Domestic Bases拠点紹介

Domestic Bases

organic

HIROSHIMA

中国センター

広島県東広島市

実験別棟の1階と研究本館の3部屋を拠点として整備 総床面積:約450m²

Introduction

中国センターに整備している有機・バイオ材料拠点では、有機材料の適材適所での使いこなし、ならびに環境低負荷な有機・バイオ材料の社会実装を目指し、各種原料の調製から混合・成形加工まで一気通貫で行うプロセス装置群や、部素材の構造と製品特性を紐づけるための分析・評価装置群を備えています。化学構造や⾼次構造、界面構造の解析技術を用いた樹脂・ゴム材料の製造プロセスの最適化、製品性能の向上を検討いたします。

Purpose

〜技術と人を繋いで、未来を切り拓くサプライチェーンを創る〜
当拠点では、材料・プロセス診断技術をベースに、地域の主要産業である自動車・関連部材(樹脂・ゴム等)に関わる川上から川下までの多様な企業との実証研究に取り組み、サプライチェーンにおける「擦り合わせ力の強化」や「グリーン化」(環境対応)を押し進めます。同時に、「学びの拠点」と位置付け、ステークホルダー(企業、公設試、大学、自治体、中国経済産業局等)との協働を通して、牽引役となる技術人材の育成に取り組み、技術とその担い手を切れ目なく繋ぐことで持続的な地域イノベーション・エコシステムの構築を目指します。

中国センター
化学構造に基づく材料・プロセス診断で解決

Cases活用事例と装置紹介

Cases

木材・プラスチック複合材料は、原料である両者に加え、添加剤などを加え混練させた後に成形することで製造し、その生産量は国内市場にして約4万トンを誇ります。高い比強度など木質材料の優れた物性と、プラスチックの優れた成形性を両立している点が特徴です。原料である木粉の特性が製品特性を左右することから、さまざまな木粉原料について網羅的に原料データを取得し、さらには機械学習により原料データと材料の物性データ、たとえば曲げ弾性率との紐づけを行いました。このように両者の相関関係を明らかとしたことで結果として、原料である木粉の迅速簡便評価を行うだけで最終製品の強度物性の予測を実現し、迅速な材料開発、いわゆる『マテリアルズインフォマティクスを用いたデータ駆動型の材料開発』へと結びつけました。

有機・バイオ材料拠点紹介ビデオ

原料評価による製品特性予測技術の確立

原料評価による製品特性予測技術の確立
原料評価による製品特性予測技術の確立

先行事例に用いた装置の特徴

多検体分光分析装置

■材料の化学構造を分光学的に解析できる装置。原料の分光データを取得し、そこから種類の同定するのに有⽤。 加えて、ラマン分光分析では、前処理無しで直接的に非接触でのイメージングが可能。

  • • 1台で中赤外・近赤外・ラマン分光分析
  • • 9サンプルを同時にセットして分析
  • • マッピングが可能なラマン分光分析
疲労試験装置

樹脂、ゴム、複合材料の物性データ、主に機械的な耐久性・疲労特性の解析を行う装置。試験片の動的粘弾性 評価も可能。

  • • 樹脂・ゴム材料に適した荷重容量(3kN)
  • • 線形およびねじりモードで測定
  • • 幅広い温度設定(-40℃〜250℃)

Institution利用可能な装置群と特徴

Facility

利用可能な装置一覧はこちらをクリック

こちらをクリックすると各項目に移動できます

成形装置

装置名称

超微細解繊装置【スーパーマスコロイダー MKZA10-15JIV 増幸産業製】

装置の機能

樹脂やゴムの物性向上に適した形状や異なるサイズのナノセルロースを、パルプ、木粉、農産物等から製造する装置。

装置の仕様

・量産可能なディスクサイズ(Φ250 mm)
・ディスク間隔精密数値制御 (1 μm単位)
・幅広いディスク回転数制御 (1000~3000 rpm)

装置でできること

多彩な植物原料から特性の異なったナノセルロースを製造し、樹脂・ゴム材料の成形プロセスと製品性能の紐づけ。

装置名称

加圧型ニーダー【WDS2.5-20MWB-E 日本スピンドル製造製】

装置の機能

各種配合剤を、原料ゴムや原料樹脂へ小スケールでミキサー混練できる装置。

装置の仕様

・混合量: 2.5L ・ブレード形状: 接線式バンバリー型2翼
・ブレード回転数: 4~37 rpm(前ブレード)
・最高使用温度: 250℃(電気ヒーター)

装置でできること

多彩な原料や添加物 (フィラー)の成形プロセス条件と用途の探索。

装置名称

ミキサー【SMV-20Ba カワタ製】

装置の機能

製造プロセスの前処理工程において、バイオベース材料と樹脂を均一に混合、複合化する装置。

装置の仕様

・タンク容量: 20 L
・最大処理容量: 12~14 L/バッチ
・羽根回転速度: 300~2000 rpm
・混合槽: 150℃まで加熱可能

装置でできること

多彩な原料や添加物 (フィラー)の成形プロセス条件と用途の探索。

装置名称

4軸混練押出機【WDR15QD-30MG-NH(-700) テクノベル製】

装置の機能

CNFの樹脂中への高分散化を行う装置。多軸構造押出機を用いた高せん断で効率的な混練を行うことで、樹脂中への良分散を実現。

装置の仕様

・構造: 同方向完全噛合型4軸構造
・形状: スクリュ径15 mm、L/D=30
・最大回転数: 700 rpm
・最高設定温度: 350℃

装置でできること

多彩な原料や添加物 (フィラー)の成形プロセス条件と用途の探索。

装置名称

圧縮成形機【BC-50型 松田製作所製】

装置の機能

加熱プレスにより加硫ゴムを成形する装置。物性評価用試験片や小型ゴム製品の成形に利用。

装置の仕様

・型締力: 50 ton
・熱盤寸法: 400 mm×400 mm
・最大盤面間隔: 350 mm
・最大熱盤温度: 300℃

装置でできること

多彩な原料や添加物 (フィラー)の成形プロセス条件と用途の探索。

装置名称

小型射出成形機【LP10EH3 ソディック製】

装置の機能

シリンダー内で可塑化した樹脂やナノフィラー等を添加した樹脂系複合材料を金型内に高速・高圧で射出することにより、ラボスケールで物性評価用試験片等の小型成形品を作製する装置。

装置の仕様

・最大型締力: 98 kN
・最高使用温度: 420℃
・理論射出容量: 14 cm3
・最大射出圧力: 262 MPa
・最大射出速度: 800 mm/s

装置でできること

多彩な原料や添加物 (フィラー)の成形プロセス条件と用途の探索。

装置名称

ゴム用万能型混練成形装置【Labo Plastomill 10S100 東洋精機製作所製】

装置の機能

ミキサー混練、小型バンバリーミキサーによる高せん断混練、さらには単軸押出を行う装置。各種ナノフィラーとゴムとの複合材料の試作や、混練・押出成形プロセスの高度化に有用。

装置の仕様

・回転数: 0.1~100rpm
・容量(1): 100, 200mL(ミキサー)
・容量(2): 250mL(バンバリー)
・最高使用温度(1): 250℃(ミキサー・押出)
・最高使用温度(2): 200℃(バンバリー)

装置でできること

多彩な原料や添加物 (フィラー)の成形プロセス条件と用途の探索。

装置名称

樹脂用万能型混練成形装置【Labo Plastomill 3S500 東洋精機製作所製】

装置の機能

ミキサー混練、二軸押出、フィルム成形、流動性評価試験が行える装置。各種ナノフィラーと樹脂との複合材料の試作や、混練・押出成形プロセスの高度化に有用。

装置の仕様

・回転数: 0.1~500rpm
・容量: 30, 60, 100mL(ミキサー)
・形状: スクリュー径25mm、L/D=30(二軸押出)
・最高使用温度(1): 400℃(ミキサー)
・最高使用温度(2): 350℃(二軸押出)

装置でできること

多彩な原料や添加物 (フィラー)の成形プロセス条件と用途の探索。

こちらをクリックすると各項目に移動できます

プロセス
試験機・
評価装置

装置名称

振動式加硫発泡試験機【RLR-4 東洋精機製作所製】

装置の機能

ゴムの加硫特性について、加硫度、加硫速度、最適加硫条件等を評価する装置。加えて、加硫挙動と発泡剤の分解挙動とのバランスの評価や、スポンジゴムの成形条件の最適化も可能。

装置の仕様

・JIS K 6300-2に規定のダイ加硫試験機に準拠
・温度設定範囲: (室温+20)~230℃
・振動数: 50~150 c.p.m
・振幅角: ±0.1°~±2.0°
・圧力測定範囲: 0~7 MPa

装置でできること

多彩な原料や添加物 (フィラー)の成形プロセス条件と用途の探索。

装置名称

ムーニー粘度計【SMV-301RT 島津製作所製】

装置の機能

原料ゴムおよび配合ゴムの成形加工性の指標であるムーニー粘度の測定や、加硫工程前に起こる初期加硫の指標であるスコーチタイムの測定を行う装置。

装置の仕様

・ダイ: JIS K 6300-1に準拠したV形溝ダイ
・ムーニー粘度範囲: 0~200 M
・温度制御範囲: (室温+20)~200℃
・ロータ回転速度: 0.1~20 rpm

装置でできること

多彩な原料や添加物 (フィラー)の成形プロセス条件と用途の探索。

装置名称

データロガー【TR-W1050 キーエンス製】

装置の機能

押出機のバレル温度やダイ温度、スクリュー回転数を連続的に記録できる機器。

装置の仕様

・8チャンネル入力
・10.4 型液晶表示・ペーパーレス
・ネットワーク接続機能

装置でできること

MI・PIに向けたプロセスデータの収集と蓄積。

装置名称

画像処理システム【CV-X420F-CAH200MX キーエンス製】

装置の機能

画像取得・解析装置。押出機や成形機により製造された混練物や成形物の色や形状の変化の抽出が可能。

装置の仕様

・異なる8波長によるサンプル照明
・レンズの機能で離れた位置からの画像取得
・ネットワーク接続機能

装置でできること

成形体の形状や色に関するデータの取得による成形プロセス条件の最適化。

こちらをクリックすると各項目に移動できます

前処理

装置名称

薄膜切削解析装置【SAICAS 型式EN ダイプラ・ウィンテス製】

装置の機能

厚さ方向の情報を高い分解能で得る際に必要な、界面の「面だし」あるいは「薄片の切り出し」を行う装置。

装置の仕様

・傾斜角度0.2°の場合において深さ方向が286倍に拡大された断面を取得
・1ミクロン-500 ミクロン厚の試料の切削
・試料最表面の自動切削機能
・ロードセルによる、切り込み時のみなしせん断強度、および界面における剥離強度の算出

装置でできること

材料ドックによる材料診断 (健康診断の材料版)と、MI・PIに向けた製品性能データの収集と蓄積。材料ドックや構造解析のための前処理。

装置名称

高周波スパッタ装置【SVC-700RFⅢ サンユー電子製】

装置の機能

目的とする基板上に、厚さが数100 nm以下の様々な膜種の薄膜を作製する装置。

装置の仕様

・マグネトロンスパッタによる製膜速度の向上および高密着性の実現
・スパッタアップ方式による高い均一性
・φ2インチまでの基板対応
・さまざまなターゲット (Au, Cr, Al, SiO2, C, ITO)の多層膜化が可能 (3源)

装置でできること

材料ドックや構造解析のための前処理。

装置名称

ダイヤモンドワイヤーソー【DWS3500P メイワフォーシス製】

装置の機能

樹脂や複合材料、成形物を電子顕微鏡観察等するための試験片を切り出す装置。

装置の仕様

・マイクロスコープによる精密切断位置確認
・湿式・乾式切断
・継目なし長尺ダイヤモンドワイヤー(10m)
・平滑な切断面(表面粗さ5μm以下)

装置でできること

材料ドックや構造解析のための前処理。

こちらをクリックすると各項目に移動できます

材料物性・
特性解析

 
装置名称

レオメーター/構造解析システム【MCR702e Space MultiDrive アントンパールジャパン製】

装置の機能

試料のレオロジー特性(変形や流動性)に関する情報を得ることができる装置。その場観察により構造解析などを同時に行うことが可能。

装置の仕様

・小角光散乱によるミクロ構造観察
・偏光顕微鏡による配向状態観察
・トライボロジーによる潤滑・摩擦特性評価
・固体動的粘弾性測定機能 (DMA)
・幅広い温度範囲に対応 (-160~600℃)

装置でできること

材料ドックによる材料診断 (健康診断の材料版)と、MI・PIに向けた製品性能データの収集と蓄積。高次構造解析による、成形プロセスと製品性能の紐づけ・成形プロセスの最適化。

装置名称

熱重量測定装置【TGA8000 パーキンエルマージャパン製】

装置の機能

樹脂やゴム材料、複合材料の熱分解温度、分解による重量減少度合い、無機成分量等の解析を行う装置。

装置の仕様

・幅広い温度範囲で測定(ー20~1200℃)
・高感度重量変化検出(0.1μg)
・オートサンプラー付属(48サンプル対応)

装置でできること

材料ドックによる材料診断 (健康診断の材料版)と、MI・PIに向けた製品性能データの収集と蓄積。

装置名称

疲労試験装置【ElectroPuls E3000 インストロンジャパン製】

装置の機能

樹脂、ゴム、複合材料の機械的な耐久性・疲労特性の解析を行う装置。試験片の動的粘弾性評価が可能。

装置の仕様

・樹脂・ゴム材料に適した荷重容量(3kN)
・線形およびねじりモードで測定
・電気式リニアモーター駆動
・幅広い温度設定(-40~250℃)

装置でできること

材料ドックによる材料診断 (健康診断の材料版)と、MI・PIに向けた製品性能データの収集と蓄積。

装置名称

引張試験機【10073L リンカム製】

装置の機能

フィルム材料について、本装置で延伸下しながらモルフォロジー観察や構造解析を行う装置。

装置の仕様

・様々な環境下 (冷却、加温、不活性ガス置換)での延伸を実現
・光学顕微鏡や顕微IR、顕微ラマン、X線CTと組み合わせ可能
・荷重レンジは、1 mNから200 Nまで可能

装置でできること

その場解析・観察による、製品の力学特性と構造特性の紐づけ。

装置名称

オゾンウェザーメーター【OMS-HNZ スガ試験機製】

装置の機能

JIS規格に準拠した温度条件および湿度調整条件下で、低濃度から高濃度までのオゾン濃度でゴム劣化促進試験を行う装置。

装置の仕様

・JIS K 6259に準拠
・湿度調整可能(50~95%rh)
・幅広い帯オゾン濃度設定(0.2~200ppm)
・動的・静的条件で試験

装置でできること

材料ドックによる材料診断 (健康診断の材料版)と、MI・PIに向けた製品性能データの収集と蓄積。

装置名称

ゴム摩耗試験装置【QC-618A コムテックス製】

装置の機能

JIS規格およびISO・DIN国際規格に準拠したゴム材料の摩耗特性評価を行う装置。

装置の仕様

・JIS K 6264規程のA法およびB法の両方に対応
・ISO4649およびDIN53516に対応
・回転ドラム型研磨体による摩耗試験

装置でできること

材料ドックによる材料診断 (健康診断の材料版)と、MI・PIに向けた製品性能データの収集と蓄積。

装置名称

摩擦摩耗試験装置【トライボギアTYPE40 新東科学製】

装置の機能

樹脂やゴム、複合材料の静摩擦・動摩擦、および繰り返し評価による摩擦特性変化が評価できる装置。

装置の仕様

・広い摩擦試験範囲(0.5~1000 gf)
・広いサンプル移動速度設定(5 ~6,000 mm/分)
・圧子直上荷重支点による高精度測定

装置でできること

材料ドックによる材料診断 (健康診断の材料版)と、MI・PIに向けた製品性能データの収集と蓄積。

装置名称

エリプソメーター【UNECS-Portable-W アルバック製】

装置の機能

試作品について、その膜厚や光学定数を非破壊・非接触で決定できる装置。多層膜についても解析が可能。

装置の仕様

・1 nm - 2 µm厚の透明・半透明膜が測定可
・高い膜厚再現性: 0.1 nm (1σ)
・高速測定の実現: 受光20ms‐3000 ms, 演算: 300 ms
・最大6層までの多層膜の膜厚解析が可能

装置でできること

材料ドックによる材料診断 (健康診断の材料版)と、MI・PIに向けた製品性能データの収集と蓄積。

こちらをクリックすると各項目に移動できます

分子構造解析

装置名称

顕微ラマン分光/ブリルアン散乱測定装置【Nanofinder 30A 東京インスルメンツ製】

装置の機能

測定試料の化学構造、組成、結晶構造、さらには粘弾特性等のデータを、試料の前処理無し、非破壊で測定取得することが可能。

装置の仕様

・ラマン分光器の分解能0.8 cm-1
・化学的特性と物理的特性の同時測定
・複数の励起レーザー波長 (532 nm、785 nm)
・3次元イメージング (ラマン、光学)

装置でできること

分子構造および高次構造解析による、成形プロセスと製品性能の紐づけ・成形プロセスの最適化。

装置名称

和周波分光/顕微鏡システム【EKSPLA SFG分光システム 東京インスツルメンツ製】

装置の機能

試作品について、表面や界面における相互作用力や密着力を評価する装置。ミクロンスケールでの2次元イメージングが可能。

装置の仕様

・高感度検出による、サブモノレイヤー計測
・ICCDカメラによる、マイクロイメージング
・位相敏感モードおよび二重共鳴分光による、より高い選択性の実現

装置でできること

界面構造解析による、成形プロセスと製品性能の紐づけ・成形プロセスの最適化。

装置名称

X線光電子分光装置【PHI Quantera II™  アルバック・ファイ製】

装置の機能

試作品について、表面や界面における元素の組成、化学結合状態の詳細な解析を行う装置。

装置の仕様

・マイクロフォーカスX線源の利用による、微小領域の観察 (10 μm程度)
・高いエネルギー分解能 (0.5 eV以上)
・絶縁物中和機構 (高分子に有利)
・多様な深さ分析手法 (イオンビームエッチングと硬X線の利用、角度可変)

装置でできること

高次構造解析による、成形プロセスと製品性能の紐づけ・成形プロセスの最適化。

装置名称

核磁気共鳴装置【Avance NEO 600 ブルカージャパン製】

装置の機能

測定試料の化学構造、組成、結晶構造、会合状態、分子運動性等のデータを取得することができる装置。

装置の仕様

・1Hの共鳴周波数が600 MHz
・固体、溶液のHXY3チャンネルプローブに対応
・固体、溶液とも銀以上の低周波核測定に対応
・勾配磁場1700 G/cmプローブの拡散測定

装置でできること

分子構造解析による、成形プロセスと製品性能の紐づけ・成形プロセスの最適化。

装置名称

多検体分光分析装置【Nicolet iS50 サーモフィッシャーサイエンティフィック製】

装置の機能

ナノセルロース等のフィラーを用いた複合材料の化学構造の変化を分光学的に解析する装置。原料樹脂等の種類の同定が可能。

装置の仕様

・1台で中赤外・近赤外・ラマン分光分析
・9サンプルを同時にセットして分析
・マッピングが可能なラマン分光分析

装置でできること

分子構造解析による、成形プロセスと製品性能の紐づけ・成形プロセスの最適化。

こちらをクリックすると各項目に移動できます

形態観察

装置名称

3次元X線顕微鏡【SKYSCAN 2214 ブルカージャパン製】

装置の機能

試作品について、ミクロンスケールでの3次元モルフォロジー観察を行う装置。

装置の仕様

・開放型ナノフォーカスX線源による高い空間分解能(500 nm)
・20 kgの大型サンプルに対応できる50 nm精度のマイクロポジショニングステージ
・超高分解能、高分解能、広視野の3種類の検出器
・階層式再構成アルゴリズム: 2k*2k*1.5k: 1分30秒

装置でできること

高次構造解析および界面構造解析による、成形プロセスと製品性能の紐づけ・成形プロセスの最適化。

装置名称

超高分解能走査型電子顕微鏡【SU9000 日立ハイテク製】

装置の機能

試作品について、ミクロンスケールでの2次元モルフォロジー観察を行う装置。加えて、EDSによる元素分析が可能。

装置の仕様

・冷陰極電界放出形電子銃かつインレンズ方式
・超高分解能観察(STEM分解能: 0.34 nm)
・超高倍率観察(写真倍率: 100~3,000,000倍)
・ウインドレス元素分析検出器(100 mm2

装置でできること

精密形状・形態解析による、成形プロセスと製品性能の紐づけ・成形プロセスの最適化。

拠点を利用した開発事例

  • 材料診断 (健康診断の材料版)による成形プロセスの最適化
  • 多彩な原料や添加物(フィラー)の成形プロセス条件と用途の探索
  • プロセス診断による小型ラボ機から実生産機への迅速なスケールアップ
  • ナノセルロースを活用した高性能ゴム複合材の開発
  • バイオ素材を用いた生分解性プラスチックの開発

拠点導入装置

【製造プロセス装置群】
  • 原料解繊装置
  • 加圧型ニーダー
  • 4軸混練押出機
  • ゴム用万能型混練成形装置
  • 樹脂用万能型混練成形装置
  • 圧縮成形機
  • 小型射出成形機
  • 振動式加硫発泡試験機
【分析・評価装置群】
  • 薄膜切削解析装置
  • レオメーター/構造解析システム
  • 顕微ラマン分光/ブリルアン散乱測定装置
  • 2軸疲労試験機
  • オゾンウェザーメーター
  • X線光電子分光装置
  • 和周波発生分光・顕微鏡システム
  • 3次元X線顕微鏡
  • 超高分解能走査型電子顕微鏡
※ 他にも材料診断に関連した各種装置が利用可能です