが「粘弾性」の性質を持ち合わせています。例えば様々なゴム製品が良い例です。衝撃のエネルギーを吸収する「粘性」と、元に戻ろうとするエネルギーを蓄える「弾性」の性質をその製品・用途にあったバランスで利用しています。また、金属・プラスチック・樹脂・フィルムなど他の様々な素材も用途に合わせた「粘弾性」の特長を利用しています。

測定でわかることは?

 

粘弾性の測定は実際どの様に役立つのでしょうか?


周期的な力や変形を与える「動的粘弾性」測定では、サンプルや製品に正弦波の力(変位)を与え、それに対する反応を捉えます。100%弾性体の場合は瞬時に反応しますが、ほとんどの物質は粘弾性のためサンプルの反応は遅れます。この遅れの度合いを正確に捉えることで、サンプルが持つ弾性成分と粘性成分を解明することができます。また、与えた力とサンプル応答の変位により弾性率が求められます。


実際に粘弾性の測定はどの様に役立つのでしょうか?タイヤを例に考えてみます。
タイヤは自動車の重量を支える強度だけに突出すると路面の凹凸による衝撃を吸収することができません。また、自動車の作り出すエネルギーを損失せず路面に伝えられれば燃費性能の高いエコタイヤとなりますが、ブレーキで停止する時はそのエネルギーをどうにかして消費し、止まる距離を短くする必要があります。自動車の作り出すエネルギーをできる限り消費せず路面に伝えますが、路面の荒れを吸収する性能や、ブレーキ時にはタイヤが大きくエネルギーを損失し、停止距離を短くすることが求められます。このように相反する要求に応えるには粘弾性測定により最適なバランスの材料開発が欠かせません。
 
粘弾性のパラメーターは「温度」・「力や変形の速度」・「力や変形の大きさ」により異なります。製品が過酷な条件でしようされるのであれば試験機はその条件を材料ベースの試験で再現する必要があります。

EPLEXORができること

EPLEXORシリーズは2つのモーターによるダブルドライブ・システムで大きな力を与えることができるため、過酷な条件を再現し、製品開発にフィードバック可能なデータを提供します。