Rheo-optical near-infrared spectroscopic imaging for strain-induced behavior of polymer chain

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K05194
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 新澤 英之 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (10549893)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 近赤外分光法 / 引っ張り試験 / 近赤外イメージング / 高分子

Outline of Annual Research Achievements

引張試験機と近赤外イメージングを組み合わせた「レオオプティカル近赤外イメージング」技術の開発を行う。高分子材料中の高分子構造（結晶、アモルファス）が引張によってどのように変形しているかをモニタリングすることが可能となる。本技術を実現するために、これまでに開発したレオ・オプティカル近赤外分光法を改良し、より汎用的な測定装置へと拡張する。

従来のレオ・オプティカル近赤外分光法では、引張試験時の試料に集光させた近赤外光を透過させ、応力‐ひずみ変化と共に、スペクトルを連続的にモニタリングする。近赤外スペクトルには結晶やアモルファスといった高分子構造に由来する吸収ピークが現れるため、延伸する試料のスペクトルを解析することで結晶構造の流動変化を動的に調べることができる。この方法は、従来の引張試験によって得られる機械強度だけでなく、巨視的な変形の原因となる分子レベルの変形を解明することも可能にした。材料分析の新しいツールとして多くの応用事例を生み出してきたレオ・オプティカル近赤外分光法であるが、未だ幾つかの技術的課題が残されている。例えば、現在の集光による測定では、必ずしも変形が顕著な破断箇所を捉えるとは限らないという問題がある。巨視的な変形を生じる機械試験において、測定箇所が数mmという極めて局所的な部位の光計測では機械的な変形の全体像を捉えることが困難であった。

本研究では上記の問題点を克服するために、部材の広い領域の近赤外測定を可能とする測定方法の開発を行う。具体的には、引張試験機と近赤外カメラの測定を組み合わせることで、高分子部材の変形過程を応力－ひずみ関係だけでなく、部材の広い領域に及ぶ高分子構造の変化を近赤外イメージとして計測する、高分子材料評価のための有益なツールを開発する。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初導入を予定していた近赤外カメラの製造メーカーが、該当製品を販売を中止したため、当初の購入予定よりも遅れを生じている。

Strategy for Future Research Activity

測定技術の要となる近赤外カメラについては引き続き市場調査を行う。

Causes of Carryover

当初予定していた近赤外カメラの製造メーカーが該当製品の生産を中止していたことが判明した。このため現在は代替製品の導入のため市場調査を行っている。翌年度分として請求した助成金と併せて、近赤外カメラの購入に充てる予定である。