2014 Fiscal Year Annual Research Report
高分子多孔構造の制御を可能とするグリーンな射出発泡成形原理の確立と成形装置の開発
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26289289
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
大嶋 正裕 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60185254)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長嶺 信輔 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30335583)
引間 悠太 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50721362)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 発泡成形 / 成形加工 / 微細発泡 / 気泡核生成 / 気泡成長 / コアバック / シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、高圧二酸化炭素から窒素、究極的には空気に発泡剤を転換し、表面のテクスチャー・孔サイズ・孔密度を自在に制御した高分子多孔部材の創出を目指し、発泡原理を追求し、シミュレーションソフトを開発する。さらに、発泡に適した高分子材料の開発、新規な発泡射出成形装置の設計開発を行い、高い断熱性・吸音性・光制御性等をもった高分子多孔部材を創製する。
平成２６年度は次の３つのサブテーマについて研究を遂行した。１)気泡核生成・成長現象の解析と再モデル化と高分子ブレンドモルフォロジーテンプレート発泡法の進化、２）急速冷却過程での結晶性樹脂中での結晶生成・成長メカニズムのモデル化と微細化への応用、３）空気を発泡剤として利用できる低環境負荷の射出発泡成形装置を開発。
上記 １）２）では、現有の発泡射出成形装置を使い、二酸化炭素から窒素に発泡剤を切り替え、ポリカーボネート、ポリ乳酸、ポリプロピレンをベース樹脂とし、ソルビトール系結晶核剤、セルロースナノファイバーやPTFEなどの添加剤等をも加えて、5～10倍の発泡倍率で微細な発泡部材の創製実験を行った。樹脂のレオロジー特性が発泡体セル構造に与える影響ならびに成形条件が発泡体のセル構造に与える影響を把握し、モデル化した。添加剤のセル構造への影響として、増粘効果と結晶核生成による気泡の核剤効果が考えられるが、微細化には、気泡の核剤効果が最も効果的であること、高倍率化には、樹脂の延伸度・ストレーンハードニング性能が重要要因であることが示唆された。また、３）の課題において、空気を発泡剤とするためには、樹脂に溶解しきれない気体を、成形機内でどのように排出するかが重要な要素技術となることが確認でき、ベントシステムの検討を重ね、スクリューと新たな射出成形機の設計開発を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
実験データとシミュレーションの推測するセル構造（セル密度、セル径分布）においてかなりの一致をみることができ、モデル化の方向性が正しいことを確認できた。さらにポリマー射出成形のシミュレーションソフトウエアを開発している企業との連携が進み、より実用に供しうるシミュレータの開発を進めることができた。
また、高圧ガス発生装置を使わず、低圧気体を使った射出発泡成形装置の開発については、樹脂に溶解しきれない気体を、成形機内でどのように処理するか（系外に排出するか）が重要な要素技術となることが確認でき、日本製鋼所ならびに日立マクセル社の協力と助言を得ることができ、ベントシステムの検討を重ねてスクリューと新たな射出成形機の設計開発を進めることができた。また、ベント・計量・射出のサイクルを実行するソフトウエアの開発も同時に進めることができ、本年度は、装置を組み上げ、射出発泡実験を実行できる段階に至っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の結果を踏まえて、１）の課題については、シミュレーションモデルの洗練化を進め、二酸化炭素と窒素を発泡剤とする場合で獲られるセル構造の違いを推算できるようにする。
また、２）については、各種樹脂で結晶化を制御する添加剤を探索し、より結晶核を気泡核剤として気泡を微細化する手法を確立する。その際、新たに購入した高速DSC装置を使って、急速冷却過程での結晶性樹脂の結晶核生成挙動を科学的に把握し、基礎データを蓄積するとともに、より効果的な添加剤の探索・開発につなげる。
また、３）については、昨年度設計したスクリューシリンダー、ソフトウエアを加工し、総合的に動かす新規システムを組み上げて、実験を開始する。
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| Causes of Carryover |
現状は、平成26年度中に実験遂行に必須なソフトを発注しているので、計画どおり使用できている。ただ納期が次年度（平成27年度）となるため、書類上は次年度使用額が発生したこととなっている。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
同上
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