| 研究課題/領域番号 |
18K05759
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| 研究機関 | 静岡大学 |
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研究代表者 |
山田 雅章 静岡大学, 農学部, 教授 (20293615)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 木材接着 / 制振 / 振動伝搬 / 動的粘弾性 / 損失係数 |
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| 研究実績の概要 |
木質材料の用途の一つに振動制御材料がある。接着剤は用いる高分子の運動状態により振動を維持することも減衰することもでき、またセルロースナノファイバーなどの高機能性充填剤を添加することにより、接着層を接着の機能だけでなく、振動制御層として利用する今までにない新規木質材料を創出できる可能性がある。本研究では、常温で損失正接（tanδ）が大きな振動減衰に優れた樹脂を用いることに加え、反応性ポリマーや架橋剤、セルロースナノファイバーなどの添加や木質材料の種類や製造方法を変えることで新規木質振動制御材料を作製するための基礎的研究を行っている。
H30年度（1年目）は市販の様々な樹脂を接着剤として用いてパーティクルボード（PB）を作製し、PBの1次共振周波数におけるtanδを測定することで、増幅・伝搬による活用と遮断・吸収による活用のどちらに使用できる接着剤なのかを振り分けることに成功した。
続いてR1年度（2年度目）は、使用樹脂としてガラス転移温度（Tg）が自由に変えられ様々な振動特性を有する様々なアクリル樹脂エマルジョン（AE）を用いてPBを作製し、①広い周波数帯における振動の吸収・伝搬について検討を行うこと、②Tgが異なるAEをブレンドすることで広い温度域で制振性を付与できるかについて検討を行った。その結果、PB の1から5次共振モードにおける広い周波数範囲におけるtanδを測定し接着剤のtanδと比較したところ、測定温度である 20℃以下にTgおよび tanδピークを持つ接着剤を使用して作製したPBのみtanδの値に周波数依存性が確認され、接着剤のtanδとも相関が見られた。またAEブレンド系では、室温でゴム状態にあるAEのブレンド量が多いとPBのtanδが高くなり、木質材料の制振性が大きくなる可能性があることがわかった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
進捗としては、おおむね順調に進展していると思われる。本研究の最終目的は、接着剤による振動伝達および吸収を効果的に行える木質建材を開発することにあるが、３年間の研究期間内には、接着層による振動伝達および吸収メカニズムの解明、接着剤の物性とそれら効果の相関を明らかにすること、およびPB中の接着剤存在状態の違いによる上記性質への関与を明らかにするところまでを行いたいと考えている。その中で、1年度目は様々な樹脂の中から振動の吸収性および伝搬性を有する樹脂を選定し、それらが何故振動に対するそのような性質を有するのかを検討することを目的としていた。その結果、振動吸収に優れる樹脂としてSBRとAPIを、振動伝搬性能に優れる樹脂としてニカワやUFを選定できた。また、振動吸収メカニズムを検討するため、接着剤の損失係数（tanδ）に着目したところ、PBのtanδは接着剤のtanδに依存することが明らかになり、振動吸収のメカニズムについても明らかになった。また2年度目は、PBの２次共振周波数以上の周波数域におけるtanδを測定し、高周波数域における、つまりより広い周波数帯における振動の吸収・伝搬について検討したところ、測定温度である 20℃以下にTgおよびtanδピークを持つ接着剤を使用して作製したPBでｗは、広い周波数範囲において、PBと接着剤のtanδについて相関が見られた。またAEをブレンドすることで、室温でゴム状態にあるAEのブレンド量が多いとPBのtanδが高くなり木質材料の制振性が大きくなる可能性があることがわかり、ほぼ予定どおりに順調に進展していると判断した。
最終年度はセルロースナノファイバーなどの充填剤の添加により更に制振性能の向上を目指すことに加え、接着性能の把握を行なう予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
制振材料は振動エネルギーを熱エネルギーに変換することで振動を抑制するため、内部摩擦が大きな材料、つまり損失正接が大きな材料が用いられる。また制振性能は使用環境温度、加わる振動の周波数、振幅に影響されることがわかっている。1年度目の研究により、様々な接着剤で作製したPBの一次共振周波数の損失正接を求めたところ、この周波数における制振および伝搬性能は把握できた。しかし、この実験だけでは周波数が変わった際の特性は不明である。
そこで2年度目は、使用樹脂としてガラス転移温度（Tg）が自由に変えられ様々な振動特性を有すると予測されるアクリル樹脂エマルジョン（AE）を用いれば、AE単独およびブレンドにより広い周波数帯・温度域でPB制振性を付与できることが明らかとなった。
さらに3年度目は、2年度目の内容を進めて目的とする振動特性を有する接着剤を開発するとともに、木材接着性についての検討を行う予定である。一般的に接着剤はTg付近の温度で接着強さのピークを示すことが知られているが、１年度目の研究により、振動吸収特性を持つ接着剤は常温よりも低い温度領域にTgを有し弾性率が比較的低く、振動伝搬特性はガラス状態にある熱可塑性樹脂接着剤が優れていることが明らかになっている。これらはどちらもTgが常温付近になく、接着性能が低く実用に耐えない可能性がある。そこで振動特性を維持したまま、接着性能を向上させる、つまり常温付近にTgが無くても高い接着強さを示す接着剤を開発することを目指す。Tgの異なるAEブレンド物 に架橋構造を加えることで接着強さの向上を検討する。これらが可能となれば高い接着性を有しながらも、制振性能に優れた木質材料を開発することが可能となり、室内環境や国産材の需要促進に大きく貢献できると考えられる。
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