高分子の結晶形態は微視構造と巨視的性能をつなぐ重要な架け橋であり、高分子材料の力学的性質を決定します。これまでにX線散乱技術、走査電子顕微鏡および偏光顕微鏡などを用いて、高分子結晶形態の変形挙動および応力-ひずみの微視的メカニズムを微視・中間スケールで研究してきましたが、応力下での結晶形態の三次元的な変形過程はまだ明確に解明されていません。本研究はポリ乳酸（PLA）をモデル高分子として用い、偏光顕微鏡、走査電子顕微鏡および先進的光学イメージング技術を組み合わせて、二次元および三次元の視点から伸長過程における球晶の変形進化および破壊メカニズムを解析しました。研究により、PLAのα結晶球晶は伸長過程全体を通じて本体変形が小さく、伸長荷重に対する応答は主に球晶の赤道域および両極域にて伸長方向に垂直な亀裂が発生することであることが示されました。応力が増加するにつれて亀裂は徐々に拡がり球晶内部へ延伸し、最終的には両極域の亀裂が球晶全体を貫通し、脆性破壊を引き起こしました。三次元の視点は、伸長誘起PLA材料表面に形成される球晶領域の凸起や周囲の非晶域の凹み形状、球晶と非晶域界面の空洞が赤道面付近に分布すること、球晶内部の亀裂が主に材料表面から発生することを示すだけでなく、亀裂体積や球晶および内部亀裂の外郭が伸長方向および伸長垂直方向に沿った変形に伴うサイズ比の変化則を定量的に明らかにしました。本研究結果は伸長応力下における球晶変形の構造進化モデルを構築し、PLA材料の力学的脆性の説明に理論的根拠を提供します。

ポリ乳酸;球晶;亀裂;結晶形態;伸長変形