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2014 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

Research Project

Project/Area Number 23246129
Research InstitutionNational 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  京都大学, 生存圏研究所, 教授 (60356798)
関 雅子  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, 研究員 (70630820)
重松 一典  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 (80357186)
Project Period (FY) 2011-04-01 – 2016-03-31
Keywords流動成形 / 木質材料 / 塑性加工 / 複合材料
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、近年我々が見出した“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。これによって、木材および木質材料の材料・部材としての適用箇所が格段に拡大するうえ、高機能な木質製品を、金属材料や合成樹脂のような生産性の高い塑性加工の手段で得ることができると考えられる。
本年度の主な成果として
①超塑性的変形挙動の核となる細胞間でのすべり現象について、走査型プローブ顕微鏡により細胞界面に存在する一次壁や細胞間層が湿潤の加温状態で膨潤し軟化することを明らかにした。
②熱可塑性樹脂の木材細胞壁への導入によって、押出し特性が向上し、より低荷重での成形が可能になった。また、成形時に重要な因子である摩擦挙動についても、添加剤の種類によって大きく変化することがわかった。
③細胞壁を始めとする木質細胞へ低分子量の添加剤が浸入し吸着することで、外部寸法の膨潤と同時に線膨張係数に変化が現れることを見出すとともに、樹種によってその変化挙動に差があることを明らかにした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

大変形メカニズムの解明を進める一方で、本テーマを核に、複数者の企業との共同研究を実施しており、実用化を目指した開発も実施している。そのなかで、実用面で重要な木材の処理条件・成形条件は、樹種と添加剤によって若干異なることが明らかになってきており、その原因を追究しながら、変形メカニズムを議論するように、実用と基礎が同時併行で研究遂行されている。

Strategy for Future Research Activity

研究の進め方はこれまでどおりに行う。木質材料には多くの樹種があるが、最終年度においては、代表的な樹種(針葉樹、広葉樹)について、変形メカニズムを解明する。また、実用化に際して絶対不可欠な添加剤の開発についても検討しながら、実用化目指した研究開発を進める。

  • Research Products

    (28 results)

All 2015 2014

All Journal Article (11 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (14 results) (of which Invited: 1 results) Patent(Industrial Property Rights) (3 results)

  • [Journal Article] 木が構築する天然複合材料である木質素材の階層構造活性化による大変形加工と工業材料への展開2015

    • Author(s)
      三木恒久
    • Journal Title

      工業材料

      Volume: 63 Pages: 5

  • [Journal Article] Anomalous thermal expansion behaviors of wood under dry and low-temperature conditions2014

    • Author(s)
      T. Miki, H. Sugimoto, Y. Furuta, I. Shigematsu, K. Kanayama
    • Journal Title

      HOLZFORSCHUNG

      Volume: 68 Pages: 567-574

    • DOI

      10.1515/hf-2013-0103

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Preparation of wood plastic composite sheets by lateral extrusion of solid woods using their fluidity2014

    • Author(s)
      Tsunehisa Miki, Masako Seki, Soichi Tanaka, Nobuo Sobue, Ichinori Shigematsu, Kozo Kanayama
    • Journal Title

      Procedia Engineering

      Volume: 81 Pages: 580-585

    • DOI

      10.1016/j.proeng.2014.10.043

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Effect of Thermoplastic Binder on Flow Deformation Behavior of Wood2014

    • Author(s)
      Masako Seki, Tsunehisa Miki, Soichi Tanaka, Ichinori Shigematsu, Kozo Kanayama
    • Journal Title

      Procedia Engineering

      Volume: 81 Pages: 855-860

    • DOI

      10.1016/j.proeng.2014.10.088

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Large Deformability Derived By Cell-Cell Slip Mechanism at Intercellular regions in Solid Wood2014

    • Author(s)
      Tsunehisa Miki, Rumiko Nakaya, Masako Seki, Soichi Tanaka, Nobuo Sobue, Ichinori Shigematsu, Kozo Kanayama
    • Journal Title

      Proceedings of the 4th Asian Conference on Mechanics of Functional Materials and Structure

      Volume: 1 Pages: 53-56

  • [Journal Article] Extrusion properties of bulk wood: effects of die angle on the extrusion force2014

    • Author(s)
      Masako Seki, Tsunehisa Miki, Soichi Tanaka, Ichinori Shigematsu, Kozo Kanayama
    • Journal Title

      Proceedings of the 4th Asian Conference on Mechanics of Functional Materials and Structure

      Volume: 1 Pages: 57-60

  • [Journal Article] Mechanical properties of wood treated by poly ethylene glycol polymers2014

    • Author(s)
      Soichi Tanaka, Masako Seki, Tsunehisa Miki, Ichinori Shigematsu, Kozo Kanayama
    • Journal Title

      Proceedings of the 4th Asian Conference on Mechanics of Functional Materials and Structure

      Volume: 1 Pages: 69-72

  • [Journal Article] Repetitive flow forming of wood impregnated with thermoplastic binder2014

    • Author(s)
      Masako Seki, Tsunehisa Miki, Soichi Tanaka, Ichinori Shigematsu, Kozo Kanayama
    • Journal Title

      Proceedings of the Advances in Materials and Processing Technologies Conference 2014

      Volume: 1 Pages: CD

  • [Journal Article] Advanced Wood Shaping Techniques for Sustainable Developments2014

    • Author(s)
      Tsunehisa Miki, Rumiko Nakaya, Masako Seki, Soichi Tanaka, Ichinori Shigematsu, Kozo Kanayama
    • Journal Title

      Proceedings of The 9th Conference on Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems

      Volume: 1 Pages: 0085-1-0085-10

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 木質系材料の流動現象を用いた塑性加工技術2014

    • Author(s)
      三木恒久
    • Journal Title

      軽金属

      Volume: 64 Pages: 259-263

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Method to impregnate poly ethylene glycol polymers to cell walls of wood by drying treatment at an appropriate relative humidity2014

    • Author(s)
      Soichi Tanaka, Masako Seki, Tsunehisa Miki, Ichinori Shigematsu, Kozo Kanayama
    • Journal Title

      Proceedings of The 9th Conference on Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems

      Volume: 1 Pages: CD

  • [Presentation] 線膨張係数の温度依存性に及ぼす樹種の影響2015

    • Author(s)
      三木恒久、中谷留美子、関雅子、田中聡一、祖父江信夫、西田雅一、重松一典、金山公三
    • Organizer
      第65回日本木材学会大会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2015-03-18 – 2015-03-18
  • [Presentation] 高圧力下における熱硬化性樹脂含浸木材と金属材料の摩擦特性2015

    • Author(s)
      関雅子、田中聡一、三木恒久、重松一典、金山公三
    • Organizer
      第65回日本木材学会大会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2015-03-18 – 2015-03-18
  • [Presentation] Migration of polymers into cell walls in wood impregnated with an aqueous polymer solution under conditioning in controlled atmosphere: Effect of solution concentration on swelling and shrinkage behaviors of wood treated with polyethylene glycol polymers2015

    • Author(s)
      Soichi Tanaka, Masako Seki, Tsunehisa Miki, Ichinori Shigematsu, Kozo Kanayama
    • Organizer
      International Symposium on Wood Science and Technology 2015
    • Place of Presentation
      Tokyo
    • Year and Date
      2015-03-17 – 2015-03-17
  • [Presentation] Dynamic heat capacity changes of wood related to microstructure alterations caused by drying2015

    • Author(s)
      Tsunehisa Miki, Rumiko Nakaya, Masako Seki, Soichi Tanaka, Nobuo Sobue, Masakazu Nishida, Ichinori Shigematsu, Kozo Kanayama
    • Organizer
      International symposium on Wood Science and Technology 2015
    • Place of Presentation
      Tokyo
    • Year and Date
      2015-03-16 – 2015-03-16
  • [Presentation] 木質系材料の流動現象の発現と応用技術2015

    • Author(s)
      三木恒久
    • Organizer
      新産業シーズ発表会
    • Place of Presentation
      名古屋市
    • Year and Date
      2015-03-06 – 2015-03-06
    • Invited
  • [Presentation] Flow Behavior of Wood Treated with Melamine Formaldehyde Resin under Non-equilibrium Thermal-compression2014

    • Author(s)
      Tsunehisa Miki, Rumiko Nakaya, Masako Seki, Soichi Tanaka, Nobuo Sobue, Ichinori Shigematsu, Kozo Kanayama
    • Organizer
      2014 International Conference on Mechanical Properties of Materials(ICMPM 2014)
    • Place of Presentation
      Barcelona
    • Year and Date
      2014-12-18 – 2014-12-20
  • [Presentation] Repetitive flow forming of wood impregnated with thermoplastic binder2014

    • Author(s)
      Masako Seki, Tsunehisa Miki, Soichi Tanaka, Ichinori Shigematsu, Kozo Kanayama
    • Organizer
      Advances in Materials & Processing Technology Conference(AMPT)
    • Place of Presentation
      Dubai
    • Year and Date
      2014-11-17 – 2014-11-20
  • [Presentation] Preparation of wood plastic composite sheets by lateral extrusion of solid woods using their fluidity2014

    • Author(s)
      Tsunehisa Miki, Masako Seki, Soichi Tanaka, Nobuo Sobue, Ichinori Shigematsu, Kozo Kanayama
    • Organizer
      11th International Conference on Technology of Plasticity
    • Place of Presentation
      名古屋市
    • Year and Date
      2014-10-19 – 2014-10-24
  • [Presentation] Masako Seki, Tsunehisa Miki, Soichi Tanaka, Ichinori Shigematsu, Kozo Kanayama2014

    • Author(s)
      Masako Seki, Tsunehisa Miki, Soichi Tanaka, Ichinori Shigematsu, Kozo Kanayama
    • Organizer
      11th International Conference on Technology of Plasticity
    • Place of Presentation
      名古屋市
    • Year and Date
      2014-10-19 – 2014-10-24
  • [Presentation] Large Deformability Derived By Cell-Cell Slip Mechanism at Intercellular regions in Solid Wood2014

    • Author(s)
      Tsunehisa Miki, Rumiko Nakaya, Masako Seki, Soichi Tanaka, Nobuo Sobue, Ichinori Shigematsu, Kozo Kanayama
    • Organizer
      The Fourth Asian Conference on Mechanics of Functional Materials and Structures (ACMFMS 2014)
    • Place of Presentation
      奈良市
    • Year and Date
      2014-10-10 – 2014-10-11
  • [Presentation] Extrusion properties of bulk wood: effects of die angle on the extrusion force2014

    • Author(s)
      Masako Seki, Tsunehisa Miki, Soichi Tanaka, Ichinori Shigematsu, Kozo Kanayama
    • Organizer
      The Fourth Asian Conference on Mechanics of Functional Materials and Structures (ACMFMS 2014)
    • Place of Presentation
      奈良市
    • Year and Date
      2014-10-10 – 2014-10-11
  • [Presentation] Mechanical properties of wood treated by poly ethylene glycol polymers2014

    • Author(s)
      Soichi Tanaka, Masako Seki, Tsunehisa Miki, Ichinori Shigematsu, Kozo Kanayama
    • Organizer
      The Fourth Asian Conference on Mechanics of Functional Materials and Structures (ACMFMS 2014)
    • Place of Presentation
      奈良市
    • Year and Date
      2014-10-10 – 2014-10-11
  • [Presentation] Advanced Wood Shaping Techniques for Sustainable Developments2014

    • Author(s)
      Tsunehisa Miki, Rumiko Nakaya, Masako Seki, Soichi Tanaka, Ichinori Shigematsu, Kozo Kanayama
    • Organizer
      9th Conference on Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems
    • Place of Presentation
      Venice
    • Year and Date
      2014-09-20 – 2014-09-27
  • [Presentation] Method to impregnate poly ethylene glycol polymers to cell walls of wood by drying treatment at an appropriate relative humidity2014

    • Author(s)
      Soichi Tanaka, Masako Seki, Tsunehisa Miki, Ichinori Shigematsu, Kozo Kanayama
    • Organizer
      9th Conference on Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems
    • Place of Presentation
      Venice
    • Year and Date
      2014-09-20 – 2014-09-27
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 木質意匠部品及びその製造方法2014

    • Inventor(s)
      三木恒久、金山公三、重松一典、関雅子、長瀬公宏
    • Industrial Property Rights Holder
      三木恒久、金山公三、重松一典、関雅子、長瀬公宏
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2014-109490
    • Filing Date
      2014-05-27
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 木質成形体及びその製造方法2014

    • Inventor(s)
      三木恒久、金山公三、重松一典、関雅子、長瀬公宏
    • Industrial Property Rights Holder
      三木恒久、金山公三、重松一典、関雅子、長瀬公宏
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2014-109491
    • Filing Date
      2014-05-27
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 木質成形体及びその製造方法2014

    • Inventor(s)
      三木恒久、金山公三、重松一典、関雅子、長瀬公宏
    • Industrial Property Rights Holder
      三木恒久、金山公三、重松一典、関雅子、長瀬公宏
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2014-151376
    • Filing Date
      2014-07-25

URL: 

Published: 2016-06-01  

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