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

• Project Area: Materials 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 Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Yamagata 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 2021)
• Budget Amount: ¥73,320,000 (Direct Cost: ¥56,400,000、Indirect Cost: ¥16,920,000); 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、固相押出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。さらに、このシートを一軸延伸前後にて力学特性を評価した結果、未延伸試料と比較して大変形下で応力上昇を示した。２）では、多層フィルムでは３２０層を有するMFSを作製し、一軸延伸と配向緩和処理を行うことでキンク形成を確認した。さらに、このキンク多層フィルムはキンク変形帯が大きいほど強度向上は小さいことも明らかになった。
Mg以外の新規金属系ミルフィーユ物質として、Al-ZnおよびCu-Nb接合材に着目し、研究を行った。これら材料に圧縮変形を施すことでキンク帯の導入が確認された。Al/Ag2Alに対して析出時効処理と冷間圧延によりMFSが形成された。さらに、Al-Agにおいてキンク帯形成過程の解析のため、圧縮試験中の変形過程をDIC解析によりひずみ分布変化を行った。また、高分子と金属材料の積層構造を、無電解NiPめっきとSBSのコーティング法の組み合わせによって実現し、その金属/高分子MFS膜を対象として局所座屈形成の有無と局所座屈に及ぼすNiP層厚の関係を調べた。
今後は、様々な材料でのキンク強化の検証を行い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

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）物質の塑性加工機システム構築を目指し、汎用塑性加工法（延伸・圧延加工など）を用いて、様々な材料において、MFS作製とキンク形成、キンク強化の観点から取組んだ。MFSおよびキンク形成に関して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開始した汎用塑性加工法（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進め、各種変形様式で幅広くのキンク形成加工を継続的に行う。既に、キンク形成が確認されたサンプルもあるが、真の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、その形成メカニズム解析を進める。さらに次年度以降には、キンク形成された材料の力学特性解析を行い、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。

Research Products

• [Journal Article] Effect of Layer Directions on Internal Structures and Tensile Properties of 17-4PH Stainless Steel Parts Fabricated by Fused Deposition of Metals (2021)
  • 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
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Physical and Morphological Properties of Tough and Transparent PMMA-Based Blends Modified with Polyrotaxane (2020)
  • Author(s): Ishigami Akira、Watanabe Kazuki、Kurose Takashi、Ito Hiroshi
  • Journal Title: Polymers Volume: 12 Pages: 1790-1790
  • DOI: 10.3390/polym12081790
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Morphology, Thermal and Mechanical Properties of Co-Continuous Porous Structure of PLA/PVA Blends by Phase Separation (2020)
  • Author(s): Chuaponpat Natthapong、Ueda Tsubasa、Ishigami Akira、Kurose Takashi、Ito Hiroshi
  • Journal Title: Polymers Volume: 12 Pages: 1083-1083
  • DOI: 10.3390/polym12051083
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Sliding-Wear Properties of Electro-Deposited Films with Cu and Pulse-Plated Ni Multi-Layers (2020)
  • 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
  • ISSN: 1345-9678, 1347-5320
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Fabrication and Enhanced Vickers Hardness of Electrodeposited Co–Cu Alloy Film with High Composition Gradient (2020)
  • 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
  • ISSN: 1345-9678, 1347-5320
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Influence of the Layer Directions on the Properties of 316L Stainless Steel Parts Fabricated through Fused Deposition of Metals (2020)
  • 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
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Properties of 3D Printable Poly(lactic acid)/Poly(butylene adipate-co-terephthalate) Blends and Nano Talc Composites (2020)
  • 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
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dependence of Vickers Hardness on Layer Thickness in Electrodeposited Ni–Co–Cu/Cu Multilayered Films (2019)
  • 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
  • ISSN: 1345-9678, 1347-5320
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of Layer Thickness and Annealing on Vickers Hardness and Wear Resistance in Ni-P / Zn-Ni Multilayered Films (2019)
  • 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
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Hybrid UV LED Device for Simulating Spectrum of High-Pressure Mercury Lamp: Evaluation in UV Curing Process (2018)
  • 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
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 高分子多層フィルムにおけるキンク形成とその力学特性評価 (2020)
  • Author(s): 渡邉裕貴，石神明，西辻祥太郎，黒瀬隆，伊藤浩志
  • Organizer: 第69回高分子学会年次大会
• [Presentation] SBSトリブロック共重合体の一軸延伸によるラメラ構造の形態変化 (2020)
  • Author(s): 加納航太，石神明，西辻祥太郎，黒瀬隆，伊藤浩志
  • Organizer: 2020年度繊維学会年次大会
• [Presentation] ミルフィーユ構造を有する高分子材料へのキンク形成とその力学特性 (2020)
  • Author(s): 渡邉裕貴，加納航太，石神明，西辻祥太郎，黒瀬隆，伊藤浩志
  • Organizer: 日本金属学会2020年秋期（第167回）講演大会
• [Presentation] アルミニウムフレーク充填複合材料におけるフレーク表面処理の影響 (2020)
  • Author(s): 迫優太朗，黒瀬隆，伊藤浩志
  • Organizer: 日本金属学会2020年秋期（第167回）講演大会
• [Presentation] 熱溶融積層法を用いて作製した17-4PH鋼部品の工学的特性 (2020)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 日本金属学会2020年秋期（第167回）講演大会
• [Presentation] SBSの射出成形及び熱処理条件がミクロ相分離構造形成に及ぼす影響 (2020)
  • Author(s): 加納航太，石神明，西辻祥太郎，黒瀬隆，伊藤浩志
  • Organizer: 第69回高分子討論会
• [Presentation] 高分子精密成形加工を用いた様々なナノ構造体の作製とその機能性 (2020)
  • Author(s): 伊藤浩志，パリタットムンチャン，渡邉裕貴，加納航太，石神明，黒瀬隆
  • Organizer: 第69回高分子討論会
  • Invited
• [Presentation] 高分子多層フィルムにおけるキンク形成と機械特性の関係 (2020)
  • Author(s): 渡邉裕貴，石神明，西辻祥太郎，黒瀬隆，伊藤浩志
  • Organizer: プラスチック成形加工学会第28回（令和2年度）成形加工シンポジア’20
• [Presentation] プレス圧延を用いた結晶性高分子の高強度化 (2020)
  • Author(s): 西辻祥太郎，伊藤雪乃，井上隆，伊藤浩志，佐野博成，矢野浩之
  • Organizer: 第二回軽金属学会「LPSO/MFS構造材料研究部会」
  • Invited
• [Presentation] ミルフィーユ構造を有するSBSブロック共重合体シートの圧縮せん断ひずみによる強化 (2020)
  • Author(s): 小栗廉, 瀧健太郎, 藪浩, 加納航太, 石神明, 黒瀬隆, 伊藤浩志
  • Organizer: 軽金属学会第138回春期大会
• [Presentation] Preparation and Mechanical Properties of Metal Flake Particles/Epoxy Resin Composites (2019)
  • Author(s): Y. Sako, T. Kurose and H. Ito
  • Organizer: Materials Research Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Evaluation of the Relationship between Internal Structures and Mechanical Properties in Mulutilayer Films (2019)
  • Author(s): Y. Watanabe, A. Ishigami, S. Nishitsuji, T. Kurose and H. Ito
  • Organizer: Materials Research Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Fabrication and Mechanical Properties of Metal Flake Particles/Epoxy Resin Composite (2019)
  • Author(s): T. Kurose, Y. Sako and H. Ito
  • Organizer: Materials Research Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Preparation and Mechanical Properties of Metal Flake Particles/resin Composite (2019)
  • Author(s): Y. Sako, T. Kurose and H. Ito
  • Organizer: 22nd International Conference on Composite Materials (ICCM) 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Preparation and Mechanical Properties Evaluation of Multilayer Film having Mille-Feuille Structure (2019)
  • Author(s): Y. Watanabe, A. Ishigami, S. Nishituji, T. Kurose and H. Ito
  • Organizer: International Research Symposium on Engineering and Technology (IRSET) 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高分子ミルフィーユ構造のキンク制御と材料創製 (2019)
  • Author(s): 加納航太，渡邉裕貴，石神明，西辻祥太郎，黒瀬隆，伊藤浩志
  • Organizer: 新学術領域研究 ミルフィーユ構造の材料科学令和元年度夏季研究会
• [Presentation] 高分子多層フィルムへのキンク形成とその機械特性評価 (2019)
  • Author(s): 渡邉裕貴，石神明，西辻祥太郎，黒瀬隆，伊藤浩志
  • Organizer: 新学術領域研究 ミルフィーユ構造の材料科学令和元年度夏季研究会
• [Presentation] SBSトリブロック共重合体を用いた成形加工によるミルフィーユ構造の創製と物性・構造解析 (2019)
  • Author(s): 加納航太，石神明，西辻祥太郎，黒瀬隆，伊藤浩志
  • Organizer: 新学術領域研究 ミルフィーユ構造の材料科学令和元年度夏季研究会
• [Presentation] プレス圧延を用いた高分子材料の高性能化 (2019)
  • Author(s): 捧大樹，西辻祥太郎，佐野博成，井上隆，伊藤浩志
  • Organizer: 新学術領域研究 ミルフィーユ構造の材料科学令和元年度夏季研究会
• [Presentation] 金属フレーク粒子とエポキシ樹脂によるミルフィーユ複合材料の作製と力学特性評価 (2019)
  • Author(s): 迫優太朗，黒瀬隆，伊藤浩志
  • Organizer: 公益社団法人日本金属学会2019年秋期(第165回)講演大会
• [Presentation] 高分子ミルフィーユ材料におけるキンク形成とその力学特性評価 (2019)
  • Author(s): 渡邉裕貴，石神明，西辻祥太郎，黒瀬隆，伊藤浩志
  • Organizer: 公益社団法人日本金属学会2019年秋期(第165回)講演大会
• [Presentation] ミルフィーユ構造を有する多層フィルムの作製とその力学特性評価 (2019)
  • Author(s): 渡邉裕貴，石神明，西辻祥太郎，黒瀬隆，伊藤浩志
  • Organizer: 2019年度繊維学会年次大会
• [Presentation] Al-Ag合金における巨大ひずみ加工によるミルフ ィ ーユ構造とキンク制御 (2019)
  • Author(s): 寺田大将，松澤祐希，杉野玄樹
  • Organizer: 軽金属学会第137回秋期大会
• [Presentation] 巨大ひずみ加工法を利用したミルフィーユ材料へのキンク導入の試み (2019)
  • Author(s): 寺田大将，杉野玄樹，松澤祐希
  • Organizer: 日本金属学会2019年秋期（第165回）講演大会
• [Presentation] 種々の層厚さを有するNi-Co-Cu/Cu多層膜の圧縮変形 (2019)
  • Author(s): 兼子佳久，窪前友宏，内田真
  • Organizer: 日本金属学会2019年秋期（第165回）講演大会
• [Presentation] Ni-Co-Cu/Cu多層膜の局所変形と基板方位との関係 (2019)
  • Author(s): 窪前友宏，兼子佳久，内田真
  • Organizer: 日本金属学会2019年秋期（第165回）講演大会
• [Presentation] ZK60Aマグネシ ウム合金の引張特性と疲労き裂形成に及ぼすECAP加工と熟処理の影響 (2019)
  • Author(s): 梅田健司，兼子佳久，内田真
  • Organizer: 日本金属学会2019年秋期（第165回）講演大会
• [Presentation] 電気めっき法で作製したNi-Co-Cu/Cuナノ多層膜におけるキンク変形 (2019)
  • Author(s): 窪前友宏，兼子佳久，内田真
  • Organizer: 日本塑性加工学会2019年度塑性加工春季講演会
• [Presentation] 種々の層厚さを有するNi-Co-Cu/Cu多層膜のビッカース硬さ (2019)
  • Author(s): 兼子佳久，川上直文，萩原宏幸，内田真
  • Organizer: 日本機械学会M&M2019材料力学カンファレン ス
• [Presentation] 周期的傾斜糾成を有するめっき膜の構造と硬さ (2019)
  • Author(s): 兼子佳久
  • Organizer: 日本金属学会第二回機能材料のアーキテクチャ研究会
• [Presentation] Localized deformation of electrodeposited Ni-Co-Cu/Cu multilayered films subjected to compressive straining (2019)
  • Author(s): Y. Kaneko, T. Kubomae, M. Uchid
  • Organizer: Materials Research Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Dependence of Vickers hardness on layer thickness in electrodeposited Ni-Co-Cu I Cu multilayered films (2019)
  • Author(s): H. Hagiwara, N. Kawakami, Y. Kaneko, M. Uchid
  • Organizer: Materials Research Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ni-Co-Cu/Cu金屈ナノ多居膜に生じた局所座屈のEBSD解析 (2019)
  • Author(s): 窪前友宏，兼子佳久，内田真
  • Organizer: 日本機械学会関西支部第 95期定時総会講演会
• [Presentation] ZK60A合金の引張特性と疲労き裂核形成に及ぼすECAP加工と熱処理の影響 (2019)
  • Author(s): 梅田健司，兼子佳久，内田真， A. Vinogradov
  • Organizer: 日本機械学会関西支部第 95期定時総会講演会
• [Presentation] 電気めっき法による金属ミルフィーユ構造の作製とその力学的特性 (2019)
  • Author(s): 兼子佳久
  • Organizer: 日本材料学会第99回高分子材料セミナー
• [Presentation] 金属フレーク粒子とエポキシ樹脂によるミルフィーユ複合材料の作製と力学特性 (2019)
  • Author(s): 黒瀬隆、迫優太郎、伊藤浩志
  • Organizer: 日本金属学会2019年春期(第164回)講演大会
• [Presentation] 電気めっきした多層膜の相界面と機械的特性 (2019)
  • Author(s): 兼子佳久
  • Organizer: 日本金属学会2019年春期(第164回)講演大会
  • Invited
• [Presentation] The improvement of the impact strength of PMMA by press molding method (2018)
  • Author(s): S. Nishitsuji, T. Yuki, H. Ito, and T. Inoue
  • Organizer: LPSO 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nanowrinkle structure as a candidate of kink (2018)
  • Author(s): K. Taki
  • Organizer: LPSO 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 圧延および ARB によるミルフィーユ材料へのキンク導入の試み (2018)
  • Author(s): 寺田 大将
  • Organizer: 日本金属学会秋期大会
• [Presentation] Fabrication and Microstructure of Electrodeposited Cu-based Alloy Films Having High Composition Gradient (2018)
  • Author(s): H. Hagiwara, Y. Kaneko and M. Uchida
  • Organizer: 15th International Symposium on Functionally Graded Materials
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 電気めっき法で作製した金属多層膜におけるキンク変形観察の試み (2018)
  • Author(s): 兼子佳久，窪前友宏、川上直文，萩原宏幸，内田真
  • Organizer: 日本金属学会2018年秋季(第163回)講演大会
• [Presentation] Deformed Structures of Multilayered Thin Films Fabricated by Electrodeposition (2018)
  • Author(s): Y. Kaneko, T. Kubomae and M. Uchida
  • Organizer: The 4th International Symposium on Long-Period Stacking Ordered Structure and Mille-feuille Structure
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ミルフィーユ構造を有する高分子材料の作製とその靭性評価 (2018)
  • Author(s): 伊藤浩志、石神明、西辻祥太郎、黒瀬隆
  • Organizer: 軽金属学会第135回秋期大会
  • Invited
• [Book] 高分子の延伸による分子配向・結晶化メカニズムと評価方法／173-184（第3章） (2020)
  • Author(s): 橋本祥典, 伊藤浩志
  • Total Pages: 206
  • Publisher: Ｒ＆Ｄ支援センター
• [Book] ポリマーの強靱化技術最前線 ～破壊機構 分子結合制御 しなやかタフポリマーの開発～／169-176（第2編第2章） (2020)
  • Author(s): 西辻祥太郎, 石神明, 伊藤浩志
  • Total Pages: 318
  • Publisher: エヌ・ティー・エス
• [Remarks] 山形大学高分子精密加工研究室（伊藤・石神研究室）
  • URL: https://pep.yz.yamagata-u.ac.jp/index.html
• [Remarks] 千葉工業大学 寺田大将研究室
  • URL: http://www.cit-materials.jp/intro/terada.html
• [Remarks] 金沢大学 瀧健太郎研究室
  • URL: https://takilab.com/
• [Remarks] 大阪市立大学 兼子佳久研究室
  • URL: https://research-soran17.osaka-cu.ac.jp/html/100000620_ja.html
• [Remarks] 山形大学 伊藤浩志研究室
  • URL: https://pep.yz.yamagata-u.ac.jp/