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高分子ナノ分散を高品質で実現する伸長流動分散技術の特性解明と応用する利点

現使用の剪断流動分散に代わる

高分子ナノ分散を高品質で実現する伸長流動分散技術の特性解明と応用する利点

~ニ軸押出機+簡単な装置で容易にナノ分散が実現できる~
東京都 開催 会場 開催

開催日

  • 2020年2月25日(火) 10時30分 16時30分

受講対象者

  • 押出成形・押出加工に関連する製品の技術者
    • フィルム (光学フィルム・太陽電池関連フィルム・包装など)
    • シート (発泡シートなど)
    • パイプ・ホース・チューブ
    • 土木・建材用異形押出品
    • 電池セパレータ
    • 高機能複合材料 (ナノコンポジット)
    • 機能性薄膜・フィルム
    • 食品
    • トイレタリー分野
    • 押出機 など

修得知識

  • 剪断流動分散と伸長流動分散の比較、技術的特性
  • ナノ分散体を容易に得られる方法
  • 伸長流動分散方法の制御方法
  • 品質に関するスケールアップが自由にできる技術であること
  • メルトフラクチャーの発生要因。
  • メルトフラクチャーを用いた分散性

プログラム

 ナノ分散が大きな材料強度を確保する有効な手段であることを多くの人が実感している。しかし、容易にナノ分散体を実現する方法に関しては十分に理解されていない。現有の二軸押出機だけでは実現できないからである。特にコストパーフォーマンスに優れた方法、装置に関してはなお更である。最近、話題性の大きな「伸長流動分散」が操作的にも最有力な方法であることが分かってきた。理論は少し難しいが、大きな利点も多い。たとえば、品質のスケールアップが実に容易に実現できることなど、今後の技術展開に注目が集まっている。現在使用の二軸押出機に少々の付帯設備を応用すれば実現できる。今後は樹脂のナノ分散材料が一般化する時代になると考えられる。

  1. ナノ分散の基本となる技術
    1. なぜナノ分散で材料強度が向上するかの解明 (1,2の現象は異なる)
      1. ナノコンポジット (無機物質分散) の場合
      2. 高分子ナノ分散 (ポリマーブレンド) の場合
    2. ナノコンポジットと高分子ナノ分散の現状と伸長流動分散の位置づけ
      1. 主なるナノコンポジットの製造技術
      2. 主なる高分子ナノ分散材料の製造方法
      3. 全ての非相溶ポリマーブレンドが完全相溶体になる新技術
      4. 伸長流動分散で実現可能な分散領域
  2. 剪断流動でいう層流域での伸長流動分散​
    1. 伸長流動分散の基礎理論 (詳細を剪断流動分散と対比する)
      1. 4ロールモデルにおける材料の流動特性
        • 伸長応力発生時に材料を拘束する圧力が必要
      2. アフィン変形と非アフィン変形
      3. 紐状樹脂の表面に発生するくびれの発生原理
      4. キャピラリー数と、切断条件としての臨界キャピラリー数 (CCN) の意味
      5. 材料の相対粘度 (λ) の関数として解析されたGrace (CCN) カーブと
        • 粘弾性両面から解析したGrace カーブ (最近の技術、より実際的)
      6. 剪断流動分散、伸長流動分散におけるCCNカーブの特性
        • 前者はλ (相対粘度) >4では分散しない。後者は全領域で分散する
      7. 剪断/伸長流動の共存流動におけるCCNカーブの特性
      8. 紐状から粒子への切断現象
      9. 剪断流動分散では異径粒子が発生する (不均一分散)
        • 伸長流動分散では同径粒子が発生する (均一分散)
      10. キャピラリー入り口では伸長応力は材料の流出量に比例する
      11. Bagley Plot とBagley correction (伸長応力に比例、ΔP) 特性
    2. 伸長流動分散の実験解析
      1. UtrackiのEFM (分散ダイ) と粒子に切断する実験結果
      2. 橋爪のEFDM (分散ダイ) とナノ粒子に切断する実験結果
        • 流入入口角度180°が有効な理由
      3. 伸長流動分散を用いた高分子ナノ分散の実現
      4. 伸長流動分散の粒子同士が再凝集しない特異な特性
    3. 伸長流動分散の応用例
      1. PA66中にHDPEをナノ分散
      2. エラストマー中に別種のエラストマーを微細均一分散
      3. HDPE中にHMWPEを微細分散。logλ (相対粘度) ≒2に対応する領域
      4. CNFの分散
      5. 形態の伸長流動分散装置
      6. ダイ方式 (EFM,EFDM (橋爪特許) スリットダイ (橋爪特許) など)
      7. スクリューエレメント方式 (Ring Element, Blister Ringなど)
      8. 不完全分散スクリュー方式 (Vane Extruder, EME screwなど、主にアメリカで開発)
    4. 伸長流動分散では品質スケールアップが容易に、確実にできる。実証実験結果
      1. PA66中にHDPEをナノ分散する。分散品質はΔPに比例する
        • ΔPはBagley correction の値
      2. エラストマー中に別種エラストマーを分散する。同上
  3. 剪断流動でいう乱流域での伸長流動分散
    1. メルトフラクチャー発生時の分散特性
      1. 材料内での滑り現象、各種異常流動現象との関連
      2. 内部摩擦説、α,β滑り線、すべり面 (2次元滑り現象)
      3. キャピラリー入り口に発生する円錐滑り面 (3次元滑り現象)
      4. シート成形でシート上に現れる2種類の滑り現象、波の発生
      5. メルトフラクチャーは材料内部の滑り現象であることを実証
      6. 平行平板レオメータを用いた滑り現象の確認実験
      7. 材料内部の滑り面が作る断層構造 (塑性変形)
        • 断層出現と剪断が多重に発生することで、異常に高度な分散効果となる
      8. 2材料の接面では、初めにメルトフラクチャーが発生した材料側から不均一弾性を
        • 相方の材料接面に伝達する。微細ナノ分散の実現要因になる
    2. 剪断流動と伸長流動の共存流動における伸長分散
      1. メルトフラクチャー (乱流) 発生時には剪断流動が主流になる
      2. それを解決する方法として、スピノーダル分解、バイノーダル分解技術を用いる
    • 質疑応答

講師

会場

連合会館

4F 401会議室

東京都 千代田区 神田駿河台三丁目2-11
連合会館の地図

主催

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