赤外ふく射加熱によるブレンドポリマーのモルフォロジ及び材料物性の能動的制御

通过红外辐射加热主动控制共混聚合物的形态和材料性能

• 批准号: 11750159
• 负责人: 斉藤 卓志
• 金额: $ 1.66万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750159/
• 关键词: 高分子材料; ふく射吸収係数; YAGレーザ; 溶融粘度; 粘度比; ブレンドモルフォロジ; 選択ふく射加熱; 界面張力; 炭酸ガスレーザ

本年度は,選択ふく射加熱ならびにプロセス条件が与えるブレンドモルフォロジへの影響を定量的に評価することで本研究で提案する手法の有効性/制御性を検討した。実験では母相としてポリスチレンを97wt.%,分散相として炭素粉を含有するポリエチレンを3wt.%含む試験ブレンドを用いた.樹脂可塑化装置の出口部にふく射加熱用の窓を有する試験ダイを接続し,その内部において平均せん断速度255s^<-1>で流動しているブレンド材料に対して選択ふく射加熱を行った.ふく射加熱源にはYAGレーザを使用したが,その発振波長である1063nmにおけるポリスチレンとポリエチレンの吸収係数はそれぞれ46と102,000m^<-1>であることが分光測定により求められた.このような条件下におけるブレンド状態の変化を観察するために,ダイより押し出された試料をウォータバスにより急冷し,そのモルフォロジの固定を行った.次いで母相であるポリスチレンをトルエンに溶出させ除去し,分散相のポリエチレンの形状ならびに大きさを電子顕微鏡を用いて測定した.選択ふく射加熱を行うことで,分散相であるポリエチレン液滴のブレークアップが促進され,平均粒子径が小さくなることが示された.またその促進度合いに対して,本実験で使用した供試材料においては溶融温度やせん断速度といった成形条件よりも,系に供給したふく射強度が大きく影響することが明らかとなった.さらにその影響は単純ではなく,ブレンド材料の分散促進に対して最適なふく射強度が存在することが示唆された.この点を検討するために,樹脂の粘度比に対して分散相の粒子径に成形条件や物性値を加味することで得られる無次元数(キャピラリ数)をプロットすることでマスターカーブを作成し考察を行った.その結果,選択ふく射加熱によるブレンドモルフォロジ(分散相の平均粒子径)の変化は従来のせん断速度や材料の粘度比の変化と同等に議論できることが明らかとなった.以上の知見より,本研究で提案する手法が従来手法とは異なったアプローチであるにも関わらず,同じくブレンドモルフォロジを制御し得る新たな手法として成立することを確認した.

今年，我们通过定量评估选择性加热和过程条件对混合形态的影响，研究了本研究中提出的方法的有效性/可控性。在实验中，使用了含有97 wt的聚苯乙烯的测试混合物，使用了含碳粉的基质和3 wt。％聚乙烯作为分散相。带有注入加热窗口的测试模具连接到树脂增塑剂的出口，并在以平均剪切速率为255 s^<-1>的混合材料上进行选择性注入加热。 YAG激光用作注射加热源，在振荡波长1063 nm处聚苯乙烯和聚乙烯的吸收系数分别确定光谱测量值分别为46和102,000 m^<-1>。为了观察在这些条件下混合状态的变化，用水浴淬灭了模具的样品，并固定形态。然后将聚苯乙烯，基质在甲苯中洗脱，并使用电子显微镜测量聚乙烯分散相的形状和大小。进行选择性加热以允许分散相的聚乙烯液滴破裂。结果表明，增加了增加，平均粒径变小。此外，据揭示，在提供给系统的辐射强度的加速度比熔融条件（例如熔化温度和剪切速度）在本实验中使用的测试材料中要高。此外，这种效果并不简单，并且建议存在最佳的辐射强度用于促进混合材料的分散。为了研究这一点，我们在树脂的粘度比相对于分散相的颗粒直径添加了成型条件和物理特性。通过绘制通过上述方法获得的无量纲数（毛细管数）来创建和检查主曲线。结果，可以表明，由于选择性加热而引起的混合形态的变化（分散相的平均颗粒直径）可以同样讨论，因为材料的剪切速率和粘度比的变化。从上面提到的发现中可以证实，尽管方法与常规方法不同，但本研究中提出的方法也是一种可以控制混合形态的新方法。

项目成果

斉藤 卓志、斉藤 勲: "赤外ふく射加熱を用いたブレンド材料のモルフォロジ改善"成形加工'99. 339-340 (1999)

Takashi Saito、Isao Saito：“利用红外辐射加热改善共混材料的形态”成型加工 99 (1999)。

斉藤卓志: "レーザを用いたプラスチック成形加工現象解析と構造制御"第50回高分子学会年次大会予稿集. (発表予定). (2001)

Takashi Saito：“利用激光分析塑料成型加工现象和结构控制”聚合物科学技术学会第 50 届年会论文集（预定报告）（2001 年）。

斉藤 卓志、斉藤 勲: "赤外ふく射加熱によるブレンド高分子材料のモルフォロジ改善"第36回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 3. 771-772 (1999)

Takashi Saito、Isao Saito：“通过红外辐射加热改善共混聚合物材料的形态”第 36 届日本传热研讨会论文集 3. 771-772 (1999)。

丸岡裕明,佐藤勲,斉藤卓志: "赤外ふく射加熱によるブレンドモルフォロジーの能動制御"第12回プラスチック成形加工学会年次大会予稿集. (発表予定). (2001)

Hiroaki Maruoka、Isao Sato、Takashi Saito：“通过红外辐射加热主动控制共混物形态”第 12 届塑料成型与加工协会年会论文集（待发表）。

Takushi Saito and Isao Satoh: "Morphology Improvement Technique for the Immsicible Polymer Blend with Infrared Radiation Heating"Proceeding of the 6th Japan Intenational SAMPLE Symposium. 2. 643-646 (1999)

Takushi Saito 和 Isao Satoh：“红外辐射加热不相容聚合物共混物的形态改进技术”第六届日本国际样品研讨会论文集。