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ナノ分散が容易に実現できる高度な伸長流動分散技術の解明

剪断流動分散に代わり

ナノ分散が容易に実現できる高度な伸長流動分散技術の解明

~ニ軸押出機+簡単な装置で容易にナノ分散が実現できる~
オンライン 開催

開催日

  • 2021年6月24日(木) 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、応用が容易であること

プログラム

 高分子材料中の無機粒子は、弾性体でないので伸長流動分散に向かないが、ポリマーアロイおよび弾性が存在するCNT, Graphene, CNF ,CBなどの分散に大きく貢献し、ナノ分散が可能になってきた。
 現在、伸長流動分散効果の実証実験を経て、プロット機での実証実験が始まり、確実な成果が得られている。種々の利点が存在するが、苦労なく完全なスケールアップができる点と、ほぼ均一径の粒子のみに分散できる特色がある。目的の分散水準が容易に実現できる。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利点もある。剪断流動分散に代わる次世代形の分散機構である。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。
 本講演では、伸長流動分散理論および実証実験成果の詳細を説明する。

  1. ナノ分散による強度補強の基本技術
    1. ナノ分散による材料強度現象の解明
      1. ナノコンポジット (無機物質分散) の場合:バウンドポリマー、バウンドラバー
      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技術
      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. 伸長流動分散でナノ分散が可能
  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 (壁面駆動) 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、切断必要条件としての臨界キャピラリー数 (CCN) の意味
        • 必要条件であるが、十分条件ではない
      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さあいきんのGrace カーブ
      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 (切断の十分条件の解明)
        • 緩和時間を経て、引張応力降伏値を越えると切断する
      9. 剪断流動分散では幅広く異径粒子が発生する (不均一分散)
        • 伸長流動分散ではほぼ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
      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 (主にアメリカで開発)
        • Vane Extruder
        • EME screwなど
    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. 剪断流動でメルトフラクチャー発生時の粒子分散特性
      1. 材料内での滑り現象、各種異常流動現象との関連
      2. 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)
      3. 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
      4. 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
      5. ラプチャー切断粒子の発生
      6. X線解析像を用いて確認する方法
      7. 剪断流動分散を回避して、伸長流動分散を優先する方法
    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
    • 質疑応答

講師

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