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超高アスペクト比を有するカーボンナノチューブを用いた高機能複合材料の開発

Research Project

Project/Area Number 16760086
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Production engineering/Processing studies
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

安原 鋭幸  東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (70282829)

Project Period (FY) 2004 – 2005
Project Status Completed (Fiscal Year 2005)
Budget Amount *help
¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000)
Fiscal Year 2005: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2004: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
Keywordsカーボンナノチューブ / 射出成形 / 機械的特性 / 熱的特性 / 高アスペクト比 / 理論予測 / 複合材料 / 樹脂基複合材料 / 繊維長
Research Abstract

カーボンナノチューブ(CNT)は21世紀で最も重要な新材料の一つになると期待されており,従来の炭素繊維と同等のアスペクト比と従来の炭素繊維よりも優れたヤング率および引張強さを有することから,樹脂材料にフィラーとして添加して射出成形することによって,従来よりも少ない添加量で成形品の機械的特性をさらに向上させることができると考えられる.特に,CNTは直径がナノオーダーであるため,マイクロギヤやマイクロ流路に代表される微小部品等に新たに機能を付加するための充填材として適用できると考えられるが,これまでに微小な製品や薄肉製品に関する報告は少なく,特に長さの違いによる特性の評価はこれまで行われていなかった.そこで本研究では,CNT複合材料の微細部品への適用を視野に入れ,長さが機械的・熱的特性に与える影響について調べることを目的とする.
平均直径が80〜150nmで平均長さ2.9μmと4.5μmの比較的結晶性の高いCNTを用いて複合材料を作製し,射出成形したサンプルについて熱的特性を調べたところ,以下のことが明らかになった.CNTは繊維状であるため,射出成形における樹脂流動においてほぼ流動方向に一様に配向することがわかり,流動方向に垂直と平行に配向させた試験片を作製した.マトリクス樹脂にPPを用い,CNT濃度を変化させたサンプルについて測定したところ,レーザーフラッシュ法での測定方向にCNT配向させた場合は10vol.%と比較的低濃度の場合でも2.2W/mKであるのに対し,測定方向に配向していないサンプルでは,0.7W/mKと低い値にとどまった.またCNTを31vol.%添加することにより3.4W/mKというPPの16倍の高熱伝導率を得た.
次にEMA法により理論予測を行った.本実験で用いたCNTは結晶性が高いため,CNT単体のもつ熱伝導率を200W/mKとして計算を行うとほぼ理論値と一致することがわかった.この理論計算によるとアスペクト比が大きく影響し,例えば長さ10μmCNTとすると,およそ5倍の約20W/mKに達することがわかった.

Report

(2 results)
  • 2005 Annual Research Report
  • 2004 Annual Research Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2006 2005 2004

All Journal Article (6 results)

  • [Journal Article] 樹脂基カーボンナノファイバー複合材料の熱伝導率2006

    • Author(s)
      藤原修, 榎本和城, 安原鋭幸, 村上碩哉, 寺木潤一, 大竹尚登
    • Journal Title

      精密工学会誌 72

      Pages: 95-99

    • NAID

      110002978317

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Mechanical Properties of Carbon Nanofiber Reinforced Composites and Fiber Orientation Behavior in Thin-wall Injection Molding2006

    • Author(s)
      T.YASUHARA, H.AIHARA, H.ITO, T.SAITO, K.ENOMOTO, N.OHTAKE
    • Journal Title

      CD-ROM Proceedings of Asian Workshop of Plastic Processing in Taiwan 2005

      Pages: 20-20

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] 樹脂基カーボンナノファイバー複合材料薄板の射出成形とその特性2005

    • Author(s)
      相原広志, 安原鋭幸, 伊藤浩志, 斉藤卓志, 榎本和城, 大竹尚登
    • Journal Title

      成形加工'05(プラスチック成形加工学会年次大会予稿集)

      Pages: 95-96

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] 樹脂基CNF複合材料の機械的特性における薄肉化の効果2005

    • Author(s)
      安原鋭幸, 相原広志, 伊藤浩志, 斎藤卓志, 榎本和城, 大竹尚登
    • Journal Title

      2005年度 精密工学会 春季講演会学術講演会講演論文集

      Pages: 983-984

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] 樹脂基CNT複合材料の熱的特性評価2005

    • Author(s)
      藤原修, 榎本和城, 安原鋭幸, 佐藤倫史, 山口龍介, 村上碩哉, 寺木潤一, 大竹尚登
    • Journal Title

      2005年度 精密工学会 春季講演会学術講演会講演論文集

      Pages: 985-986

    • NAID

      130004657742

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] カーボンナノファイバー含有射出成形品の機械的特性2004

    • Author(s)
      安原鋭幸, 相原広志, 伊藤浩志, 斎藤卓志, 榎本和城, 大竹尚登
    • Journal Title

      成形加工シンポジア'04

      Pages: 365-366

    • Related Report
      2004 Annual Research Report

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Published: 2004-04-01   Modified: 2016-04-21  

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