高分子の破壊と劣化のWEBセミナーを来年1月12日に開催予定で準備をしております。このセミナーは、20年ほど講師として招聘され講演してきました。
10年ほど前から一人で一日講演しているのですが、毎回講演内容の見直しを行っている、当方にとりまして効率の悪いセミナーです。理由は、1日でも時間が足りないためです。
先月大阪でこのセミナー講師を務めさせていただいて、はじめて全員からわかりやすかった、というご評価を頂きました。内容を１日におさまるように１０年検討してきて初めてのことです。
今後この内容を基準にして、できるだけ多くの情報を詰め込めるように検討してみようと思っています。この分野は形式知が体系化されていないのでわかりやすく説明するのは難しい。
全員からわかりやすかった、というご評価を頂けたのは１０年間の努力が実った結果と捉えています。
pagetop今年度開催されました混練技術のセミナーの内容を一部見直し、来月１２月２０日１０：００－１６：００の予定で無料WEBセミナーを開催いたします。内容につきましては今週公開予定にしております。
昨年の法律の施行で再生材の活用が活発になり、高分子材料のプロセシングに興味が集まっております。混練プロセスが成形体に及ぼす影響について新たに加える予定でおります。
なお、テキストとセミナーの中で紹介しましたPythonプログラムにつきましては、有償（１００００円）となります。テキストは電子ブック形式で提供いたします。
１０年ほど前になるが、南京にあるコペリオン社とそこから独立した技術者が立ち上げたA社を見学した。A社ではコペリオン社と類似した商品を１－２割ほど安価な価格で販売している。さらにきめ細かなオプションも用意されており、売り上げが伸びているのも納得できる。
この２社の見学は、当方が企画したのではなく、中国で新たなコンパウンド工場を建設したい、という顧客に案内されてのことである。
さて、新たに開発した難燃性再生材PC/ABSの原料をコペリオン社とA社に持ち込み、同等機種でスクリューセグメントも類似構成にしてコンパウンディングを行ったところ驚くような結果となった。
コペリオン社の二軸混練機でコンパウンディングしたペレットの成形体では、実験室データを再現したが、A社の二軸混練機により製造されたペレットでは実験データを再現しなかったのだ。
ザ・ピーナッツのほくろの位置の違いのような話ではない。力学物性の差異はわずかであったが、難燃性について合格と不合格の大きな違いとなった。
難燃剤の添加量は、コストと物性を考慮し最適化されているが、ザ・ピーナッツと同じくらいのよく似た二軸混練機でこのような差が出ることに驚いた。
ザ・ピーナッツでも性格が違うので、A社とコペリオン社のそっくりの機械でもその差が出た、と説明すれば納得してもらえると思い、当方の顧客に説明したら、ザ・ピーナッツをご存知ない方だったので意味不明となった。
困ったのは、A社が価格を３割下げると言い出したことである。南京に宿泊し、A社の機械で少し検討してみたが、難燃剤を増量する必要があった。力学物性は目標値を満たしていたが難燃性の問題解決に配合を変更する必要があった。
A社の二軸混練機でも使えないわけではないが、難燃剤をわずかに増量する必要があり、３割の値引きがあっても結局高い買い物になると思い、顧客にコンパウンドの原価アップを理由にコペリオン社の二軸混練機を購入するように勧めた。
pagetop樹脂の混練には二軸混練機が多く使われている。しかし、タイヤのような厳しい条件で使用されるゴムのコンパウンドの混練では、未だにバッチ式混練技術が用いられている。
タイヤ業界でも生産性の高い二軸混練機が検討されたこともあったが、バンバリーとロール混練の組み合わせが良質なコンパウンド生産に必要で、未だにバッチ式がタイヤ業界で用いられている。
この事実の重要性をよくご存じない研究者は、どのような樹脂コンパウンドでも良好な射出成形を可能にする技術を夢見て、射出成形技術の研究が２０世紀活発に行われた。
金型内の樹脂流動を見える化し、徹底した研究も行われたが、未だに射出成形におけるクレームは０とならない。最近再生材の使用が盛んになり、過去と異なる問題が出てきて、空洞のついた二軸混練機を用いるとコンパウンド物性が改良される、という成果が注目されている。
学問というものをどのように身に着けたらよいのか、という教育を義務教育で行われていないので、たまたま良い結果が出ると、それがすべてのような錯覚に陥る研究者がいるのは残念である。
高分子の融体に関する研究は２０世紀末から活発に行われるようになった分野である。その成果で、ようやく高分子のコンパウンドがプロセスの履歴を成形体に持ち込む厄介な材料であるとの認識が生まれた。
すなわち、混練プロセスで十分な混練が行われていないと射出成形プロセスでいくら努力しても実現できない現象があるのだ。
換言すれば、再生材にしてもバージン材にしても設計通りの成形体を得るためには、パーフェクトな混練プロセス条件を見出すことができるかどうかに依存するが、詳細は弊社にご相談ください。
pagetop２０世紀に高分子のコンパウンディングに関する研究が進み、２０世紀末にはウトラッキーの発明による伸長流動装置が注目された。そして、２０００年から数年行われた高分子精密制御プロジェクトでもこの装置に関する研究がとりあげられている。
生産性に難があったので、残念ながらこの装置は実生産で使用されていないが、２００５年にはコニカミノルタで当方の発明によるカオス混合装置がＰＰＳ無端半導体ベルト用コンパウンドの生産に実用化された。
このカオス混合装置は、ウトラッキーの発明を見直し、生産性を改良した装置である。生産性を改良したところ、カオス混合装置となった。
この装置の特徴は、細いスリットと空洞の組み合わせである。ウトラッキーの伸長流動装置の上位概念で改良案を考案し、ウトラッキーの装置とは異なるコンセプトの装置に仕上げた。
この発明方法は弊社の問題解決法でも解説しているので、ここでは、混練技術について焦点を絞る。混練技術は、未だ科学的解明が不十分な分野である。そのため、ちょっとしたアイデア装置で成功するとそれで鬼の首をとったような研究成果と誤解する人もいる。
このような状態になっているのは、混練の多くの教科書が、コンパウンドのマトリックスを構成する高分子をセラミックスの粉体のように扱い、分配混合と分散混合で扱っていることが原因ではないかと思っている。
当方が１９７９年にゴム会社へ入社し、指導社員から毎朝３時間で３か月間ご指導いただいた混練技術では、剪断流動と伸長流動、そしてカオス混合の話が中心だった。この内容を知りたい方はゴムタイムズ社から数年前に発刊された当方の著書をご一読ください。
例えば昨年二軸混練機の先に空洞のﾀﾞｲをつけると再生材の物性がバージン材と同等になる技術が公開されたが、これは当方の発明したカオス混合装置のスリットと空洞の組み合わせ一段の技術と見なすことができ、当方の発明の特許抜け技術に位置づけることができる。
ここで注意しなければいけないのは、論文では二軸混練機だけで再生材を混練すると物性が悪くなる、としていることだ。適切な二軸混練機とスクリューセグメントを最適化すれば二軸混練機だけでも再生材の力学物性をバージン材に近づけることができる。
すなわち、バンバリーとロール混練のバッチプロセスよりも二軸混練機の混練性能は低いが、使いこなす工夫で、最大限まで高める必要がある。二軸混練機はハサミと同様で使い方が悪ければ良好なコンパウンドはできない。
バージン材と再生材では混練条件を変更する必要があることを知らない人が多い。PEの再生材はバージン材と異なる混練条件で混練しなければ、良好なコンパウンドとすることができない。
pagetopフィルムカメラはペンタックスを学生時代から愛用し、MZ-SとMZ-3を２０００年頃使用していた。ちょうどデジタル一眼レフが出始めのころである。C社とN社の開発競争が話題になっており、ペンタックスは蚊帳の外だった。
そこでデジタルカメラは某社に決め、レンズ資産を考慮し、ハイアマに人気が高かったフィルムカメラ＊＊を使い始めた。すなわちこの頃３台の一眼レフを使っていたが、使用頻度の高いのはMZ-Sだった。
＊＊の使用頻度は低く、防湿庫に眠っている時間が長かったのだが、ある日フィルムカバーとなる裏蓋フックが壊れているのを発見した。樹脂製のフックであり、クリープ破壊であることはフラクトグラフィーから明らかだった。
すなわち、設計ミスである。サービスセンターにクレームを入れたら、１００００円以上の出費となるというので修理をあきらめ、当方のセミナーで事例として使わせてもらうと許可をとった。受付担当者は親切にも許可してくれた。
さて、ほとんど使わなかったカメラの裏蓋フックが経時で何故壊れたのか。これはセミナーで解説するが、御巣鷹山の墜落事故でも活用されたフラクトグラフィーで推定できるのだ。そしてそのような破壊機構を知っておれば防ぐこともできたのだ（ちなみにペンタックスカメラは金属製で壊れたことが無い。（注））。ゆえに設計ミスとサービスセンターでも告げている。
タグチメソッドを使用しておれば防ぐことができた品質問題であり、F100が設計された時はちょうどTMが普及し始めた頃である。
興味のあるかたは是非下記セミナーに参加していただきたい。
日刊工業セミナー
11/13 樹脂・高分子材料の劣化・破壊のメカニズムとその寿命予測法（大阪）
https://corp.nikkan.co.jp/seminars/view/6839
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（注）ペンタックスを５０年愛用しているが、品質問題を一度も経験していない。今はリコー社のブランドとなったが、高品質を低価格で供給する良心的なメーカーが無くなるのは寂しいことである。せめてブランドだけでも永遠に残ってほしい。最近はK3を使っている。ちなみに性能がダントツの某社デジカメを２種とミラーレス２種をこの２０年近く使用したが、高速連射ができたカメラでミラーが暴れる品質問題に遭遇した。これは購入から１年経っていなかったので無償修理、またミラーレスでも無償修理の品質問題にあっている。性能が高くてもロバストの低いカメラではシェアーを落とす。やはりTMを使うべきだろう。
pagetop2015年から声高に叫ばれた脱高分子は、昨年の再生材に関する法律の施行で沈静化した。また、回収業者による再生材ビジネスも立ち上がってきた。
かつて再生材は安かったが、グローバルに高分子のリサイクルが見直された結果、今やバージン材よりも高価な再生材も存在する。
その結果、バージン材に再生材をブレンドしただけの活用から積極的に再生機能樹脂を創り出そうとするアイデアも出てきて、幾つか特許が公開されている。
ところで回収業者が再生樹脂をビジネスにするときに、使い物にならない廃材も出てくる。これらはサーマルリサイクルにまわす以外に現在のところ方法がないそうだ。
着色の問題もあるのでサーマルリサイクルが一番簡単だが、黒い樹脂として再生すれば活用の道も出てくる。事務機には黒色の樹脂部品は多い。
その時多種類多成分のポリマーブレンドでも力学物性を満たせるようにプロセスも含めて配合設計しなければいけない。詳細はお問い合わせください。
なお、再生材を扱うにあたり、耐久性劣化問題が発生するが、今月の以下のセミナーでその考え方を含めた技術指導を行います。
日刊工業セミナー
11/13 樹脂・高分子材料の劣化・破壊のメカニズムとその寿命予測法（大阪）
https://corp.nikkan.co.jp/seminars/view/6839
pagetopほとんどの有機高分子は空気中で燃える。室温で燃えにくい高分子でも温度を上げればよく燃えるようになる。ちなみに400℃以上では空気中で引火しない有機高分子は存在しない。
すなわち、空気中と同じ酸素濃度で400℃以上に加熱すればどのような有機高分子でも燃える。ただし、継続燃焼できるかどうかは、有機高分子の一次構造と高次構造あるいは難燃剤の有無で変化する。
仮にうまく炭化し、継続燃焼を阻止できたとしても、450℃以上の空気中では炭化構造さえ燃えてしまう。難燃性高分子を50年近く前に研究し見出した結論であるが、かぐや姫の期待に応えられない結果にがっかりした。
難燃性高分子という言葉が使われるようになったのは1970年以降であり、それ以前は不燃性高分子の研究が真剣に行われている。
ダイヤモンドは炭素でできているが450℃程度では空気中で燃えないので、科学者は期待して不燃性高分子にチャレンジして耐熱性高分子の研究が進み、1970年末にはその総説が発表されている。
耐熱性高分子の中には、空気中で容易に着火しない構造の化合物も存在する。フェノール樹脂はその耐熱性高分子の一つであるが、製造条件により、空気中で容易に着火して継続燃焼するようなフェノール樹脂を作り出すことができる。
この事例は耐熱構造として一次構造だけでなく高次構造も重要であることを示している。フェノール樹脂は、高次構造の制御により、極限酸素指数で20前後から40前後まで変化する耐熱性高分子である。
高分子の高次構造について解析が難しかった時代の耐熱性高分子の研究は、群盲像をなでる状態に近かったのではないか。
pagetop材料技術者としてゴム会社でスタートできたことは、自己実現を考慮した時に幸福だった。特に混練の神様のような指導社員に３か月指導していただいた記憶は今でも鮮明に思い出される。
その時の講義録を基に、ゴムタイムズ社から混練プロセスの本を出版させていただいたが、もし、混練に興味が出てきたら一度読んでいただきたい。巷の混練について書かれた書籍と少し内容が異なる。
混練でおきる現象を考えるために参考となるようにまとめているので、読みやすいと思う。また、二軸混練機についても説明を加えているのでゴム技術者から樹脂技術者まで広い読者の参考となるはずだ。
さて、この本には書いていないが、相容化剤が添加されていなくてもプロセシングで相溶現象を起こすことが可能である。しかし、これは非科学的な現象なので、本では実験データだけ示した。
実はロールでゴムのブレンドを行うと、しばしば観察される現象である。また、指導社員からロール混練では、ロール上で起きる現象について科学にとらわれず観察するように指導された。
２成分のゴムのブレンドでは、その組み合わせにより、全体が透明になって混練が進行するケースや半透明で進行するケースなど様々である。これらを観察することでカオス混合のアイデアが生まれた。
PPSへ可塑剤や他のポリマーを分散すると、その添加量に応じてTgが変化する。例えば６ナイロンを添加すると、６ナイロンのTgは上がり、PPSのTgは下がる。
すなわち、ポリマーの場合には２種類のTgが観測され、カオス混合により両者は相溶して一つのTgとなるのだが、PPSのTgは相溶により１０℃前後下がる。
相溶は、非晶質相だけで起きるので、Tgが下がる欠点はあるが、PPSの靭性改善には良い方法であり、例えばPPSフィルムの場合に６ナイロンがただ添加されただけの場合のMITは３０００前後であるが、これが６ナイロンの相溶したフィルムでは２００００以上に改善される。
脆いと言われるPPSだが、ここまでMITが改善されると高速プリンターの動的部品である中間転写ベルトへ利用できるようになる。
PPSの改善効果を狙って退職後ナノポリスで研究をしているのだが、このTgを下げないで物性改善できる添加剤を１０年ほど前に開発している。
低分子の添加では、低分子のTgは観察されないので、低分子の添加によりPPSのTgが下がる現象だけが観察される。しかし、１０年前に開発されたPH01の添加では、なんとPH01の添加量を増やしてもPPSのTgは変化しない。
すなわちPPSの耐熱性を阻害しないで、その靭性を改善できる添加剤である。PH01は低分子ではないが、このような物性を分子設計されたオリゴマーである。詳細は弊社へ問い合わせていただきたいが、興味深いのは力学物性以外の改善効果もナノポリスから最近報告された。
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