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ナノ構造材料による水素貯蔵技術の創製

Research Project

Project/Area Number 15656217
Research Category

Grant-in-Aid for Exploratory Research

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Aerospace engineering
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

宇田 暢秀  九州大学, 大学院工学研究院, 助教授 (20160260)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 久能 和夫  九州大学, 工学研究院, 教授 (90128009)
小野 幸生  九州大学, 工学研究院, 助手 (90038092)
青木 隆平  東京大学, 大学院工学系研究科, 教授 (00202466)
Project Period (FY) 2003 – 2005
Project Status Completed (Fiscal Year 2005)
Budget Amount *help
¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000)
Fiscal Year 2005: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2004: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2003: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Keywordsカーボンナノチューブ / ナノ複合材料 / 力学的特性 / 分散 / 界面強度 / 引張特性 / 摩耗特性 / カーボンナノ材料 / シュミレーション / ナノ材料 / シミュレーション / 水素貯蔵タンク
Research Abstract

炭素繊維強化樹脂(CFRP)を用いた水素貯蔵用高圧タンクの研究が国内外で進められているが、CFRP積層板の層間強度が低いために、き裂が発生すると水素漏れを引き起こすことが懸念されている。そこで、CFRP積層板の層間にカーボンナノチューブ(CNT)のような優れた力学的特性を有するナノ材料を分散させたナノ複合材料が開発できれば、これまでにない高破壊靭性複合材料となる可能性があり、水素貯蔵タンクの外板へ適用できる。しかしながら、CNTは樹脂との接着の弱さや樹脂中に均質に分散されないという問題がある。分散の問題については、製造時にCNTがお互いに絡まりあい、樹脂中で凝集したままの状態で存在してしまうことが原因の1つに上げられる。本研究では、分散性を向上させるために超音波を用いて多層カーボンナノチューブ(MWCNT)を切断し、複合材料を製作した。引張試験、摩耗試験を行い、製作した複合材料の力学的特性を評価した。
超音波処理したMWCNTのSEM画像から、超音波処理を行うことでMWCNTが切断され、大きな凝集がなくなったことが確認できた。試験片として、(1)エポキシ樹脂試験片、(2)超音波処理をしていないMWCNTをエポキシ樹脂に混ぜた試験片(MWCNT/epoxy)、(3)超音波処理したMWCNTをエポキシ樹脂に混ぜた試験片(超音波MWCNT/epoxy)の3種類を製作した。MWCNTの含有量は1重量パーセントとした。
引張試験の結果から、MWCNT/epoxyおよび超音波MWCNT/epoxyのヤング率は、エポキシ樹脂単体よりもそれぞれ10%と2%向上した。一方、MWCNT/epoxyの引張強度はエポキシ樹脂よりも12%低下し、超音波MWCNT/epoxyでは3%増加した。ヤング率の向上はMWCNTを含有させた効果と考えることができる。超音波MWCNT/epoxyのヤング率がMWCNT/epoxyよりもかなり低くなっている原因としては、CNTの分散が促進されたことと、ボイド率が増加したことの2点が上げられる。また、MWCNT/epoxyではCNTが凝集したままになっており、引張強度は大きく低下している。超音波処理したMWCNTをエポキシ樹脂に混ぜると樹脂の粘性が上がり、ボイドの除去が大変難しくなるという問題が発生した。
摩耗試験では、超音波MWCNT/epoxyの比摩耗量がエポキシ樹脂に比較して11%低下しており、CNTの含有と分散性の向上による効果と考えられる。

Report

(3 results)
  • 2005 Annual Research Report
  • 2004 Annual Research Report
  • 2003 Annual Research Report

Research Products

(18 results)

All 2005 2004 Other

All Journal Article (12 results) Publications (6 results)

  • [Journal Article] 高温環境下における炭素繊維強化ポリイミド樹脂複合材料のモードI層間破壊靭性の計測2005

    • Author(s)
      浦田幸恵, 久能和夫, 宇田暢秀, 小野幸生, 永安 忠
    • Journal Title

      日本複合材料学会誌 第31巻第4号

      Pages: 168-176

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] 衝撃損傷を持つ炭素繊維エポキシ複合材料積層板の圧縮疲労破損2005

    • Author(s)
      河野泰久, 久能和夫, 宇田暢秀, 小野幸生, 永安 忠
    • Journal Title

      第47回構造強度に関する講演会講演集

      Pages: 102-104

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] 耐熱複合材料の高温環境下におけるモードI層間破壊挙動の評価2005

    • Author(s)
      金丸卓嗣, 久能和夫, 宇田暢秀, 小野幸生, 永安 忠
    • Journal Title

      第30回複合材料シンポジウム講演要旨集

      Pages: 327-328

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] 超音波処理したカーボンナノチューブ複合材料の力学的特性2005

    • Author(s)
      宮原裕介, 久能和夫, 宇田暢秀, 小野幸生, 春田 統
    • Journal Title

      日本航空宇宙学会西部支部講演会(2005)講演集

      Pages: 45-48

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Mechanical Properties of Sonicated-Carbon Nanotube Composites2005

    • Author(s)
      Y.Miyahara, K.Kunoo, N.Uda, K.Ono, O.Haruta
    • Journal Title

      Proceedings of the KU/KAIST Joint Workshop on Aeronautics and Astronautics (印刷中)

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Compression Fatigue Failure of Impacted Carbon/Epoxy Composite Laminates2005

    • Author(s)
      Y.Kouno, K.Kunoo, N.Uda, K.Ono, T.Nagayasu
    • Journal Title

      Proceedings of the Sixth Japan/Korea Joint Workshop on Aeronautics and Astronautics (印刷中)

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Damage Development in Impacted Composite Laminates under Compression Fatigue2004

    • Author(s)
      N.Uda, K.Kunoo, K.Ono, T.Nagayasu, R.Yamashita
    • Journal Title

      Proceedings of the 11th U.S.-Japan Conference on Composite Matreials

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] 炭素繊維強化耐熱ポリイミド樹脂複合材料の高温環境下モードI層間破壊挙動2004

    • Author(s)
      浦田幸恵, 久能和夫, 宇田暢秀, 小野幸生, 永安 忠
    • Journal Title

      第46回構造強度に関する講演講演集

      Pages: 132-134

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] 衝撃後圧縮疲労荷重を受ける複合材料積層板の破損機構2004

    • Author(s)
      山下涼介, 久能和夫, 宇田暢秀, 小野幸生, 永安 忠
    • Journal Title

      第46回構造強度に関する講演会講演集

      Pages: 155-157

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] カーボンナノ材料含有エポキシ樹脂の曲げ特性2004

    • Author(s)
      藤井孝理, 久能和夫, 宇田暢秀, 小野幸生, 吉野典功
    • Journal Title

      日本航空宇宙学会西部支部講演会(2004)講演集

      Pages: 147-150

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] 耐熱複合材料積層板のトランスバースクラックと層間剥離挙動の温度依存性2004

    • Author(s)
      帖地卓也, 久能和夫, 宇田暢秀, 小野幸生, 永安 忠
    • Journal Title

      日本航空宇宙学会西部支部講演会(2004)講演集

      Pages: 151-154

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] 衝撃損傷を受けた複合材ハニカムサンドイッチ板の曲げ疲労挙動2004

    • Author(s)
      森本陽平, 久能和夫, 宇田暢秀, 小野幸生, 永安 忠
    • Journal Title

      第29回複合材料シンポジウム講演要旨集

      Pages: 185-186

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Publications] N.Uda, K.Kunoo, K.Ono, T.Nagayasu: "Effect of Impact Damage on Compression Fatigue Response of AS4/PEEK Composite Laminates"Proceedings of the 14th International Conference on Composite Materials. (CD-ROM) Paper #1523. 1-10 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 山下涼介, 久能和夫, 宇田暢秀, 小野幸生, 永安 忠, 他2名: "AS4/PEEK複合材料積層板の衝撃後圧縮疲労における破損挙動について"第45回構造強度に関する講演会講演集. 51-53 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 浦田幸恵, 久能和夫, 宇田暢秀, 小野幸生, 永安 忠: "耐熱複合材料IM600/PIXA-MのモードI層間破壊挙動及びファイバーブリッジングの温度依存性"第28回複合材料シンポジウム講演要旨集. 109-110 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 山下涼介, 久能和夫, 宇田暢秀, 小野幸生, 永安 忠, 平川裕一: "複合材料積層板の衝撃後圧縮疲労中のキンクバンドの発生について"日本航空宇宙学会西部支部講演会(2003)講演集. 131-134 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 浦田幸恵, 久能和夫, 宇田暢秀, 小野幸生, 永安 忠: "耐熱複合材料IM600/PIXA-Mの高温環境下における層間破壊靭性計測に及ぼすファイバーブリッジングの影響"日本航空宇宙学会西部支部講演会(2003)講演集. 135-138 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 浦田幸恵, 久能和夫, 宇田暢秀, 小野幸生, 永安 忠: "高温環境下における炭素繊維強化耐熱ポリイミド樹脂複合材料のモードI層間破壊挙動とファイバーブリッジングの影響について"九州大学応用力学研究所力学専門部会共同研究集会「複合材料の損傷と強度に関する力学的モデル」講演論文集. (印刷中). (2004)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report

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Published: 2003-03-31   Modified: 2016-04-21  

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