【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.26】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24YG0081

利用課題名 / Title

ひずみ硬化性が異なるPPを用いた2種2層共押出合流部における流動挙動の可視化

利用した実施機関 / Support Institute

山形大学 / Yamagata Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

多層/multi-layer,可視化/visualization,流動/flow,その場観察/in-situ observation,共焦点顕微鏡/confocal microscope,光学顕微鏡/ Optical microscope,成形/ Molding,高強度・生分解性プラスチック/ High-strength, biodegradable plastic

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

入江 円香

所属名 / Affiliation

山形大学高分子・有機材料工学科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

YG-001：ツインドライブ型レオメータ
YG-005：フィルム加工性その場可視化システム装置群

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

高分子フィルムは機能発現のため異なる材料が複数積層されることが多い。しかし、しばしば界面で不規則が構造ができ、界面で凹凸が生じる。積層は金型の中で行われるため、これまでこの界面での荒れがどこで、どのような理由で生じるのか分かっていない。ここでは、その場可視化技術によってその原因を検討する。

実験 / Experimental

同じ材料系で多層押出しても、界面でび荒れが発生することがあることが報告されている。本研究において、直鎖、分岐構造を有するポリプロピレン（PP）を用い、材料の粘弾性をツインドライブ型レオメーター（YG-001）で測定し、分子構造やレオロジー挙動がどのように多層流動に影響するか検討するのが目的である。ここでは、ひずみ硬化性を有するPP（SHPP, MFR-8, 密度0.90g/cm-1, 融点154℃）を用い、まずは単層において、添加した蛍光粒子を共焦点顕微鏡で観察し、それを高速度カメラで記録し、厚み方向の速度分布を算出する。これをレオロジーから予測される速度分布と一致するか比較を行う。可視化のための装置は、フィルム加工性その場可視化システム装置群(YG-005)を用いる。共焦点顕微鏡はニポウディスク式共焦点スキャナ形式であり、ニポウディスクから照射されるマルチビームで走査しているため、高速スキャニングが可能となっている。

結果と考察 / Results and Discussion

200℃におけるSHPPの複素粘度|η* (ω)|、貯蔵弾性率G’(ω)、損失弾性率G”(ω)の測定結果を図1に示す。この結果と、押出時のダイ形状、圧力損失ΔPからダイ内での速度分布を求めることができる。高速カメラで記録した流動可視化のスナップショットの例を図2に示す。ある焦点面における蛍光粒子が捉えられており、この粒子位置の時間変化から速度やひずみ速度を求めることができる。ΔPが0.12、0.41MPaのときの厚み方向の速度分布をレオロジー結果から求めたものと、流動可視化から求めた結果の比較を図3、4にそれぞれ示す。y軸は厚み方向の中央を0としている。直線が計算値であり、壁側での流速勾配が大きく中央付近の勾配は小さい。流動可視化から求めた結果をがシンボルで示しており、おおよそ計算値と合致していることが分かる。今後、多層流での可視化を検討する。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1　SHPPの動的粘弾性（200℃）

図2　SHPPの流動可視化のスナップショット（壁面付近）

図3　SHPPのダイ中の速度分布（ΔP＝0.12MPa, 200℃）

図4　SHPPのダイ中の速度分布（ΔP＝0.41MPa, 200℃）

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件