Reduction of room temperature resistivity by morphology control of conductive composites for permanent fuse
Project/Area Number |
21K04666
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 26030:Composite materials and interfaces-related
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Research Institution | Osaka Metropolitan University (2022) Osaka City University (2021) |
Principal Investigator |
堀邊 英夫 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (00372243)
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Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2022: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
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Keywords | 導電性複合材料 / 海島構造 / 共連続構造 / 相構造 / HDPE/PVDF/カーボンブラック(CB) / 抵抗率 / 親和性 / モルフォロジー / ポリマーアロイ / ミクロ相分離 / 常温抵抗率 / モルフォロジー制御 / PTC特性 / 永久ヒューズ |
Outline of Research at the Start |
ポリマーに導電フィラーを分散した導電性複合材料において、常温時の電気抵抗を低減させ、温度に対し急激に電気抵抗を増大させることで、繰り返し使用可能な永久ヒューズに用いる材料を開発する。 研究代表者らはポリマーの高次構造やポリマー中の導電フィラーの分散・凝集構造の制御により、常温抵抗率の低減に取組んですでに0.06 Ωcmを達成している。 今回、ミクロ相分離させた非相溶系の結晶性/結晶性ポリマーアロイのモルフォロジー制御により共連続構造を形成し、導電フィラーを局在化させることで、常温抵抗率として0.02 Ωcmに低減する。
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Outline of Annual Research Achievements |
ポリマーに導電性粒子(フィラー)を充填すると、絶縁体であるポリマーに導電性を持たせることができる。これを導電性複合材料という。マトリックスに非相溶のポリマーから成るポリマーブレンドを用いると、フィラーは一方のポリマーに優先的に局在し、ポリマーの相構造によりフィラーの局在領域が変化するため、電気特性の制御が期待できる。相構造はポリマーのブレンド比や種類に左右され、主に海島構造か共連続構造のモルフォロジーを形成する。共連続構造をとるとき、フィラーの局在可能範囲は海島構造の海部分よりも狭く、島部分に局在した時のように断裂しないため、より効率的に導電パスを形成することができる。さらに、フィラーと親和性が低い方のポリマーにフィラーを先に充填し、後に親和性の高い方のポリマーを充填すると、フィラーは親和性の高い方のポリマーに移動し、その過程でフィラーがポリマー界面に局在するとき、最も効率よく導電パスが形成されると考えて、それを実現できるかについて検討を行った。具体的には、ポリマーの種類や試料作製手順と 電気特性との相関について、フィラーの移動に着目して実験を行った。 具体的なポリマーとしては、高密度ポリエチレン(HDPE)/ポリフッ化ビニリデン(PVDF)/カーボンブラック(CB)を用いた。CBはHDPEと親和性が高いことをあらかじめ”溶解実験”により確認した。PVDFとCBを先に溶融混練する「PVDF先混練」では、CBはPVDFからHDPEに混練時間とともに移動していくことがわかった。また、移動途中のフィラーがポリマー相界面に存在する時、最も低い抵抗率をとることを確認した。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
高密度ポリエチレン(HDPE)/ポリフッ化ビニリデン(PVDF)/カーボンブラック(CB)を用いた系において、当初の仮説(予想)を証明する材料を偶然も含め発見できた。具体的には、CBはHDPEと親和性が高いことをあらかじめ”溶解実験”により確認しており、PVDFとCBを先に溶融混練する「PVDF先混練」において、CBはPVDFからHDPEに混練時間とともに移動していくことが判明した。また、移動途中のフィラーがポリマー相界面に存在する時、本導電性複合材料において最も低い抵抗率をとることを確認した。
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Strategy for Future Research Activity |
フィラーの種類によっては、溶融混練時間を長くしても親和性の高いポリマーに移動しない系もあった。その理由について、ポリマーの種類、フィラーの種類やフィラーサイズをパラメータに検討する。具体的には、ポリマーブレンドの種類やフィラーをCBから金属に変更する場合、CBフィラーのサイズを大きく変えたものについて、今後実験を行う予定である。
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Report
(2 results)
Research Products
(8 results)