【第１講】レオロジー量の定義と粘弾性の基礎理論

＜趣旨＞
　物質の力学的性質を表す物性値としてのレオロジー量の定義とそれらの関係を結びつける粘弾性理論の基礎について説明します。レオロジーという学問の基礎ですから数学的厳密性をもって理解すべきところですが、工業技術としてレオロジーを活用するという立場で、その物理的意味を把握できるようになるべく言葉で説明することに努めます。また、工業プロセスとしての液体輸送を理解するために、流体力学の基礎についても触れます。

０．はじめに
 
１．連続体力学の基礎
　1.1 ひずみとひずみ速度
　1.2 応力
 
２．粘性の基礎
　2.1 粘度（粘性率）の定義
　2.2 非ニュートン流動（擬塑性流動、ダイラタント流動、塑性降伏）
　2.3 時間依存性流動
　　2.3.1 チクソトロピーとレオペクシー
　　2.3.2 技術用語としてのチクソ性
 
３．粘弾性の基礎
　3.1 粘弾性の現象論（粘弾性モデル）
　　3.1.1 粘性と弾性の熱力学的意味
　　3.1.2 マックスウェルモデルと応力緩和
　　3.1.3 フォークトモデルと遅延弾性
　　3.1.4 4要素モデル
　3.2 動的粘弾性の定義とその意味
　　3.2.1 振動ひずみと粘弾性挙動
　　3.2.2 動的粘弾性関数（複素弾性率）の定義
　　3.2.3 動的粘弾性関数の角周波数依存性
　　3.2.4 動的粘弾性曲線からの流体と固体の判別
　3.3 粘弾性理論の数学的基礎
　　3.3.1 ボルツマンの重ね合わせ原理
　　3.3.2 粘弾性関数の数学的意味
　3.4 伸長流動と法線応力効果
　　3.4.1 伸長粘度
　　3.4.2 法線応力効果の現象論
　　3.4.3 弾性と法線応力
 
４．流体力学の基礎
　4.1 ベルヌーイの定理
　4.2 ニュートン流体の管内流動　
　4.3 粘度と流体摩擦　
　4.4 層流と乱流
  
□ 演習問題・添削 □
 

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【第２講】レオロジー測定の原理と実用測定における留意点
 
＜趣旨＞
　厳密な定義に基づいて測定ができるように多くのレオロジー機器ができていますが、測定器の中では必ずしも定義通りのことが起こっているわけではありません。実際の測定では仮定と異なる現象が発現するため、正しい測定を行うためには工夫が必要になります。材料の特徴を引き出すためには、測定プログラムの設定も重要になります。測定原理、装置設定、測定限界に関わる留意点について説明します。さらに、粘度に関する学術的定義の枠を超え、工業技術という観点から、JIS規格の粘度測定法についても説明します。
 　
１．測定の基本原理と実際との違いに関わる留意点
　1.1 せん断流動場の一様性
　1.2 壁面に対する流体の付着とスリップ
　1.3 二重円筒型回転粘度計におけるせん断速度の補正
　1.4 慣性の補正
 
２．装置の特徴、性能に関わる留意点
　2.1 装置の特徴と測定限界の理解
　　2.1.1 レオメータの幾何学と特徴
　　2.1.2 装置の選択
　　2.1.3 装置の測定限界と仕様
　2.2 試料の量と測定誤差
　2.3 装置の設定と測定誤差
　　2.3.1 装置の測定限界に起因する設定誤差
　　2.3.2 試料間隙の調整と誤差
　2.4 温度制御と測定誤差
　　2.4.1 粘度の温度依存性
　　2.4.2 円錐-平板型レオメータにおけるギャップ調整と温度
　　2.4.3 ビスカスヒーティング（粘性発熱）
　2.5 装置の応答性（定常測定と非定常測定）
 
３．物性を反映した測定プログラムの設定
　3.1 時間依存性をもつ系のレオロジー測定
　　3.1.1 チクソトロピー挙動の測定
　　3.1.2 せん断履歴の消失と平衡流動曲線
　　3.1.3 チクソトロピー回復過程の測定
　　3.1.4 流動曲線と過度応答
　3.2 ストレススイープと降伏応力
　　3.2.1 流動曲線と降伏応力
　　3.2.2 静的降伏応力の測定
　　3.2.3 ストレススウィープ法による降伏応力の簡易測定
　3.3 非線形粘弾性と測定値の意味
　　3.3.1 非線形粘弾性と降伏応力
　　3.3.2 非正弦的振動応答と動的粘弾性値
 
４．工業的実用粘度測定（JIS規格）における留意点
　4.1 細管粘度計による粘度測定方法
　4.2 落球粘度計による粘度測定方法
　4.3 共軸二重円筒形回転粘度計による粘度測定方法
　4.4 単一円筒形回転粘度計による粘度測定方法
　4.5 円すい-平板形回転粘度計による粘度測定法
　4.6 振動粘度計による粘度測定方法

 
□ 演習問題・添削 □
 

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【第３講】高分子と分散系における粘弾性メカニズムと技術への応用
 
＜趣旨＞
　材料のレオロジー評価という観点から概説します。レオロジーデータを実際に活用する上で重要なことは、常にメカニズムと関連づけて理解することです。工業的に頻繁に使われている高分子と分散系に焦点を絞ってメカニズムに基づくレオロジー解析について説明します。また、工業技術として考えたとき利権化という観点からすると特許が重要になります。技術の進歩性を根拠にレオロジー数値を特許にするという方法について概説します。
 　
１．高分子の分子運動と粘弾性
　1.1 高分子溶液の粘度挙動
　　1.1.1 固有粘度と分子量
　　1.1.2 ゼロせん断粘度の分子量及び濃度依存性
　　1.1.3 高分子溶液の非ニュートン流動
　1.2 高分子のガラス転移と時間-温度換算則
　　1.2.1 ガラス転移
　　1.2.2 時間-温度換算則
　1.3 流動域における粘弾性挙動と分子量
　　1.3.1 からみあいと緩和時間
　　1.3.2 動的粘弾性と定常せん断粘度の関係
 
２．重合硬化過程におけるレオロジー
　2.1 三次元網目構造の形成とゲル化
　2.2 ゲル化点近傍の粘弾性挙動
　2.3 ゴムの粘弾性挙動
　2.4 重合硬化反応と温度
 
３．分散系の凝集とレオロジー
　3.1 コロイド化学的粒子間相互作用
　　3.1.1 電気二重層
　　3.1.2 ＤＬＶＯ理論
　　3.1.3 吸着高分子に起因する粒子間相互作用
　3.2 非凝集分散系の粘度挙動
　3.3 通常の凝集分散系における粘弾性挙動
　3.4 凝集分散系のレオロジーコントロールに関する新技術
　　3.4.1 高分子の可逆架橋によるレオロジーコントロール
　　3.4.2 ナノ粒子分散系のダイラタント流動
 
４．レオロジー特許とその技術評価　
　4.1 レオロジー特許の概要　
　4.2 粘度挙動に関する特許　
　　4.2.1 特許例　
　　4.2.2 分散系の粘度特性としての請求内容の検討　
　4.3 粘弾性挙動に関する特許　
　4.4 記述が不十分のため材料間の比較検討ができない特許
 

 
□ 演習問題・添削 □