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Improving Wear Resistance of Fiber Reinforced Composites at High Temperature by Adding Nanocarbons

Research Project

Project/Area Number 20K04241
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 18040:Machine elements and tribology-related
Research InstitutionUniversity of Hyogo

Principal Investigator

Matsumoto Naohiro  兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (80843987)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords炭素ナノ粒子 / 複合材料 / CFRP / 耐摩耗特性 / トライボロジー / 高温摩擦特性 / 摩擦特性 / 耐摩耗性 / グラファイト粒子 / ナノ粒子
Outline of Research at the Start

カーボンファイバー等、繊維で強化された樹脂(繊維強化複合材料)は、軽量・高強度なため構造材だけでなくエンジン周辺の機械摺動部材にも適用できれば、重量削減に加え振動・エネルギー損失に対して効果が高い。しかし、母材樹脂の耐熱性に乏しく、エンジン周辺の高温環境下で耐摩耗性が著しく低く、高温の摺動部材に用いられていない。適用のためには、耐熱性と摺動特性を付与でき、分散性に優れた材料の樹脂添加が最適と思われるが、見出されてこなかった。本研究ではナノ球状グラファイト粒子をエポキシ樹脂に均一に分散し、その樹脂で繊維強化複合材料を合成することで高温環境下での摩擦・摩耗特性の飛躍的な向上を目指す。

Outline of Final Research Achievements

The addition of nanocarbons to base resin improved high-temperature wear resistance of resin. The degradation of wear resistance at high temperature decreased less than 1/10. Although the mechanism of the improvement of wear resistance was not yet clear, it was expected that the nanoparticles reduced the frictional heat generation by providing lubrication and suppressed the temperature rise at the friction interface by improving thermal conductivity of the resin.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

高い伝熱性と摺動性を有するナノ粒子の樹脂への分散によって,蓄熱が生じやすい摩擦摺動下において熱伝導性と摺動性の向上による摩擦メカニズムが明らかになった.一方,高温環境下での耐摩耗性を大きく向上できる繊維強化複合材料に高温耐摩耗性を付与できれば,摺動部材にも適応範囲が広がり,機械部材の軽量化に貢献できる.

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (24 results)

All 2022 2021 2020

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 4 results) Presentation (15 results) (of which Invited: 1 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Low Friction of Graphene Oxide Aggregates in Lubricant Oil between a Steel Ball and Glass Disk under Boundary Lubrication2022

    • Author(s)
      Kinoshita Hiroshi、Okamoto Tatsuya、Hirai Yutaro、Sugano Koichi、Naohiro Matsumoto
    • Journal Title

      ACS Omega

      Volume: 7 Issue: 45 Pages: 40983-40989

    • DOI

      10.1021/acsomega.2c04181

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  • [Journal Article] Viscosity measurements of pseudoplastic cellulose nanofiber and polyethylene glycol water dispersions using optical tweezers.2021

    • Author(s)
      Daiki SUZUKI, Yuuki HOSOI, Naohiro Matsumoto, Kota NANRI, Toshiyuki SAITO and Hiroshi KINOSHITA
    • Journal Title

      Material Technology

      Volume: 39 Pages: 8-13

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  • [Journal Article] Application of Wood-Utilized Synthesized Copper-Based Particle for the Improvement of Wear Resistance of Epoxy Resin2020

    • Author(s)
      Matsumoto Naohiro、Maeda Mikihiro、Nakatani Yuya、Omiya Yuya、Kinoshita Hiroshi
    • Journal Title

      Tribology Online

      Volume: 15 Issue: 5 Pages: 388-395

    • DOI

      10.2474/trol.15.388

    • NAID

      130007964590

    • ISSN
      1881-218X, 1881-2198
    • Year and Date
      2020-12-31
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  • [Journal Article] Entry behavior into Friction Interface and Forming Unstable Lubricating Accumulation of Graphene Oxide between SUJ2 Ball and Glass Disk under Boundary Lubrication2020

    • Author(s)
      Kinoshita Hiroshi、Shibata Masanori、Matsumoto Naohiro
    • Journal Title

      Tribology Online

      Volume: 15 Issue: 3 Pages: 150-153

    • DOI

      10.2474/trol.15.150

    • NAID

      130007866766

    • ISSN
      1881-218X, 1881-2198
    • Year and Date
      2020-06-30
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      Matsumoto Naohiro、Kinoshita Hiroshi、Choi Junho、Kato Takahisa
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 10 Issue: 1 Pages: 10037-10037

    • DOI

      10.1038/s41598-020-67323-9

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      Matsumoto Naohiro、Kinoshita Hiroshi、Ohmae Nobuo
    • Journal Title

      Diamond and Related Materials

      Volume: 109 Pages: 108048-108048

    • DOI

      10.1016/j.diamond.2020.108048

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      Matsumoto Naohiro、Kinoshita Hiroshi、Shimanaka Yoshihito、Ohmae Nobuo
    • Journal Title

      Chemical Physics Letters

      Volume: 751 Pages: 137530-137530

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2020.137530

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      KINOSHITA Hiroshi、INADA Yoichi、MATSUMOTO Naohiro
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      Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing

      Volume: 14 Issue: 3 Pages: JAMDSM0039-JAMDSM0039

    • DOI

      10.1299/jamdsm.2020jamdsm0039

    • NAID

      130007823097

    • ISSN
      1881-3054
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  • [Book] 水中・液中における測定・評価と応用技術2020

    • Author(s)
      木之下博,松本直浩
    • Total Pages
      168
    • Publisher
      S&T出版
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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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