本日は４月１日なので信じてもらえないかもしれないが、頭も使わず簡単に新規ポリマーアロイを開発する手法がある。ただ組み合わせて混練し物性を測るだけである。
そのような手法で、PETボトルのリサイクル材が７０％以上含まれている新規のポリマーアロイを２０年近く前に開発した。驚くべきことにそこには紫外線防止剤はじめ劣化防止に必要な添加剤を一切添加していない。
それでも窓際に２０年近く放置していても劣化しないのだ。開発した時の靭性を保持しており、簡単に割れない。PSに似た物性だが、はるかにPSよりも高靭性である。
レーザープリンターの内装品に応用されたのだが、現在はディスコンになり使われていない。もったいないことに特許の年金も支払われていないので、どこでも自由に技術を使用できる。
この樹脂には驚くべき物性はほかにもたくさんあり、例えば難燃剤を添加していなくてもUL９４－V2に合格する。もっともこの認可が得られなければ、レーザープリンターの内装材に使用できないのだが、難燃剤を使用しないので安い！
pagetop小学生の頃に象が乗っても壊れないアーム筆入れ、という商品がヒットしている。TVで実際に象に踏ませて壊れないところをPRしていた。
映像で見る限り、象の全体重が筆入れにかかっていたわけではないが、それなりのインパクトがあった。同様に今でも記憶に残っているナイロンザイルの事故は、高分子の破壊について講演するときに常に思い出す。
奥穂高の事故を扱った井上靖の「氷壁」は、当方が３－４歳頃の新聞小説で、その後映画化やTVドラマ化されている。だから、実際の事故について記憶が残っていたわけではない。
小学校時代に見たTVの記憶である。最初のTVドラマではフジTVの昼メロ（注）として放映されており、記憶が正しければ、人妻と密通しロッククライミングで滑落する男性を渋い二枚目の山崎努が演じていた。
この思い出は、その後必殺仕事人で念仏の鉄の演技を見ていて興ざめした体験として残っている。小学校高学年の午前中の授業だけの時に帰宅すると、この昼メロを見ることができ、ナイロンザイルの事故として一生懸命見ていた。
氷壁は長編小説であり、読むのに大変だったが、この昼メロを見ていたおかげで、中学の時に一気読みしている。このような経験から、古い事件でありながら、小説と実際の事件との区別がつかず、鈴鹿高専の実験を見ていたような錯覚まですることがある。
また、念仏の鉄と滑落死した人物が一緒なのは、必殺仕事人を見ているときに邪魔な記憶だった。特に鉄が女郎と遊んでいるシーンを見ると人妻との密通を思い出し、喜劇に映ったのである。
ところで、ナイロンザイル事件はTVドラマのような浮ついたものではなく、長い間裁判が行われ切れるはずの無いナイロンザイル事件として当方が成人するまで新聞でたびたびニュースとして取り上げられている。
ちなみにこのナイロンザイルはT社製の糸をTS社がロープ化したもので、企業と被害者がそれぞれ公開実験を行い戦っている。このように泥沼化したのは、高分子材料の破壊機構について科学的に不明点が多かったからである。
科学的に不明だから企業に過失はない、というのは法的に正しいのかもしれないが、思春期の当方の目には良い印象が残っていない。T社もTS社も日本を代表する立派な企業であり、例えばPPS／６ナイロンの技術は、脆いPPSを高速で動作する複写機部品として使えるようにした素晴らしい技術である。
しかし、パーコレーションの問題を解決できなかったのは残念で、技術サービスからド素人と評価された当方が３カ月でコンパウンド工場を子会社の敷地に建設しなければいけない事態になっている。
この時、脳裏にあったのは、辛抱強くナイロンザイルの問題を訴えた被害者の兄の姿である。PPSの力学特性を改善する技術には成功したが、半導体としての電気特性を安定化させる技術に失敗している点に気づいていない問題を深く議論することをすぐに諦めている。半年後には製品に搭載しなければいけない部品の責任者だったからである。
二律背反の技術は、科学では解決しにくい場合が多い。そのとき科学で分かっていないからモノはできないでは困るのだ。今月１９日にこの事例とともに問題解決の方法をゴム協会シンポジウムで２時間講演する。
何をこの時考えていたかについても話す予定でいるので聞きに来て欲しい。セラミックスが専門の人間がリスキリングできたDXの効果についてご理解いただけるのではないか。
ちなみに、材料の破壊力学が金属やセラミックスに適用され、一応の完成を見たのは、１９８０年代のセラミックスフィーバーの時であり、高分子の破壊についてはまだ細々と研究が続けられている。
しかし、金属やセラミックスで線形破壊力学の考え方の正しさが確認され、K1cというパラメーターは弾性率同様に物質の固有の値という認識ができつつある。
当方が、材料の破壊に関心があるのは、プラモデルが登場した時に今は無くなった今井模型の社長からケミカルアタックの説明と壊れた部品の代わりを送られた思い出からである。
ナイロンザイル事件について新聞のニュースで知ったのは小学校高学年になってからであるが、昼メロ以外に氷壁のドラマをその後数回見ることになり、高校生の頃にナイロンザイル事故が同日に２件起きたセンセーショナルなニュースはワイドショーでも扱われ今も覚えている。
そして成人した時に法制化されたニュースを見た記憶が残ってる。同様にTVドラマを通じて印象に残っているのは、「わたスキ」が放映された時に頻発したABS製スキー靴が壊れる事故である。
高分子材料の破壊について、学術的な思い出よりもこのようなTVドラマとの関連で関心が強く、今も興味深くその研究成果について勉強している。
（注）この昼メロを今から思い出しても少し憤りを感じる。いくらナイロンザイルの結晶化による靭性低下が原因という機構が分かっていないから、といっても、滑落原因を人妻との密通が原因であるかのような展開だったからである。一方で鈴鹿高専の先生が辛抱強く研究成果を発表されて、それが新聞で取り上げられたりしていた。すなわち高分子の破壊がこれほど社会問題化された例を当方は知らない。「私をスキーに連れてって」では、スキー靴の問題を扱わず、モータリゼーションの世相を描くのに一生懸命だった。デートカーという言葉も生まれ、その後プレリュードが大ヒットしている。プレリュードは、バブル崩壊後売れなくなってカタログから消えたが、最近ホンダはプレリュードを再登場させると発表している。初任給バブルの時代にヒットするか？
pagetop子供の頃、プラモデルでスーパーカーを作って走らせていたら数日で壊れた。ギアボックスが外れたのである。よく見るとギアボックスの取り付けてあったところにヒビも入っていた。
ケミカルアタックである。この話は以前書いたが、高分子と油の組み合わせには注意が必要である。また、最近のTVの画面の最表面は樹脂フィルムであることも多いので、洗剤のついた布で拭かない方が良い。
TV画面は、取り扱い説明書をよく読んで拭き掃除を行うこと。昔はブラウン管だったので心配なかったが、今のTVの画面掃除は取説に従って行う必要がある。
２０世紀末から、身の回り製品の外装が高分子ばかりになった。突板張りもフィルムに木目を印刷した高分子である。我が家の食卓テーブルは１００％木製で一部セラミックスが張り付けてあるが、最近ニトリで似たようなデザインのテーブルを見つけたが、表面は樹脂だった。
恐らく耐久試験が行われているので、食用油がこぼれても問題が起きないようになっているだろうと思われるが、勇気のある設計だと思う。
ガソリンのポンプにPPSを用いてリコールを行った自動車会社が最近あった。ガソリンが直接触れる部品に高分子を用いる時には、十分な品質管理が前提となる。
高分子と油の組み合わせにおいて、SPが離れておれば大丈夫とか、ケミカルアタックはSPに気を付けておれば大丈夫とか言う記述を見たことがあるが、これは誤解を招く。自動車会社のリコール問題も、油に溶けにくいＰＰＳという性質のため油断してリコールとなっている。
ケミカルアタックではＳＰだけで判断してはいけないのだ。このあたりは、あまり知られていないので、不安な方はお問い合わせください。
カテゴリー : 高分子
pagetop高分子成形体の密度は、重要なパラメーターである。しかし、これに無頓着な技術者は多い。技術者だけでなく、一般消費者もこれに関心を持ってほしい。例えば１００円ショップで同一形状のプラスチックケースを複数購入した時に重量を計測すると、それがばらついていることに気がつく。
PS製品であれば、密度を計測し、１年後その密度を再計測すると変化していることに驚くことがある。中には変形する製品もある。１００円ショップの製品だから、と思ってはいけない。
高級品でも同様である。二＊＊のF100というフィルムカメラの裏蓋が破損した時に、破片と本体の密度をアルキメデス法で計測したら異なっていた。すなわち、成形体部品に不均一な密度分布があったことになる。
これが経時で生じたのか、最初から密度分布があったのかは不明だが、最初から密度分布があったのならば、二＊＊は重要部品の品質管理をやっていなかったことになる。
セラミックスでも金属でもその成形体の密度を計測すると理論密度となっていないが、高分子ほど経時での変化は大きくない。セラミックスなど１０年や２０年では変化しない。
この高分子が時間経過とともに密度変化している問題は、製品の品質管理で重要になる時がある。もし気になった技術者がいたら弊社へ問い合わせていただきたい。
pagetopゴムを混練りした経験者と樹脂を混練した経験者とでは、プロセシングに関する議論がかみ合わないことがある。樹脂の混練経験者は、せいぜい二軸混練機のL/Dを気にするぐらいである。
スクリューセグメントについて知識を持っていることは常識であり、その前にL/Dが最低どのくらいの値を基準にして議論しようとしているのか気にしている。
ゴムの混練り経験者でもニーダー１台で用を足していた技術者とロール混練りを経験していた技術者とでも議論がかみ合わない場合があるが、ニーダーしか経験の無い技術者は、ロール混練り経験者に敬意を表すのでやがて議論は結論へと向かう。
しかし、二軸混練機で成果を出してきた技術者は、どこかプライドが高い。お釈迦様の掌の上で飛び回っていただけであることに気がついていない。
ＰＰＳ／６ナイロン／カーボンの配合を議論していた時に素人は黙っとれと言われた。当方は、ニーダーやロールでもこの配合を混練りしてみたが、一流メーカーのコンパウンドと異なる性能のコンパウンドが得られたので、混練りプロセスの検討をお願いしたのである。
結局議論にならず仕方が無いので３か月でカオス混合プラントを中古の二軸混練機を購入して立ち上げ、一流メーカーのコンパウンドよりも高性能なコンパウンドを生産し押出成形に使用している。
混練りの世界は科学の形式知の広がりよりも広いのである。何故高性能ゴムが今でもバンバリーとロールで混練されなければいけないのか、わかっている技術者は少ないように思う。問題意識を持たれた方はお問い合わせください。
pagetop表題のテーマは１９９０年前後から無機高分子研究会で議論されるようになった。１９８０年前後には無機材料関係の研究者の間で貝やサンゴの組織構造が話題になっていた。
無機材料の研究では結晶が主人公となるが、高分子材料では結晶構造が物性を制御している例だけではないので、古くから高分子については高次構造という言葉でひとくくりになっていた。せいぜいDNAのらせん構造が二次構造と呼ばれていたぐらいである。
また、その結晶構造の研究が進んだ結果、高分子で現れる結晶構造はラメラの集合体である球晶であり、無機材料のように多種の結晶構造が出現するわけではない。また結晶成長の速度論はアブラミ一決である。
ところで物性と構造との関係において、無機材料では、強相関材料が古くから概念としてあったが、高分子では２０００年前後に強相関ソフトマテリアルという言葉がようやく使われるようになった。
材料の物性や機能が、構造により制御されていることが明確になれば、その構造設計を行うことで自由に材料の機能や物性を制御できることになる。
無機材料では、結晶構造の制御で機能性材料を創製する技術が進歩したが、高分子材料では、どちらかと言えば氷壁という小説がベストセラーとなってナイロンの結晶構造が社会から注目されたり、私がスキーに連れて行ってもらったら骨折しちゃった（注）という不幸な出来事から組織構造の科学が進歩したように思える。
そして高分子分野では１９９０年前後から積極的に自己組織化を研究するようになったのだが、これが面白いのは、自己組織化でどのような機能が現れるのか、研究者が明確にそれを保証せず、ただ組織を組み立てることに夢中になっている。
だから３０年経っても高分子関係における自己組織化という研究テーマは、セラミックスフィーバーのようなあるいはナノテクブームのような材料のイノベーションの主役となっていない。
どちらかと言えばナノテクブームにおいて便乗商法的な研究が多い。今月のゴム協会におけるシンポジウムではここまでの厳しい表現をせず、考え方のヒントを提案する。
（注）「私スキ」はバブル期１９８０年代末のヒット映画だが、その直前には、ABS製のスキー靴が簡単に壊れ骨折する事故が多発している。しかし、原田知世の方が有名となったが、ABSスキー靴の問題は忘れ去られた。ABSの改良がなされ、安全でファッション性のあるスキー靴となり、映画がヒットしたのである。
pagetopコンパウンディングの難しさについて、品質問題を経験しないと気づかないのではないか。少なくとも２０年前はそのようだったが、この数年間に受けた幾つか質問の中にもコンパウンディング技術を軽く見ていると思われる質問がある。
どの技術も難しさを秘めているが、コンパウンディングプロセスでは１００点満点の状態について見えにくいところが他の技術と異なる。すなわち、成形プロセスでコンパウンドの出来具合を評価して初めてコンパウンドの完成度が分かる、という難しさである。
動的粘弾性の測定でもわかる、という人がいるが、それは成形体との相関関係が分かってはじめて明らかになる。
カオス混合に成功した時に悩んだのは、その混練効果をコンパウンド段階で示す評価方法についてだった。レオロジーの知識から剪断速度依存性は一つの尺度とわかっていたのだが、カオス混合を行ったコンパウンドはそれが小さくなっていた。
しかし、コンパウンドの用途が電子分野であった。押出成形で半導体無端ベルトを製造した時に、その抵抗ばらつきが小さくなるようなコンパウンドとはどのような評価を行えばよいのか。
一つはコンパウンドのインピーダンス測定があったが、これはカーボンの添加量のばらつきを管理するのには役立った。しかし、この値だけでベルトの抵抗の偏差の大小をコンパウンド段階で品質保証できなかった。
いろいろ試行錯誤を繰り返し、ある条件で動的粘弾性を測定すると、得られたパラメーターが、電気特性の偏差と相関することを発見した。すなわち、力学特性と電気特性に相関がみられるという驚くべき結果だった。
PPS中間転写ベルトのコンパウンド工場を３か月で立ち上げているが、一番悩んだのが、このようなコンパウンドの品質管理方法だった。この発見で成形歩留まりが１００％となるコンパウンド生産が可能となった。クレーム０のコンパウンド技術を開発したのである。
pagetop高分子材料の劣化は、紫外線や酸素による低分子量化である、と科学的に説明されたりする。また、今でも時々あるのだが、高分子の酸化分解速度を調べた研究報告である。
この研究報告の大義として、高分子の劣化耐久に関する研究、と謳っている場合がある。３０年以上前ならばそれも許されるが、今となっては大義とならない。
屋外暴露など耐久劣化試験を行ったサンプルのGPCを測定してみても懸念していたほど低分子量化していない。
また、今再生樹脂のブームとなっているが、再生樹脂１００％のコンパウンドで成形体を作成しても、バージン材と遜色のない強度が出たりする。
ただし、このような実験結果を出すには、カオス混合が必須となるが、それでも５年以上市場に放置されていた樹脂が、混練だけで力学物性が回復するのは驚きのことである。
先月末、中国で開催された再生材に関する国際会議に招待講演者として呼ばれて講演を行ってきたのだが、再生材の品質問題についての考え方が日本よりも進んでいたのでびっくりした。
当方の発明したカオス混合は、日本ではあまり知られていないが、中国では高い評価がなされていた。日本では、当方の装置を真似たダイを二軸混練機に着けて研究発表しているアカデミアの研究者が有名であるが、中国では創始者を評価してくれたのである。
pagetopグラスファイバーや炭素繊維を樹脂に混ぜて成形すると、樹脂単体よりも弾性率が向上する。これは、金属やセラミックスでも同様であるが、セラミックスでは靭性が向上する程度で、弾性率の改善まで観察されないことがある。
いずれもトラブルなく成形体が製造された時の物性であるが、このような繊維補強材料は成形が難しい。なぜなら、いずれの場合も流動性が悪いためである。
セラミックスではあまり繊維補強のニーズはないが、研究は２０世紀の時によく行われた。樹脂や金属では今でも研究が行われ、弾性率向上が必要なときの材料改質手法として使われる。
樹脂の繊維補強では、繊維と樹脂の界面における濡れ性が分散性と力学物性に影響を与える。これは金属でも同様であるが、金属の場合に製造条件で改善することができる場合もあるが、樹脂では金属と同じ方法を使えない。
すなわち、繊維表面の濡れ性改善かカップリング材の添加が必要になる。これが樹脂の繊維補強の設計を難しくする。大抵は繊維表面が改質されたものが市販されており、さらに連続長繊維となっていてフィードしやすいような製品形態も存在する。
ゆえに、今では繊維補強樹脂は繊維メーカーに相談するとそれなりの繊維補強樹脂を誰でも製造できる時代になった。ナノファイバーの使いこなしノウハウも知られるようになったのだが、リサイクルするときに問題となる。
すなわち、繊維補強樹脂は靭性が高くなっているので細かく粉砕しにくいのだ。繊維補強樹脂のリサイクルは、ケミカルリサイクルが望ましいのだが、粉砕の段階で粉塵問題もあり、技術的な障壁が大きい。
繊維補強以外に、超微粒子で補強する方法も存在する。意外と知られていないのだが、繊維補強と超微粒子補強と比較すると靭性の改善効果は超微粒子補強の方が高い。
また、繊維補強樹脂のようにリサイクルするたびに繊維が短くなり、補強効果が低くなる問題を避けることができる。しかし、繊維補強に比較し研究例が少ないので技術開発が必要になる。
pagetop樹脂の混練には、大抵二軸混練機が使われる。そして混練機から出てきた樹脂を冷却し、細かく裁断してペレットとする。
このペレット一粒一粒のばらつきを調べたところ、あまりにも大きなばらつきがあり、びっくりした。おそらくこのようなことを当業者は知っているのでわざわざ調べないのであろうが、一度データを取っておくことをお勧めする。
ペレット一粒一粒にばらつきがあるので、ペレットを一度タンブラーかV型混合機に集め、十分に混ぜ合わせた状態で袋詰めする。そして、この混合プロセスの規模を１ロットとしている場合が多い。
このようなペレットを射出成形しているのだ。成形ばらつきがあっても当然のこととと考えないのだろうか。ポリマーアロイでテープ剥離のようなトラブルが起きるのは、ペレット一粒が大きく組成変動しているときである。
このようなペレット一粒一粒のばらつきを小さくしたいならば、当方の発明によるカオス混合機を用いると良い。劇的にばらつきが小さくなる。
このあたりにつきましては、問い合わせていただきたい。ノウハウに関わる話なので、公開できない部分がある。また、特許は生きておりますので注意していただきたい。
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