2018 Fiscal Year Research-status Report

高機能性フッ素樹脂の開発と加工条件の最適化

Research Project

Project/Area Number	18K04727
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	猿倉信彦大阪大学, レーザー科学研究所, 教授 (40260202)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	山ノ井航平大阪大学, レーザー科学研究所, 助教 (30722813) 清水俊彦大阪大学, レーザー科学研究所, 助教 (80415182)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	フッ素樹脂
Outline of Annual Research Achievements	現在、耐熱性、耐薬品性、撥水・撥油性や低摩擦係数など優れた特性を持ったフッ化物樹脂が開発されている。ポリマーアロイ（ブレンド樹脂）は、これらの特性を補完するように混合させたもので、特に苛酷な環境に対する耐久力を持つようになることが期待されている。本研究は小角X線散乱法と光散乱計測を組み合わせることで、ミクロからマクロな視点での構造解析を現在社会的に需要のある複雑なフッ化物ブレンド樹脂の開発・評価へ応用する。特に前例の無い構造解析と応力応答の同時計測が、中心課題である。具体的には既に実績のある構造解析システムに引張装置を導入し、引張強度による構造変化の過程を解析し、異方性の現れ方、応力との関係を解明することを目標とする。本研究により、成形加工品の製作条件の最適化、加工品の指標化に成功すれば、性能向上により世界中のあらゆる製品や工場などの長寿命化と安全・安心の向上、フッ素樹脂材料の用途の拡大が期待できる。初年度は異方性と引張強度との整合性を取るため、引張試験機をX線解析機器の内部に持ち込み、試験を行いながらサンプルの小角X線散乱の解析を行うための検討を材料研究者、実験装置施設研究者と検討を行った。引張強度による構造の異方性の形態変化の過程を解析し、異方性の現れ方、応力との関係を解明することが求められた。放射光施設で利用できるよう引張試験機の遠隔装置による改良の具体化を進めた。かける応力は実際に圧電素子として製品に使用される場合を想定した値に設計が必要である。さらに、小型の射出成形装置を同様に放射光施設に持ち込み、作成過程における変化も観察することの必要性が確認された。また材料の保管に必要な装置の導入を行った。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 放射光施設内に導入可能な装置の改良に関する仕様がフィックスするのに時間がかかり、充分な実験まで進まなかった。しかし、複数の打ち合わせと基礎実験で準備は整いつつあり、今後の計画へは支障がないと考えている。
Strategy for Future Research Activity	以下の２点を目標として研究を進める。①新規開発中のブレンド品と従来品を比較して、引張強度と異方性の関係を明らかにし、新規材料の優位性を実証すると同時に小角X線散乱のその場計測による材料評価の定量的な指標を作る。②フッ素樹脂加工製造装置を放射光施設に持ち込み、製造の過程を小角X線散乱で動的計測することにより、従来ではブラックボックスとなっている製造加工過程の状態を観測し、温度・圧力などの種々の加工条件の最適化を行う。これらの目標が達成されれば、開発中の新規ブレンドフッ素樹脂材料の品質向上、コスト削減の観点で、実用化が可能かの見極めができる。また、既存材料に関しても、これまで経験からしか得られなかった知見をデータ化することで、新たな知財の権利化が可能となる。実験としては以下の2点を中心に進める。(1)引張試験機を用いた小角X線その場計測: 1000Nまでの引張強度でのデータ化を目指す。新規品と従来品の比較・引張強度と異方性の定量化を行う。(2)加工条件の最適化：200-300 ℃での材料の動的データ化を目指す。作成過程の動的観察・作成後の組成評価を行う。