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Clarification of Origin of Adhesive Property of Carbon Fiber and Thermoplastic by Interfacial Rheology

Research Project

Project/Area Number 18K14001
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 26030:Composite materials and interfaces-related
Research InstitutionUniversity of Fukui

Principal Investigator

Uematsu Hideyuki  福井大学, 繊維・マテリアル研究センター, 准教授 (80536201)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2019: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywords強化繊維 / 熱可塑性高分子 / 界面接着性 / 破壊様相 / 相互作用 / 高分子構造 / 炭素繊維 / ガラス繊維 / 結晶構造 / 接着性 / 分光分析 / 高分子結晶構造 / 熱可塑性樹脂 / 配向 / 結晶
Outline of Final Research Achievements

Microscopic Raman spectroscopy, which has a spatial resolution of 1 μm, was applied to investigate the crystalline structure of thermoplastic polymers in the vicinity of a reinforcing fibers in composites with high-strength fibers such as carbon and glass fibers and thermoplastic polymers. It was clarified that the crystalline structure of the thermoplastic polymer in the vicinity of the reinforcing fibers and the interaction between the reinforcing fibers and the thermoplastic polymer affect the interfacial adhesion between the reinforcing fibers and the thermoplastic polymer. It was also shown that the surface roughness of the carbon fiber contributes to the crystal formation of the polymer. In summary, a new concept for understanding interfacial adhesion was presented.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

炭素繊維やガラス繊維などの高強度繊維と熱可塑性高分子の界面接着性が繊維と高分子の組み合わせ、繊維表面の粗さに起因することが新たに示されたため、リサイクル性に優れた複合材料の新たな設計指針が示された。新たな設計指針は、リサイクル可能でかつ軽量化が求められている、自動車、風力発電の羽、航空機などの産業に貢献できる。ナノメートルサイズの表面粗さが高分子の構造に影響する知見は、新たなナノテクノロジー革新に寄与できる可能性を秘めている。

Report

(4 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (27 results)

All 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 1 results) Presentation (22 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Interfacial shear strength and interaction between polycarbonate and reinforcement fibers2021

    • Author(s)
      H. Uematsu, R. Naganawa, N. Higashitani, A. Yamaguchi, M. Yamane, Y. Ozaki and S. Tanoue
    • Journal Title

      Polymer,

      Volume: 213 Pages: 123301-123301

    • DOI

      10.1016/j.polymer.2020.123301

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      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effect of layer thickness of prepreg on static and dynamic flexural properties of continuous carbon fiber reinforced polyamide 62021

    • Author(s)
      山根 正睦, 中久保 翔太, 小泉 洸太郎, 植松 英之, 田上 秀一
    • Journal Title

      Transactions of the JSME (in Japanese)

      Volume: 87 Issue: 895 Pages: 20-00438-20-00438

    • DOI

      10.1299/transjsme.20-00438

    • NAID

      130008003251

    • ISSN
      2187-9761
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Relationship between crystalline structure of polyamide 6 within carbon fibers and their mechanical properties studied using Micro-Raman spectroscopy2021

    • Author(s)
      Uematsu Hideyuki、Kawasaki Takahiro、Koizumi Koutarou、Yamaguchi Ayaka、Sugihara Shinji、Yamane Masachika、Kawabe Kazumasa、Ozaki Yukihiro、Tanoue Shuichi
    • Journal Title

      Polymer

      Volume: 223 Pages: 123711-123711

    • DOI

      10.1016/j.polymer.2021.123711

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Investigation of interfacial adhesion of telechelic polypropylenes for carbon fiber-reinforced plastics2020

    • Author(s)
      A. Yamaguchi, T. Hashimoto, H. Uematsu, M. Urushisaki, T. Sakaguchi, A. Takamura and D. Sasaki
    • Journal Title

      Polym. J.

      Volume: 52 Issue: 4 Pages: 413-419

    • DOI

      10.1038/s41428-019-0295-z

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  • [Journal Article] Mechanical behavior of unidirectional carbon fiber-reinforced polyamide 6 composites under transverse tension and the structure of polyamide 6 among carbon fibers2020

    • Author(s)
      H. Uematsu, D. Kurita, S. Nakakubo, A. Yamaguchi, M. Yamane, K. Kawabe and S. Tanoue
    • Journal Title

      Polym. J

      Volume: 59 Issue: 10 Pages: 1195-1201

    • DOI

      10.1038/s41428-020-0371-4

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      吉田 洸,山口 綾香,植松 英之,山根 正睦,田上 秀一
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      小泉 洸太郎, 山口 綾香, 植松 英之, 山根 正睦, 田上 秀一
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      江口 太一,山口 綾香,植松 英之,山根 正睦,田上 秀一,安田 浩,郡 洋平,須藤 健
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      小畑 寛起, 植松 英之, 田上 秀一
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      植松 英之, 山口 綾香, 山根 正睦, 田上 秀一
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      長野 篤志, 植松 英之, 田上 秀一, 山田 紗矢香
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      山本 啓太, 鳥居 丈路, 植松 英之, 田上 秀一
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      日本繊維機械学会北陸支部 繊維学会北陸支部 2020年度研究発表会
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  • [Presentation] ポリカーボネートと強化繊維との界面せん断強度と強化繊維界面でのポリカーボネートの構造形成2020

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      東谷 直紀, 永縄 里紗, 山口 綾香, 植松 英之, 田上 秀一
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      日本繊維機械学会北陸支部 繊維学会北陸支部 2020年度研究発表会
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      小林 賢弥, 山口 綾香, 植松 英之, 山根 正睦, 田上 秀一
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      日本繊維機械学会北陸支部 繊維学会北陸支部 2020年度研究発表会
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  • [Presentation] 熱硬化性CFRP の耐衝撃性におけるPA12 不織布を有する樹脂層の効果2020

    • Author(s)
      伊藤 淳志, 植松 英之, 田上 秀一, 川邊 和正, 近藤 慶一, 伊與 寛史
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      日本繊維機械学会北陸支部 繊維学会北陸支部 2020年度研究発表会
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  • [Presentation] 燃焼リサイクル炭素繊維を用いた熱可塑性CFRPの創成2019

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      植松 英之, 山根 正睦, 田上 秀一, 柳生 智章, 近藤 幸江
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      日本繊維機械学会第72回年次大会
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  • [Presentation] 炭素繊維の表面形状がポリアミド6炭素繊維複合材料の力学特性に及ぼす影響2019

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      植松 英之, 栗田 大輔, 中久保 翔太, 小林 賢弥, 山口 綾香, 山根 正睦, 田上 秀一
    • Organizer
      プラスチック成形加工学会第30回年次大会
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  • [Presentation] ポリカーボネートと炭素繊維の界面せん断強度に関する研究2019

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      永縄 里紗, 植松 英之, 田上 秀一
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      日本繊維機械学会北陸支部繊維学会北陸支部研究発表会
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  • [Presentation] 炭素繊維の界面における熱可塑性樹脂の構造と界面せん断強度の関係2019

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      川崎 孝啓, 吉田 洸, 山口 綾香, 植松 英之, 山根 正睦, 田上 秀一
    • Organizer
      日本繊維機械学会北陸支部繊維学会北陸支部研究発表会
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  • [Presentation] 一方向炭素繊維強化ポリアミド6の繊維軸直行方向における力学特性2019

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      中久保翔太, 小泉 洸太郎,山根 正睦, 植松 英之, 田上 秀一
    • Organizer
      日本機械学会第27回機械材料・材料加工技術講演会
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  • [Presentation] Mechanical Properties of Carbon Fiber Reinforced Polyamide 6 and the Structure of the Polyamide 6 Matrix between the Carbon Fibers2019

    • Author(s)
      Hideyuki Uematsu, Shota Nakakubo, Kotaro Koizumi, Ayaka Yamaguchi, Masachika Yamane and Shuichi Tanoue
    • Organizer
      The Second International Conference of Polymeric and Organic Materials in Yamagata University (IPOMY)
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 熱可塑性樹脂と炭素繊維の接着性に関する研究2019

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      植松英之
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      第57回高分子材料自由討論会
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    • Invited
  • [Presentation] 炭素繊維の表面形状がポリアミド6/炭素繊維複合材料の力学特性に及ぼす影響2019

    • Author(s)
      植松英之, 栗田大輔, 中久保翔太, 小林賢弥, 山口綾香, 山根正睦, 田上秀一
    • Organizer
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      植松英之
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  • [Presentation] 炭素繊維束へのポリプロピレンの含浸性と界面接着性の関係2018

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      田中 瑞希, 植松 英之, 山根 正睦, 田上 秀一
    • Organizer
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  • [Presentation] 開繊された炭素繊維プリプレグの層厚さが熱可塑性CFRPの力学特性に及ぼす影響2018

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      植松 英之, 山根 正睦, 田上 秀一
    • Organizer
      平成30年度繊維学会年次大会
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  • [Presentation] 強化繊維と高分子の界面接着性に関する研究動向2018

    • Author(s)
      植松英之
    • Organizer
      高分子材料自由討論会
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Published: 2018-04-23   Modified: 2022-01-27  

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