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Fabrication and Control for Kink Deformation With Mille-feuille Structures of New Metals and Polymers

Planned Research

Project AreaMaterials science on mille-feullie structure -Developement of next-generation structural materials guided by a new strengthen principle-
Project/Area Number 18H05483
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionYamagata University

Principal Investigator

伊藤 浩志  山形大学, 大学院有機材料システム研究科, 教授 (20259807)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 寺田 大将  千葉工業大学, 工学部, 准教授 (80432524)
Project Period (FY) 2018-06-29 – 2023-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥73,320,000 (Direct Cost: ¥56,400,000、Indirect Cost: ¥16,920,000)
Fiscal Year 2022: ¥14,560,000 (Direct Cost: ¥11,200,000、Indirect Cost: ¥3,360,000)
Fiscal Year 2021: ¥14,560,000 (Direct Cost: ¥11,200,000、Indirect Cost: ¥3,360,000)
Fiscal Year 2020: ¥14,560,000 (Direct Cost: ¥11,200,000、Indirect Cost: ¥3,360,000)
Fiscal Year 2019: ¥14,560,000 (Direct Cost: ¥11,200,000、Indirect Cost: ¥3,360,000)
Fiscal Year 2018: ¥15,080,000 (Direct Cost: ¥11,600,000、Indirect Cost: ¥3,480,000)
Keywordsキンク制御 / 特殊塑性加工 / 高分子系ミルフィーユ構造 / 金属系ミルフィーユ構造 / 力学特性 / 高分子系ミルフィーユ構造材料 / 金属系ミルフィーユ構造材料 / 特殊加工法 / キンク形成 / キンク強化 / 高分子成形加工 / 接合圧延 / 高分子鎖折り畳み / ミルフィーユ構造創製
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、ミルフィーユ構造のキンク強化発現機構を新規金属・セラミックス・高分子系ミルフィーユ構造「物質」に対して、様々な塑性加工法によりキンク形成と強化を実現した新規ミルフィーユ構造(MFS)「材料」を創製することを目的としている。
高分子系において、1)ブロックコポリマーによるMFS作製とキンク形成、2)多層フィルムを用いたMFSの形成とキンク形成、3)結晶性高分子の高圧プレスによるキンク形成に関して取り組んだ。1)では、ラメラ構造を有するSBSブロックコポリマーに対して一軸延伸によるキンク形成加工を行った結果、MFSが折れ曲がるキンク構造が確認された。2)では、PS/PBT多層フィルムでは320層を有するMFSを作製した。この多層フィルムに圧延加工を施すことで、キンク形成が確認され、さらに結晶転移が生じることが分かった。3)では、結晶性ポリマーPPについてプレス圧延を行った。その結果、圧延回数を増やすことにより最大強度が大きくなることが分かった。PP の小角X 線散乱画像の結果、4 点パターンが現れ、これは圧延によりキンク構造が現れたということを示唆している。また、この圧延サンプルは未圧延サンプルと比較し、5倍以上の高強度を示した。
Mg以外の新規金属系ミルフィーユ物質として、Al-Znに着目し研究を行った。これら積層材料では、8サイクル以上のARB加工でキンク導入が確認され、層間がキンク帯の導入に影響することを明らかとした。Al-Agに対して析出時効処理と冷間圧延によりMFSが形成され、圧縮試験によってキンク帯形成が確認できた。Al-Ag時効析出材では、その硬さはキンク導入量に対して変化していなかった。
今後は、これまで検討してきた材料でのキンク帯とキンクサイズによる強化率の解析を行う等、MFSのキンク強化理論を確立する為に実験的アプローチを加速する。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度、高分子系においては、高分子系ミルフィーユ構造(MFS)物質に対して、キンク形成とキンク強化の観点から研究を取組んだ。MFS、MFSへのキンク形成とさらにキンク強化の関係を明確にすることが目的であり、計画通りの進展がなされた。
塑性加工を行うミルフィーユ物質は、他の研究班から供給され班内連携等によっても、想定される物質を本研究班で作製し、塑性加工の基礎検討を開始し、延伸、圧延、固相押出加
工等に取組んだ。Mg以外の新規金属系においても、ひずみ量やひずみ速度を制御しながら圧延を施すことで、各物質のキンク形成能力を評価し、加工条件とキンク形成に関する基礎的知見を蓄積することが出来た。

Strategy for Future Research Activity

次年度は、これまでの成果をもとに、高分子系・金属系新規ミルフィーユ物質に対して汎用塑性加工法(圧延・押出・引張)や特殊加工法(固相押出・ARB・ECAP・HPTなど)によるキンク形成の検討をさらに進め、キンク形成とキンク強化の関係を明確にすることを継続的に行う。既に、キンク形成が確認されたサンプルもあるが、さらに材料とする場合は、より広範囲で均一化・安定化が必須である。これらのキンク形成の確認とともに、加工条件とキンク形成の関係の整理、そのキンク強化メカニズムの解析を進める。さらに、次年度は最終年度であり、他班(A02班やA03班)と協力してキンク強化の発現メカニズムの解明、一般化ミルフィーユ条件およびキンク形成条件を明らかにするための検討を進める。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(83 results)

All 2022 2021 2020 2019 2018 Other

All Journal Article (13 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 13 results,  Open Access: 10 results) Presentation (61 results) (of which Int'l Joint Research: 14 results,  Invited: 5 results) Book (3 results) Remarks (6 results)

  • [Journal Article] Wear resistance of graphene reinforced ultra-high molecular weight polyethylene nanocomposites prepared by octa-screw extrusion process2021

    • Author(s)
      Liu Cheng-Ying、Ishigami Akira、Kurose Takashi、Ito Hiroshi
    • Journal Title

      Composites Part B: Engineering

      Volume: 215 Pages: 108810-108810

    • DOI

      10.1016/j.compositesb.2021.108810

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    • Author(s)
      Prasong Wattanachai、Ishigami Akira、Thumsorn Supaphorn、Kurose Takashi、Ito Hiroshi
    • Journal Title

      Polymers

      Volume: 13 Pages: 740-740

    • DOI

      10.3390/polym13050740

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  • [Journal Article] アルミニウムフレーク充填エポキシ樹脂複合材料の力学特性に及ぼすフレーク表面処理の影響2021

    • Author(s)
      迫優太朗, 黒瀬隆, 石神明, 伊藤浩志
    • Journal Title

      日本金属学会誌

      Volume: 85(5) Pages: 174-181

    • NAID

      130008029631

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  • [Journal Article] Effect of Layer Directions on Internal Structures and Tensile Properties of 17-4PH Stainless Steel Parts Fabricated by Fused Deposition of Metals2021

    • Author(s)
      Abe Yoshifumi、Kurose Takashi、Santos Marcelo、Kanaya Yota、Ishigami Akira、Tanaka Shigeo、Ito Hiroshi
    • Journal Title

      Materials

      Volume: 14 Pages: 243-243

    • DOI

      10.3390/ma14020243

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  • [Journal Article] Physical and Morphological Properties of Tough and Transparent PMMA-Based Blends Modified with Polyrotaxane2020

    • Author(s)
      Ishigami Akira、Watanabe Kazuki、Kurose Takashi、Ito Hiroshi
    • Journal Title

      Polymers

      Volume: 12 Pages: 1790-1790

    • DOI

      10.3390/polym12081790

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    • Author(s)
      Chuaponpat Natthapong、Ueda Tsubasa、Ishigami Akira、Kurose Takashi、Ito Hiroshi
    • Journal Title

      Polymers

      Volume: 12 Pages: 1083-1083

    • DOI

      10.3390/polym12051083

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  • [Journal Article] Sliding-Wear Properties of Electro-Deposited Films with Cu and Pulse-Plated Ni Multi-Layers2020

    • Author(s)
      H. Hagiwara, K. Nakamura, Y. Kaneko and M. Uchida
    • Journal Title

      MATERIALS TRANSACTIONS

      Volume: 61 Issue: 6 Pages: 1102-1108

    • DOI

      10.2320/matertrans.mt-m2019330

      10.2320/matertrans.MT-M2019330

    • NAID

      130007846103

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
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      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Fabrication and Enhanced Vickers Hardness of Electrodeposited Co–Cu Alloy Film with High Composition Gradient2020

    • Author(s)
      H. Hagiwara, Y. Kaneko, M. Uchida
    • Journal Title

      MATERIALS TRANSACTIONS

      Volume: 60 Issue: 4 Pages: 801-804

    • DOI

      10.2320/matertrans.mt-m2019334

      10.2320/matertrans.MT-M2019334

    • NAID

      130007815407

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
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      2020 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Influence of the Layer Directions on the Properties of 316L Stainless Steel Parts Fabricated through Fused Deposition of Metals2020

    • Author(s)
      Kurose Takashi、Abe Yoshifumi、Santos Marcelo V. A.、Kanaya Yota、Ishigami Akira、Tanaka Shigeo、Ito Hiroshi
    • Journal Title

      Materials

      Volume: 13 Pages: 2493-2493

    • DOI

      10.3390/ma13112493

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      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Properties of 3D Printable Poly(lactic acid)/Poly(butylene adipate-co-terephthalate) Blends and Nano Talc Composites2020

    • Author(s)
      Prasong Wattanachai、Muanchan Paritat、Ishigami Akira、Thumsorn Supaphorn、Kurose Takashi、Ito Hiroshi
    • Journal Title

      Journal of Nanomaterials

      Volume: 2020 Pages: 1-16

    • DOI

      10.1155/2020/8040517

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      2019 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Dependence of Vickers Hardness on Layer Thickness in Electrodeposited Ni–Co–Cu/Cu Multilayered Films2019

    • Author(s)
      H. Hagiwara, N. Kawakami, Y. Kaneko, M. Uchida
    • Journal Title

      MATERIALS TRANSACTIONS

      Volume: 60 Issue: 12 Pages: 2569-2575

    • DOI

      10.2320/matertrans.mt-m2019165

      10.2320/matertrans.MT-M2019165

    • NAID

      130007751039

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
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      2019 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Effects of Layer Thickness and Annealing on Vickers Hardness and Wear Resistance in Ni-P / Zn-Ni Multilayered Films2019

    • Author(s)
      KANEMOTO Hiroshi、KAWAMURA Toshinori、KANEKO Yoshihisa
    • Journal Title

      J. Surf. Finish Soc. Jpn.

      Volume: 70 Issue: 2 Pages: 115-121

    • DOI

      10.4139/sfj.70.115

    • NAID

      130007589370

    • ISSN
      0915-1869, 1884-3409
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      2018 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Hybrid UV LED Device for Simulating Spectrum of High-Pressure Mercury Lamp: Evaluation in UV Curing Process2018

    • Author(s)
      Taki Kentaro、Sawa Keigo
    • Journal Title

      J. Photopol. Sci. Technol.

      Volume: 31 Issue: 6 Pages: 753-757

    • DOI

      10.2494/photopolymer.31.753

    • NAID

      130007603539

    • ISSN
      0914-9244, 1349-6336
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      2018 Annual Research Report
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  • [Presentation] 拡散接合されたバルク状金属積層材の圧縮変形にともなうキンク状構造の形成2022

    • Author(s)
      垣花 久遠,兼子佳久,内田真
    • Organizer
      日本機械学会関西支部第97期定時総会講演会
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  • [Presentation] 圧縮変形させた金属/高分子系積層構造の座屈発生と金属/高分子の界面強度評価2022

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      中田海渡,兼子佳久,内田 真,瀧健太郎,藪浩
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      日本機械学会関西支部第97期定時総会講演会
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      萩原彰,兼子佳久,内田真
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      日本機械学会関西支部第97期定時総会講演会
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      2021 Annual Research Report
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      2021 Annual Research Report
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      松田 陸,兼子佳久,内田真
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      Polymer Engineering and Science International (PESI) Conference 2021
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      伊藤雪乃,西辻祥太郎,佐野博成,井上隆,伊藤浩志
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  • [Presentation] Layer-Thickness Dependence of Hardness and Local Buckling Behavior in Electrodeposited Ni-Co-Cu/Cu Multilayered Films2021

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      Y. Kaneko, T. Kubomae, N. Kawakami, H. Hagiwara and M. Uchida
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      垣花 久遠,兼子佳久,内田真
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      日本金属学会2021年秋季(第169回)講演大会
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      兼子佳久,窪前 友宏,内田真
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      渡邉裕貴,加納航太,石神明,西辻祥太郎,黒瀬隆,伊藤浩志
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      阿部喜史,黒瀬隆,M. V. A. Santos,金谷陽太,石神明,田中茂雄,伊藤浩志
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      渡邉裕貴,石神明,西辻祥太郎,黒瀬隆,伊藤浩志
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      T. Kurose, Y. Sako and H. Ito
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Published: 2018-07-20   Modified: 2022-12-28  

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