射出成形だけで光沢のある外観ができる、という長所からＰＣ／ＡＢＳの需要がこの１０年伸びている。この材料は、ＡＢＳがブレンドされているので、靱性も向上している。すなわち力学物性も外観も良好なポリマーアロイである。
しかしこの材料は４成分の高分子のブレンドからできているため、混練技術に問題があると、射出成形プロセスで外観不良の問題を引き起こす。外観不良だけでなく、ひどいときには、材料スペックの半分以下の強度しか出ないという品質問題を発生する。
射出成形メーカーにコンパウンド技術が充分にあれば品質問題の解析が可能だが、射出成形メーカーの技術者は化学工学あるいは機械系の技術者が多いために本質的な原因解明ができなかったりする。仮に本質的な原因解明ができても、コンパウンドメーカーからコンパウンドに詳しい技術者が説明にきて丸め込まれたりする。
かつて、射出成形体に外観不良の問題とボス割れの問題が発生したためにその原因解析を行いました。その結果、コンパウンドの製造プロセスに問題がある、というデータが得られたので、中国の現場まで出向き工場の様子を視察したところ、案の定シリンダーの温度が高いところがあり、できあがったペレットに時々「す」が発生していた。証拠品を持ち帰り、某コンパウンドメーカーへ注意をしたところ、分析データをめぐり３時間にわたる議論となった。
分析データだけでは結論を認めていただけなかったので、証拠品の「す」の入ったペレットと温度異常を示す写真を最後に見せて決着がついたが後味の悪い議論でした。コンパウンドと射出成型性の問題は、お互いが譲らなくなった場合には結論を出しにくくなる問題であるとその時学びました。ただし、分析値にへりくつをつけることができましても現物は動かぬ証拠となります。
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カテゴリー : 高分子
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樹脂と各種成形との関係について教科書を調べてみても明確な説明がされていない。成形技術分野は主にハードウェアーの説明がほとんどである。特許を調べてみると様々な条件が記載されている。中には同じ条件であるにもかかわらず表現が異なるために成立している特許もある。
PETは射出成形しにくい樹脂で、主に押出成形やブロー成形用に使用されてきた。ある教科書では、射出成形できない、とまで明確に書かれている。PETの押出成形を２０年近く前に体験したが、Tダイから出てくる樹脂を見て射出成形できないと直感した。粘度変化が激しいのである。また、この粘度が低くなるおかげでフィルム成形しやすい樹脂という言い方もできます。
特許にもPETに添加剤をブレンドし、温度に対する粘度変化を緩やかにする技術が出願されている。ただPETの射出成形の難しさは、粘度の温度変化を調整しただけではだめで、もともと遅い結晶化速度を制御しない限り、表面のきれいな成形体が得られない。すなわち添加剤の中には結晶化速度を速める化合物も有り、その結果粘度調整ができているのだが、これが実際の射出成形では結晶化しすぎて表面のなめらかさが阻害されたりする。
PETは結晶化速度が遅いのでブロー成形やフィルム成形に向いているのだが、結晶化しにくいわけではない。結晶化度の低いフィルムを延伸すればすぐに結晶化する。PETの射出成形を可能にするためには、結晶化速度を速めながら結晶化度が上がらないようにして粘度調整する必要がある。まったく結晶化しないように変性し粘度を上げるのも射出成形性を改善できる方法でそのような技術も存在するが、この場合には弾性率が低く柔らかい成形体となる。故にフィラーを添加して弾性率を上げなければ実用性の無い樹脂となる。フィラーを添加せず樹脂だけで弾性率の高い射出成形体を製造する技術の難易度は高い。
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カテゴリー : 高分子
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高純度酸化スズ単結晶は絶縁体です。しかし、ＩｎやＳｂがドープされると透明導電体になります。ただ、Ｓｂドープされた場合には若干青みを帯びた透明、Ｉｎは黄色みを帯びた透明です。ＩｎやＳｂのドープは半導体物性論から大変理解しやすい。しかし、Ｆをドープしても同等の導電性が得られ、こちらは色味もなく無色透明と特許に書かれています。
実際にＦをドープした酸化スズを合成してみますと、ドープの効果が不明な結果となります。すなわち、Ｆをドープしなくとも酸素欠陥を多くして結晶性を落としてゆくと酸化スズに導電性が表れます。この事実に基づく最初の発明は特公昭３５－６６１６で、非晶質酸化スズゾルを写真フィルムの帯電防止剤として使用した特許です。
非晶質酸化スズの導電性については、酸素欠陥の量と関係しているように思われますが、実験を行うと必ずしも酸素欠陥との相関が高くない。ＤＳＣやＴＧＡを行うと３００℃前後にわずかな水が失われる現象が観察される。酸化スズの中に水が含まれているのか調べてみると水の分子は観察されない。おそらくスズ酸の形式になっているのでしょう。
ならば、プロトン導電体として導電性が出ているはず、と活性化エネルギーを求めてみると１eVとなる。また、０℃近辺にわずかな変曲点が存在し、電子伝導性も疑われる。ＩｎやＳｂがドープされた酸化スズは電子伝導性であることが確定しているが、酸化スズゾルに含まれる粒子の公開された研究報告を探しているがまだ見つかっていない。おそらく酸化スズゾルの合成条件で物性が変化するので論文を書きにくいためと思われます。またある種の酸化スズゾルから取り出したゲルでは、エレクトロクロミズムも現れブルーになったのでびっくりした。公開された研究報告に書かれていない面白い現象が酸化スズには観察されます。来年酸化スズを用いた帯電防止層の電子セミナーを販売する予定を立てています。
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カテゴリー : 電気/電子材料
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昨日の衆議院選挙では自民党は２９４議席を占め、無所属で自民党入党予定の１議席を追加すると２９５議席となり、事前に新聞各社が独自のシミュレーションで行った３００議席とほぼ一致した。事前予測の３００議席についてはＳ社のコラムで新聞５社が一致した数字となるのは珍しいこと、と書いていたが、投票先を４０％の有権者が決めていない状況における事前の民意がそのまま反映した形である。
有権者の投票行動をどのように予測するのか勉強不足で説明できませんが、ＴＶの報道では電話による世論調査が一般的である。すなわち無作為にサンプリングした有権者の意見を電話で聞くのである。サンプリング集団の値が母集団と近くなるのは、確率や統計の学問における基本であるが、今回の結果は日本人が正直なことを示している。
今回のようにたくさんの政党が乱立し、有権者が事前調査で皆がウソをついた場合には、事前予測は大きく外れるはずです。すなわち事前に投票先を決めていない有権者までどこかの政党をランダムに回答したならば事前予測の値は大きくずれたと思われます。面白いのは、自民党は事前予測の結果を見て、立候補者の引き締めを行ったとのこと。自民党はこの事前予測に驚いたのだろうと思われますが、小選挙区と比例代表制の選挙制度では、その選挙の第１党が有利となる結果が出やすいといわれています。
おそらく日本人の正直な人間性と確率統計学の進歩の結果が選挙の事前シミュレーションの精度を上げているのでしょう。弊社も来年販売に向けて３０年後の技術の未来予測やパーコレーション転移のシミュレーター、高分子シミュレータ－の開発も行っています。選挙シミュレーターほどの精度をめざしたいと思っています。本日は昨晩夜更かしをされた方も多いと思われますので、車を運転される方は居眠り運転に注意してください。
カテゴリー : 一般
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Ｌｉイオン二次電池は、１９９２年にソニーが実用化し、つい最近まで日本が世界のシェアーの大半を占めていた商品と言われ、国のグリーン戦略で二次電池のシェアー５０％以上と設定されている。そしてＬｉイオン二次電池はエネルギー密度が高いので二次電池の本命とまで言われています。しかし、この世間で言われているＬｉイオン二次電池に対する考え方には誤解があります。近々人数限定のクローズドセミナーを開催しようと考えていますがいくつかの誤解についてここで簡単に説明します。
Ｌｉイオン二次電池を初めて世の中に出したのは、ブリヂストンで、ブリヂストンとそれを生産していたセイコー電子工業は１９８８年に日本化学会から化学技術賞を受賞している。白川先生が導電性ポリマーの発明でノーベル賞を受賞し、ブリヂストンは導電性ポリマーの実用化対象としてポリマー二次電池を企画した。用いたポリマーはポリアニリンで、この材料を正極に用い、カーボンを負極に用いた電池を発明した。電解質の不燃化のためにイオン導電性ホスファゼンまで開発している。しかし、エネルギー密度が低かったのでやがてソニーの新電池に市場を奪われた短命の商品である。何故か電池を研究されている方々は、ソニーのＬｉイオン二次電池を元祖と位置づけられる方ばかりですが、ブリヂストンが最初です。
６年ほど前からＬｉイオン電池の負極の熾烈な合金化競争が行われ、昨年末負極の活物質をカーボンから合金に変えた電池が登場し、エネルギー密度の低いカーボン負極のＬｉイオン電池に置き換わりつつある。この合金化競争は、現在はＳｎ系であるがＳｉＯが本命とまで言われこの方面ではサムスンが挽回してきて日本のシェアーは今年は５０％を切るとも言われている。特許を調べてみるとサムスンは確かに良い発明を出願し、日本危うし、という状況です。
ただＬｉイオン二次電池が高エネルギー密度電池の本命と考える限り、サムスンの快進撃は続きますが、現状のＬｉイオン電池レベルならば、それを置き換えることが可能な二次電池の研究はすでに完了している。また現状のＬｉイオン二次電池よりも高エネルギー密度の二次電池もすでに研究が進み始めています。来年弊社の電脳書店では、世間で言われている誤解に挑戦し新技術開発に挑戦する未来展望企画をスタートします。Ｌｉイオン二次電池の問題もそこでとりあげ、日本がこれから立ち上がる新市場、スマートグリッドあるいはホームバッテリー分野の二次電池市場でシェアー５０％以上をとるシナリオを提示したい、と考えています。人数限定で開催するクローズドセミナーでもそのあたりの最前線も大胆に講演します。
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弊社は研究開発必勝法プログラムをクライアントの研究開発マネジメント基盤に合わせてカスタマイズし、提供中です。このプログラムのエンジンである問題解決法は、逆向きの推論と独自のＫ０チャート、Ｋ１チャートそしてこれらをまとめ上げて実施する思考実験が特徴となっています。問題と言えば、ドラッカーの「何が問題か」というフレーズが有名ですが、彼は正しい問題を設定することの重要性を指摘しましたが問題の解き方までは提示していません。しかし、問題そのものが引き起こす問題について、多数の著書の中で述べられています。問題は解決されなければなりません。
さて、表題の問題解決のコンセプトは、弊社の場合について説明しますと、技術の問題であれば商品のあるべき姿を重視し、そこから逆向きの推論を展開することを重要視しています。そして分析的思考で問題解決するのではなく、商品を作り上げる創造的思考で問題解決を進めます。ここがこれまでの問題解決法との大きな違いです。
例えば普及し始めたＵＳＩＴでは、成果が個人の能力に依存しやすいオブジェクト指向にも似た問題解決手順で分析的思考を用いて行います。苦労して問題解決を行った結果、科学的に当たり前の結果が得られた時に正しく解けた、と考えています。冷静に考えれば、この問題解決法では、当たり前の結果が出ることを期待して苦労する問題解決法である、と気が付かれるかと思います。しかし、不確実性の時代とか誰も見たことのない時代とか言われる今日の問題解決法として少し物足りません。イノベーションを期待できないからです。
弊社の問題解決法では、あるべき姿を挑戦的に設定すれば、新しいイノベーションを引き起こすソリューションを出すことができます。すなわち企業のイノベーションを引き起こす問題解決法が弊社の方法のコンセプトです。
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昨年の話だが、あるメーカーの社長から割れた樹脂の写真が届き、この問題を解決して欲しい、という手紙が入っていた。それ以外の情報は無い。担当者を紹介してもらい、いろいろ伺ったが、要点は熱伝導をあげるために他社と同じような組成にして成形体を作ったが、他社は割れないのに自分のところは割れる、という内容です。
処方は２０年以上前から知られている公知情報なので何とかしたい、というのが担当者の話。特許情報や分析結果から同等の材料を使用しているから不思議だ、という。あまりにも技術を軽視している、と思いましたが、対策を幾つか示し、問題解決をしました。しかし契約をしないで問題解決したためにお酒でお茶を濁すだけの仕事になりました。
コンサルティングを始めたばかりなので頼まれればすぐに対応します。簡単な問題から難しい問題まで、何でもこちら(当サイトのお問い合わせ)からご相談ください。実績豊富な弊社の問題解決法で迅速に対応させて頂きます。
カテゴリー : 一般 宣伝 高分子
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現象をモデル化し、そのモデルを数式で表現できれば、現象のシミュレーションは容易である。エクセルで容易にグラフが得られる。現象が複雑で単純に数式で表現できない場合には、コンピューターの助けを借りることになります。現象のモデルをプログラムで表現しシミュレーションすることになるのですが、昔はＤＯＳベースで計算結果をファイルに落とすようなプログラムを簡単に作れたのですが、ＷＩＮＤＯＷＳ環境では、最初にＷＩＮＤＯＷＳのデザインをしなければならない。これも適当に行えるとよいのだが、プロパティーの設定ミスがあるとプログラムが予期せぬ動きをする。
オブジェクト指向でプログラミングが楽になった、というが、昔ならばシミュレーションに必要な部分だけで済んだのが、今は作り始める前の準備が大変である。これも慣れれば楽なのでしょうが、プログラミングが商売では無いうえに、年に２－３回しか使わないので、操作方法を忘れてしまう。時折面倒くさくなるとＰＣ９８０１を引っ張り出して、昔使用していたＣでプログラミングを行う。Ｃはオブジェクト指向のプログラミング言語では無いが、Ｃ＃を使ううちにオブジェクト指向の習慣がついて、昔よりも構造体を頻繁に作る。オブジェクト指向ではないプログラミング環境で、改めてオブジェクト指向の意味を考えました。
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酸化第二スズゾルをゼラチン水溶液に分散し塗布膜をＴＡＣフィルムに工程条件で形成するとパーコレーション転移を生じないが、分散条件や塗布液、塗布条件を制御するとパーコレーション転移が観察されるようになる。その転移の閾値検出には、２０Ｈｚにおけるインピーダンス変化を利用すると容易である。これは、インピーダンスの周波数分散が、導電性微粒子分散系では低周波数領域で大きく変化する性質を利用している。
この低周波数領域で生じるインピーダンスの異常変化について数値シミュレーションをおこなった。すなわち絶縁性のバインダーをコンデンサー、導電性粒子を抵抗に置き換えたモデルを作り、その数学的表現を検討し、モデルに合致する数式を導き出した。このモデルを表現した数式についてゼラチンの静電容量、酸化第二スズゾル粒子の直流抵抗の値で計算を行うと、酸化第二スズゾルの量が増加するに従い、インピーダンスの値が低周波数領域で異常分散を示す。
この数値シミュレーションは福井大学客員教授をしていた時に、青木幸一先生に教えていただいて行ったのだが、専門が異なると現象を前にした時の発想が異なる面白さを味わいました。当方は、有限要素法に類似の方法でパーコレーション転移をシミュレートするソフトウェアーを完成していたが、それは直流を前提にしていた。交流で計算するには、モデルを組み直し再度プログラミングをしなければならない。しかし数学モデルに持ち込んで数式化し、数値シミュレーションを行えば、エクセルで計算できてしまうのである。このような世界を真剣に勉強したことが無かったので感動しました。
さて、シミュレーション結果は何を意味しているのか。これはモデルと数式を見て考察するわけであるが、数式が複雑なので計算値の変化からモデルの動きを推定した。面白いことに静電容量が異常に大きく変化するところがある。そしてその影響でインピーダンスも大きく変化している。すなわち微粒子のクラスターが多くなることは、微粒子どおしの接触点が増えることを意味し、それは導電性粒子の距離が短くなり静電容量が大きくなる変化と等価で、数値シミュレーションの異常分散が生じていることが分かった。すなわちパーコレーション転移とインピーダンスの低周波数領域における異常分散とは密接な関係があったのである。
一連の成果については１５年前に公開済みで、来年販売する帯電防止技術電子セミナーにおいて説明する予定です。
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酸化第二スズゾルをゼラチン水溶液に分散し、何も工夫せずＴＡＣフィルムへ塗布しますとパーコレーション転移を観察できません。５０vol%も添加するとひび割れる為で、この添加量が上限となり、転移の閾値が観察されないのです。しかし、分散方法や塗布条件の工夫をしますと５０vol%未満でもパーコレーション転移を生じるようになります。しかし、それは工程条件からかけ離れたものです。このときの閾値は、表面比抵抗ではわかりにくい。酸化第二スズゾルの添加量に対する抵抗変化が工夫前よりも大きくなったという程度の曲線です。どこに閾値があるのか不明で、パーコレーション転移の制御技術を開発するためには、まず閾値を見つける評価技術を作らなければなりません。
微粒子分散系のインピーダンスや誘電率は、低周波数側で異常な周波数分散を生じます。ゼラチンをコーティングしたＴＡＣフィルムのインピーダンスを評価しましたところ、酸化第二スズゾルが添加された場合に、やはり異常な周波数分散が観察されました。１００ミクロンのＴＡＣフィルムに０．２ミクロンの薄膜を形成しているのですから、感度が高い検出力です。
様々な条件でＴＡＣフィルムに酸化第二スズゾルを添加したゼラチンをコーティングしたフィルムについてインピーダンスを評価しましたら、１００Ｈｚ以下で急激な変化を示すサンプルがいくつか見つかりました。横軸に酸化第二スズゾルの添加量をとり、縦軸に２０Ｈｚのインピーダンスの値をとったグラフ上にそのサンプル群をプロットしましたところ３５vol%以上のサンプルでインピーダンスの値が、３５vol%未満のサンプルの値に対して１００００倍になるグラフが得られました。表面比抵抗の値はなだらかな変化を示していますが、インピーダンスの値は、クラスターのでき方を検出している可能性があります。
明日は、インピーダンス変化をシミュレーションしました結果を説明します。
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