発泡樹脂、多孔性樹脂の高強度化と応用技術

●軽さと引き換えに生じる発泡樹脂の弱点をどう克服するか?

●自動車部材で求められる硬さ、剛性、耐熱性、難燃性の改善事例!

発泡樹脂、多孔性樹脂の高強度化と応用技術

~構造制御/成形トラブル対策/自動車を中心とした応用~

価格 70,000円+税 出版社 技術情報協会
発刊日 2018年03月30日 体裁 A4判 378ページ
ISBNコード 978-4-86104-706-0 商品コード 1943

執筆者

※敬称略

伊藤義雄
丸加ミキシングシステム(株)
伊藤彰浩
京都市産業技術研究所
稲田修邦
積水化成品工業(株)
宇山浩
大阪大学
奥山智仁
マツダ(株)
岡本正巳
豊田工業大学
外山寿
日本キャノン(株)
岩崎和男
岩崎技術士事務所
金川善典
DIC(株)
後藤昌人
(株)セイロジャパン
佐藤善之
東北大学
斎藤拓
東京農工大学
三村成利
(株)東洋クオリティワン
上園裕正
(株)日本製鋼所
上原慎二
日本発条(株)
植木健博
大八化学工業(株)
新保實
(株)SMS
杉本昌隆
山形大学
瀬戸雅宏
金沢工業大学
石塚紀生
(株)エマオス京都
早瀬元
東北大学
足立忠晴
豊橋技術科学大学
足立廣正
名古屋市工業研究所
大橋和義
イメリス スペシャリティーズ ジャパン(株)
大川栄二
ウレタンフォーム工業会
大槻安彦
(株)プライムポリマー
大田慎一郎
岡山県立大学
辰巳昌典
(株)プラスチック工学研究所
中出宏
三菱ケミカル(株)
長谷川丈二
九州大学
藤原裕志
東ソー(株)
祢宜行成
ユニチカ(株)
柏本雄大
住化コベストロウレタン(株)
浜中博義
(株)ボロン研究所
野津滋
岡山県立大学
野々川舞
(株)アシックス
林龍太郎
(株)プラステコ
露本伊佐男
金沢工業大学
鈴木裕明
(株)イノアックコーポレーション
廣瀬康夫
金沢工業大学
鈴木康公
Kangoll Co. Ltd
安倍佳照
共栄エンジニアリング(株)
肥田悦和
肥田電器(株)
井出尚武
(株)協立
坂口直宏
三坂ライト工業(株)
李在謹
モールドプラザ
文賣烈
(株)元進精密

目次

第1章 発泡ガスの溶解、拡散と泡樹脂の構造、強度

1節 ポリマー中への発泡ガスの溶解、拡散
  • 1.ポリマー中の溶質の溶解性
  • 2.状態式
  • 3.ポリマー中の溶質の拡散係数
  • 4.ガラス転移温度
2節 発泡制御に必要な粘弾性特性・溶解特性
  • 1.ひずみと応力
  • 2.粘弾性模型(マクスウェルモデル)
  • 3.プラスチック溶融体の動的粘弾性挙動
  • 4.プラスチック溶融体の伸長流動挙動
  • 5.プラスチックの粘弾性と発泡成形
  • 6.CO2が含浸したときの粘度、相転移挙動の変化
3節 発泡体の強度に及ぼす要因と強度向上
  • 1.超微細な気泡の導入による強度向上
  • 2.分子配向による強度向上
  • 2.1 微細気泡による分子配向の効果
  • 2.2 発泡体の一般的な強度
  • 2.3 分子配向に伴う発泡体の強度特性
  • 3.スキン層による強度向上
  • 3.1 試料及びスキン層生成方法
  • 3.2 強度評価法
  • 3.3 強度特性
  • 4.強化繊維による強度向上
  • 4.1 試料及び強化繊維
  • 4.2 複合体の成形方法及び発泡方法
  • 4.3 強度評価方法
  • 4.4 内部構造と強度特性
  • 5.圧延加工による強度向上
  • 5.1 圧延加工方法
  • 5.2 試料及び実験条件
  • 5.3 内部構造及び強度特性
4節 連続気泡発泡体の気泡分布と力学特性
  • 1.試料と実験方法
  • 2.解析方法
  • 3.気泡分布
  • 4.力学特性との関係
  • 5.フラクタル次元の適用
5節 粘弾性解析による気泡の安定性予測
  • 1.発泡成形における気泡の不安定化、破泡
  • 2.気泡の安定性の粘弾性流動解析
  • 3.気泡の安定性と応力緩和特性の関係
6節 X線CT画像を活用した独立気泡型発泡樹脂の数値モデル化
  • 1.対象とした材料
  • 2.解析方法
  • 2.1 解析モデルの作成
  • 2.2 解析条件の設定
  • 3.解析結果および考察

第2章 発泡樹脂の構造制御と機能化技術

1節 シラン架橋ポリオレフィンを用いた発泡成形品への応用
  • 1.発泡用シラン架橋ポリオレフィン「リンクロン」
  • 1.1 発泡シートの耐熱性
  • 1.2 溶融物性の検証
  • 1.3 シラン架橋ポリオレフィンによる高発泡倍率化
2節 機能性タルクを発泡核剤として用いたオレフィン系発泡樹脂のセル高密度化
  • 1.タルクについて
  • 2.イメリスの紹介
  • 2.1 イメリスタルクについて
  • 2.2 イメリスグレードの特長
  • 2.3 樹脂用発泡核剤の開発
  • 3.Mistrocell 紹介
  • 3.1 基本物理物性
  • 3.2 結晶構造の比較
  • 3.3 結晶構造の異なるタルク使用時における発泡セル構造の変化
  • 3.4 添加量別による発泡セル形態
  • 3.5 タルク結晶構造による粘弾性の違い
  • 3.6 軽量化効果
  • 4.結論
  • 5.今後の開発方針
3節 オレフィン改質ポリスチレン系樹脂発泡成形体の構造、特性とその応用
  • 1.ピオセランの構造
  • 2.ピオセランの特性
  • 3.自動車部材への応用
4節 セルロースナノファイバー複合樹脂の微細発泡技術
  • 1.変性CNF/PA6発泡体の作製
  • 2.材料組成の影響
  • 3.発泡成形条件の影響
  • 4.線熱膨張率
5節 セルロースナノフィラー材の発泡成形シミュレーション
  • 1.CAEの歴史
  • 2.発泡の理論と支配方程式
  • 3.セルロースナノフィラー入りPA6材料物性
  • 4.セルロースナノフィラー入りPA6での発泡解析
  • 5.気泡径・気泡密度実測定
6節 クレイナノコンポジット発泡樹脂の特性
  • 1.微細発泡体への応用
  • 2.新規な3次元ナノ多孔体
  • 2.1 セラミック多孔体
  • 2.2 Open pore構造の構築
  • 3.微細発泡射出成形
  • 4.まとめと展望
7節 ポリウレタンフォーム用触媒の種類、活性機構と開発動向
  • 1.ポリウレタンフォーム用触媒の活性機構
  • 1.1 無触媒系における反応機構
  • 1.2 触媒存在下における反応機構
  • 2.ポリウレタンフォーム用触媒の種類
  • 2.1 樹脂化反応活性と泡化反応活性
  • 2.2 温度依存性
  • 2.3 架橋反応活性
  • 3.開発動向
  • 3.1 軟質フォーム用エミッション低減触媒
  • 3.2 硬質フォーム用HFO発泡剤対応触媒
8節 軟質ポリウレタンフォームの設計とその応用
  • 1.軟質ポリウレタンフォームの概要
  • 2.軟質ポリウレタンフォームの化学
  • 2.1 軟質ポリウレタンフォームの化学反応
  • 2.2 ポリウレタンフォームの原料
  • 2.3 発泡剤
  • 2.4 整泡剤
  • 2.5 触媒
  • 2.6 難燃剤
  • 2.7 酸化防止剤
  • 2.8 着色剤
  • 2.9 抗菌剤
  • 3.軟質ポリウレタンフォームの種類とその圧縮特性
  • 3.1 軟質ポリウレタンフォームの種類
  • 3.2 クッション用軟質ポリウレタンフォームの圧縮特性
  • 4.最近の技術動向
  • 4.1 自動車用シートクッションの振動吸収性
  • 4.2 寝具用フォームの高付加価値化
9節 軟質ポリウレタンフォームの発泡構造制御による低周波音吸収性向上
  • 1.気泡構造
  • 2.PUFの吸音メカニズム
  • 3.吸音性の評価方法
  • 4.吸音ウレタンフォームの自動車用途概況
  • 4.1 自動車の静音化とPUFの活用
  • 4.2 フロアサイレンサー
  • 4.3 天井材
  • 4.4 エンジン周辺の吸音材
10節 硬質ポリウレタンフォーム断熱材の特性向上と省エネ基準義務化に向けた動向
  • 1.硬質ウレタンフォーム断熱材とは
  • 1.1 硬質ウレタンフォームの特長
  • 1.2 硬質ウレタンフォーム製品の種類
  • 2.硬質ウレタンフォームの用途
  • 3.製品規格と断熱性能
  • 3.1 硬質ウレタンフォーム断熱材の規格
  • 3.2 建築物断熱用吹付け硬質ウレタンフォームの規格
  • 4.断熱性能向上に向けた動向
  • 4.1 硬質ウレタンフォーム断熱材(ラミネートボード)の断熱性能向上事例
  • 4.2 吹付け硬質ウレタンフォームの断熱性能の向上
  • 5.ノンフロン化向けた動向
  • 5.1 発泡剤の動向
  • 5.2 フロン排出抑制法
  • 5.3 JIS A 9526の改正
  • 6.省エネ基準義務化向けた動向
  • 6.1 優良断熱材認証制度
  • 6.2 建材トップランナー制度
  • 6.3 大規模建築物(非住宅)の省エネ基準適合義務化
11節 硬質ポリウレタンフォームの断熱性能とノンフロン化
  • 1.硬質ウレタンフォームの特徴
  • 2.断熱性の良い硬質ウレタンフォームを使用した製品
  • 3.硬質ウレタンフォームの断熱性
  • 3.1 熱伝導
  • 3.2 発泡剤について
  • 4.硬質ウレタンフォームに用いられる発泡剤のノンフロン化
  • 5.硬質ウレタンフォームの熱伝導の経時劣化
  • 6.国内のノンフロン化の動向
  • 7.フロン回収・破壊法について
  • 8.断熱材としての硬質ウレタンフォームの将来
12節 ウレタンフォームの難燃化とその応用事例
  • 1.ウレタンフォーム
  • 2.ウレタンフォームの難燃化機構
  • 2.1 吸熱反応による難燃化
  • 2.2 炭化促進による難燃化
  • 2.3 希釈効果
  • 2.4 ラジカルトラップによる難燃化
  • 3.難燃剤の種類と特徴
  • 3.1 ハロゲン系難燃剤
  • 3.2 リン系難燃剤
  • 3.3 水酸化金属系難燃剤
  • 4.難燃剤の選択
  • 5.難燃ウレタンフォームの用途と難燃規格
  • 5.1 自動車
  • 5.2 家具
  • 5.3 電子材料
  • 5.4 建材
  • 5.5 その他
  • 6.ウレタンフォーム用難燃剤の今後の展開
13節 非晶質ホウ酸ナトリウムを用いたウレタンフォームの難燃化
  • 1.ポリホウ酸ナトリウムについて
  • 1.1 高濃度水溶液の調製とその性質
  • 1.2 含浸、または塗布に用いるポリホウ酸ナトリウム水溶液
  • 1.3 塗布に用いるポリホウ酸ナトリウムデンプン水溶液
  • 1.4 溶融混練に用いる非晶質ホウ酸ナトリウム粉末
  • 2.含浸処理による難燃・不燃ウレタンフォームの作製
  • 2.1 軟質ウレタンフォームの常圧含浸
  • 2.2 硬質ウレタンフォームの減圧含浸、および加圧含浸
  • 3.塗布による難燃ウレタンフォームの作製
  • 4.溶液混合による難燃吹きつけ用ウレタンフォーム
14節 新規な電荷漏洩機構に基づく発泡樹脂の帯電防止
  • 1.新機構型帯電防止剤の研究開発
  • 1.1 研究方針
  • 1.2 半極性有機ホウ素化合物の構造と性質
  • 1.3 ホウ素の結合様式を利用した帯電防止剤
  • 2.帯電防止効果の実証
  • 2.1 分子化合物型帯電防止剤の優位性
  • 2.2 反応性帯電防止剤の効用
  • 2.3 連続気泡面を改質するハイブリッド型帯電防止剤の作用
  • 3.新規な電荷漏洩機構の解析
15節 ゴム気泡構造を高精度に制御する加熱条件の予測法
  • 1.架橋と発泡の関係
  • 2.架橋度の予測
  • 2.1 方程式系
  • 2.2 実験の概要
  • 2.3 実験と数値解の比較
16節 発泡樹脂フィルムによる衝撃低減効果
  • 1.落球試験
  • 1.1 試験装置概要
  • 1.2 測定結果の評価方法
  • 2.アクリル樹脂発泡フィルム
  • 3.試験結果
  • 4.まとめ

第3章 発泡成形の条件設定、不具合対策

1節 超臨界窒素・二酸化炭素を用いた微細発泡射出成形法
  • 1.超臨界発泡射出成形法とは
  • 2.超臨界発泡射出成形法のプロセス
  • 3.超臨界発泡射出成形法の特徴
  • 4.超臨界発泡射出成形システム
  • 5.超臨界発泡射出成形法の課題と対策
  • 6.成形品強度の改善
  • 7.成形品事例
2節 超臨界流体の発泡成形への応用
  • 1.超臨界流体
  • 2.超臨界流体を利用した発泡法
  • 3.再生医療材料用発泡体
  • 4.断熱材料用発泡体
  • 5.電子材料用発泡体
  • 6.構造材料用などの発泡体
3節 泡成形におけるトラブル対策及び品質向上対策
  • 1.発泡プラスチックの概要
  • 1.1 発泡成形技術(発泡成形法)の分類
  • 1.2 発泡プラスチックの全体需要動向及び自動車分野の需要
  • 2.発泡成形におけるトラブル対策の進め方
  • 2.1 トラブル対策の概要
  • 2.2 トラブル対策に際してのキーコンセプト
  • 2.3 トラブル対策に入る前に検討すべき事項
  • 2.4 トラブル原因の解析方法
  • 3.トラブル対策の事例
  • 3.1 本稿におけるトラブル対策の表し方
  • 3.2 溶融発泡成形法、固相泡成形法及び注型発泡成形法のトラブル対策
  • 4.発泡成形における品質向上対策例
  • 4.1 高純度・高分子量ポリオールの展開事例
  • 4.2 自動車用座席の乗り心地の改善事例
  • 4.3 へたり特性の改善事例
  • 4.4 新しい難燃化研究事例
4節 射出発泡成形品の不良現象内部および表面の不良現象
  • 1.射出発泡成形品内部の発泡不良
  • 2.射出発泡成形品の外観不良
5節 超臨界流体を利用した押出発泡成形
  • 1.押出発泡技術概要
  • 2.発泡押出に利用される超臨界流体
  • 3.超臨界流体供給装置
  • 4.発泡メカニズム
  • 5.ダイス形状と発泡特性
  • 6.可視化二軸押出機
6節 押出発泡成形の成形条件設定
  • 1.発泡プロセスによる成形条件の違い
  • 2.CO2及びN2を発泡剤として用いる押出発泡の成形条件
  • 2.1 発泡ガスの溶解条件
  • 2.2 ガス含有樹脂の冷却
  • 2.3 急激な減圧による微細発泡
  • 2.4 超臨界不活性ガス押出発泡システム
  • 3.発泡成形品への要求仕様ごとの成形条件
  • 3.1 気泡径を制御するための成形条件
  • 3.2 成形品密度(発泡倍率)を制御するための成形条件
7節 発泡成形の量産 ~GasTy-1~
  • 1.発泡成形の作用・効果
  • 2.発泡成形の歴史
  • 3.発泡成形の主な技法
  • 3.1 ショート・ショット(SS)法
  • 3.2 UCC法
  • 3.3 バッテンフェルド(Battenfeld)法
  • 3.4 その他の発泡成形技法
  • 4.スワール・マークをなくする手段→O-GCP実施の具体的な方法
  • 4.1 O-GCPの詳細な説明
  • 4.2 O-GCP実施に向けての具体的な手段
  • 5.発泡成形に用いる発泡剤
  • 6.気体を発泡剤として用いた発泡成形の手段
  • 7.液状の発泡剤
  • 8.成形品と肉厚との関係
  • 9.成形収縮率
  • 10.発泡成形とCAE
  • 11.発泡成形品の強度とコスト
  • 11.1 発泡成形の衝撃強度
  • 11.2 成形品の剛性
  • 11.3 発泡成形を用いた成形品のコスト・ダウン
  • 12.発泡倍率を高くする手段
  • 12.1 I-GCPを実施する為の成形機
  • 12.2 I-GCPを実施する為の型構造
  • 13.O-GCP/I-GCPの適用樹脂
  • 14.市場規模など
  • 14.1 材料費の低減の手段
  • 14.2 加工費の低減
  • 14.3 金型費の低減
  • 15.実施に向けての装置の供給など
  • 15.1 部品の供給
  • 15.2 装置の組み立て/コントローラーなど
  • 15.3 高圧ホースなど
8節 ポリウレタンフォームの製造設備とプロセス
  • 1.自動車用シートクッションパッド:
  • 2.ダッシュボードなど
  • 3.天井用成型フォーム
  • 4.ステアリングホィール
  • 5.カーペットバッキングフォーム
  • 6.制振材用ポリウレタンフォーム:
  • 7.キャビティーフィーリング
  • 8.RRIM成型
9節 ポリウレタン発泡機の種類、特徴と製造設備例
  • 1.ポリウレタン発泡機に
  • 1.1 ポリウレタン発泡機
  • 1.2 ポリウレタン発泡機の種類
  • 1.3 発泡機の詳細説明
  • 2.ポリウレタン発泡製造設備
  • 2.1 軟質スラブストック発泡設備
  • 2.2 サンドイッチパネル製造設備
  • 2.3 冷蔵庫発泡設備
  • 2.4 モールド発泡設備
  • 2.5 表皮一体成型(モールド成型)
  • 2.6 RIM成形設備
  • 2.7 スプレー発泡設備
  • 2.8 RTM成形機

第4章 多孔性ポリマーの作製と応用

1節 相分離を利用したポリマーモノリスの作製とその応用
  • 1.ポリマーモノリスの合成と機能化
  • 2.モノリス複合材料の合成と機能化
2節 貫通型多孔性粒子の作製と液体クロマトグラフィーへの応用
  • 1.貫通型多孔性粒子とは
  • 2.貫通型多孔性粒子の作製
  • 3.貫通孔径、骨格内メソ孔、粒子径の制御
  • 4.液体クロマトグラフィーへの適用
  • 5.今後の展望
3節 ナノファイバー凝集を利用したモノリス型ゲルの作製とその応用
  • 1.ベーマイトナノファイバーを用いたモノリス型ゲル
  • 1.1 ベーマイトナノファイバーエアロゲル
  • 1.2 ベーマイトナノファイバークライオゲルの作製と光学的応用
  • 2.ベーマイトナノファイバーとシルセスキオキサンから成るコアシェル型モノリス
4節 多孔性フェノール樹脂の微細構造制御と力学特性
  • 1.多孔質フェノール樹脂の細孔構造制御
  • 1.1 相分離によるマクロ多孔構造の構築と細孔径制御
  • 1.2 超分子自己組織化を利用した規則性を有するメソ孔の構築
  • 2.多孔質フェノール樹脂の力学特性
  • 2.1 多孔構造と力学特性
  • 2.2 ゲルネットワーク中のF127量と力学特性
  • 3.多孔質フェノール樹脂の力学特性
  • 4.多孔質フェノール樹脂の衝撃吸収能

第5章 自動車用途での発泡樹脂の応用

1節 ポリアミド樹脂発泡成形と自動車内装部材の軽量化
  • 1.射出発泡成形の方法
  • 2.ポリアミド樹脂の発泡特性
  • 3.射出発泡成形体の物性
  • 4.自動車部品の軽量化
2節 発泡樹脂シートの自動車内装材への応用
  • 1.ポリウレタン樹脂とは
  • 2.合成皮革の構成と加工方法
  • 2.1 合成皮革の構成とポリウレタン樹脂の分類
  • 2.2 溶剤系ポリウレタン樹脂を用いた自動車内装材シート加工方法
  • 3.無溶剤発泡層を導入した環境対応型合成皮革に関する技術紹介
  • 3.1 軟質及び硬質ウレタンフォーム
  • 3.2 発泡方法
  • 3.3 反応性ホットメルト接着剤(RHM)
  • 3.4 RHMを用いた無溶剤の発泡層を導入した加工システム
  • 3.5 今後の環境対応への取り組み
3節 発泡ウレタンを用いた商用車用シート
  • 1.トラック業界の抱える課題
  • 2.サスペンションシートの搭載状況と現状の問題
  • 3.小型トラックのニーズに合わせたサスペンションシート
  • 4.厚型サポートパッドの材質について
  • 5.体重調整装置について
  • 6.乗員の姿勢保持構造について
  • 7.パテント出願状況
  • 8.性能について
  • 9.省スペース化、質量、コスト状況
4節 発泡ウレタン封入エアセルによる振動減衰特性の向上と自動車シートへの応用
  • 1.背景
  • 2.UAセルの構造
  • 3.振動測定実験
  • 3.1 目的
  • 3.2 測定装置
  • 3.3 実験条件
  • 3.4 解析方法
  • 3.5 UAセルの厚みと圧力の関係
  • 3.6 エアセルの力学特性
  • 3.7 発泡ウレタンを封入したエアセルの力学特性
  • 3.8 測定実験のまとめ
  • 4.理論解析
  • 4.1 目的
  • 4.2 理論モデル
  • 4.3 振動解析
  • 4.4 結果、考察
  • 4.5 数値解析のまとめ
5節 自動車車体フレームへの強度発泡充填材の適用
  • 1.曲げ強度向上の考え方と充填量の最小化構造
  • 1.1 質量効率を上げる着眼点
  • 1.2 座屈係数kを満たす効果と適値
  • 1.3 実部品構造化への応用
  • 2.充填材の材料開発
  • 2.1 材料課題
  • 2.2 機能課題に対する改良
  • 2.3 製造課題に対する改良
6節 航空機部材への応用に向けた発泡コアサンドイッチパネルのき裂進展抑制
  • 1.発泡コアサンドイッチパネルの航空機構造部材への応用について
  • 1.1 機首構造の構造設計及び解析
  • 1.2 損傷評価試験
  • 1.3 損傷後強度試験
  • 2.き裂進展抑制技術に
  • 2.1 き裂進展抑制技術の研究動向
  • 2.2 クラックアレスターについて
  • 2.3 クラックアレスター基本型の試験による検証
  • 2.4 クラックアレスターの他構造要素への応用 -スプライス型アレスター-
  • 2.5 まとめ