2021 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation of the mechanism of extream pressure properties of oil-soluble polymers and the combination effect of polymers and other functional additives
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20K04254
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute |
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Principal Investigator |
中村 健太 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 開発本部マテリアル応用技術部プロセス技術グループ, 主任研究員 (20556849)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ポリマー / トライボフィルム / 極圧性 / 耐摩耗性 / 添加剤の組合せ効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度の研究により，ポリマー添加油の境界潤滑下のトライボロジー特性は，吸着性が高いポリマーほど優れることが分かった．そこで本年度は，まず，PLA/HEAの極圧性と耐摩耗性を，吸着性に優れるポリアルキルメタクリレートB-PMMAと比較することで評価した．
規格試験によるPLA/HEAの極圧性は 400 Nで，B-PMMAの1900 Nに比べてずっと低かった．ここで，主鎖構造の影響を検討した結果，PLA/HEAの主鎖であるPLAは500Nで，B-PMMAの主鎖であるPL/SMAは600 Nであった．また，官能基であるヒドロキシエチルと主鎖構造の組合せの影響を，メタクリル構造のPLMA/HEMAを用いて調べた結果，PLA/HEAと同程度であった．これらのことより，ポリマーの極圧性には，アクリレートポリマー，メタクリレートポリマーの違いによる差はなく，特に，PMMAを構造内に持つことで極圧性が高くなる傾向にあることが分かった．
規格試験によりPLA/HEA，PLA，B-PMMA，PL/SMAの摩擦係数と耐摩耗性を調べた．PLA/HEAの摩擦係数は0.10でPLAに比べて小さく，B-PMMAは0.09でPL/SMAに比べて小さかった．摩耗痕径はいずれのポリマーであっても同程度であったが，摩擦係数が低い方の凝着は少なかった．
次いで，極圧性の異なるPLA/HEAとB-PMMAの従来型添加剤との組合せ効果について調べた．それぞれのポリマーを0.05 %にして，トリクレジルフォスフェートTCPをリン濃度で500 ppm，硫化オレフィンS-oleを硫黄濃度で500 ppmにした添加油を，耐摩耗性を評価した規格試験に供した．TCPとポリマーを組み合わせることで，TCPの摩擦摩耗特性は改善され，特にPLA/HEAと組み合わせることで改善された．また，S-oleとポリマーを組み合わせた場合には，ポリマー添加により摩擦係数は低下しなかったものの，凝着は抑制できた．ここでも，極圧性のメカニズムと同様にポリマーが形成する境界潤滑膜が添加油の摩擦摩耗特性に影響していると推察される．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2020年度，2021年度でポリマーの摩擦摩耗特性に化学構造に基づく吸着性が影響すること，ポリマーの主鎖構造による影響は小さいことを明らかにし，PLA/HEAよりも摩擦摩耗特性に優れるポリマーの構造を見出した．また，ポリマーと従来型添加剤との組み合わせ効果については，基本的に従来型添加剤の作用を阻害しないが，組合せ効果が認められる場合にはポリマー添加により凝着が抑制されていることが分かった．しかしながら，他の添加剤との組み合わせ効果の程度は，ポリマーの化学構造により異なった．
添加油の摩擦摩耗特性や，他の添加剤との組合せ効果に与える化学構造の影響は，ポリマーが形成する境界潤滑膜の違いにあると推察される．一方で，ポリマーによる境界潤滑膜の差を明確にする分析手法を，現段階では見いだせていない．
本研究は，①ポリマーの化学構造とその添加油の摩擦摩耗特性を調べ，また，②ポリマーと他の添加剤を組み合わせた場合の摩擦摩耗特性を調べ，③その違いに与える影響を摩耗痕などの機器分析により調べることで，ポリマーの極圧性に与える化学構造の影響について考察することが目的である．すでに①，②の段階の調査はできており，最終年度に効率的に機器分析を行うことで③の目的も達成できる見込みである．
よって，研究は計画通りにおおむね順調に進んでいるとした．
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度，2021年度の研究により，ポリマーの化学構造に基づく，添加油の摩擦摩耗特性の違いが表れる評価条件を見出している．この評価条件で得られる摩耗痕を対象に，機器分析により化学構造と境界潤滑膜の状態に違いを見出すことで，ポリマーと他の添加剤の摩擦面での反応機構を明確にすることができる．したがって，2022年度はポリマーにより形成された境界潤滑膜を分析する方法を見出すことが目的となり，これに取り組む予定である．
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| Causes of Carryover |
コロナ感染症拡大防止策の一環として，学会における口頭発表がオンライン開催となったため，その旅費が差額として生じた．
一方で，2022年度の研究では機器分析を外部に委託する機会が増える予定である．そのため，その費用に2021年度に発生した差金を充当する．
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Research Products
(2 results)
