2012 Fiscal Year Annual Research Report
ナノ空隙の吸着サイト改質とミクロ界面すべり制御による木材の超塑性加工法の開発
| Project/Area Number |
23246129
|
|---|
| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
三木 恒久 独立行政法人産業技術総合研究所, サステナブルマテリアル研究部門, 主任研究員 (20415748)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金山 公三 独立行政法人産業技術総合研究所, サステナブルマテリアル研究部門, 研究グループ長 (60356798)
杉元 宏行 独立行政法人産業技術総合研究所, サステナブルマテリアル研究部門, 主任研究員 (70425742)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2016-03-31
|
| Keywords | 塑性加工 / 超塑性 / 非平衡状態 / 界面制御 / 複合材料 / 含浸 / 高機能化 |
|---|
| Research Abstract |
本研究では、“木材の超塑性挙動”に着目し、ナノ～マイクロレベルでの微細構造変化の観点から変形メカニズムを解明するとともに、木材の超塑性現象を利用した変形加工技術の開発を目指す。具体的には、木材の非結晶領域に多く分布するナノ空隙と吸着サイトを把握・制御して、種々の界面状態を変化させ、木材に超塑性的変形を生じさせる。また、吸着サイトや吸着剤のナノ表面処理によって、変形と同時に寸法安定性や強度、難燃性能を付与することを目的とする。当該年度は以下の3つの項目を検討した。
１．ナノ空隙の把握と制御：低分子フェノール（PF)樹脂を含浸した木材の空隙構造は、空隙半径ｒ：10nm以下での空隙量の増加ならびに無処理では認められるr：10～42nm程度の空隙が消失することが水銀圧入法から明らかになった。PF樹脂によって流動特性が向上したことを考慮すると、細胞壁内に存在するナノレベルの空隙のうちr:10nm以下のものがすべりの起点となっている可能性が示唆された。
２．吸着サイトの把握と制御：ポリエチレングリコール（PEG）のうち、r:10～42nmの細孔へ浸入可能な分子量が300～1540に存在することが明らかになった。すなわち、この細孔領域に吸着できる分子サイズがバインダ・添加剤には必要である。
３．界面すべりの制御：数種の添加剤（グリコール類、フェノール樹脂、メラミン樹脂）を導入した木材の熱軟化特性、ならびに円柱圧縮試験によるすべり（流動）特性を評価した。走査プローブ顕微鏡によって細胞実質と細胞間層の物性値に変化があることが確認された。これらの軟化挙動、すべり現象（降伏挙動）、組織構造における物性値の差を総合的に検討することによって、木材で生じる超塑性的変形挙動の発生につい細胞間層が大きな影響を示していることがわかった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
木材の超塑性的変形挙動についての情報をナノレベルの空隙構造の変化ならびに吸着サイトの観点から、計画した手法によって順調に得ることができている。また、そのメカニズムを解明を目指すと同時に、応用を見据えて上記空隙への変形促進剤である添加剤の選定も順調に進んでいる。さらに、本技術を利用したサンプル作製や特許出願なども行うことでき、おおむね順調に研究が進んでいる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
各種添加剤（PEG、PF樹脂、メラミン樹脂）を木質素材へ導入したときの微細構造変化についての知見の収集を継続するとともに、それが超塑性的変形挙動に与える影響をより詳細に検討する。また、得られる成形体の物性値の向上を目指して成形条件の最適化を行う。現状、最終目標に対して約80％程度の物性値・生産速度の達成度であるので、より高い達成度を目指して、計画通りに検討課題の推進を図る。
|
