| Project/Area Number |
23K04404
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26030:Composite materials and interfaces-related
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| Research Institution | Kindai University |
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Principal Investigator |
西籔 和明 近畿大学, 理工学部, 教授 (30208235)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田邉 大貴 神戸市立工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (70792216)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 異種材接合 / 接合界面 / 融着接合 / 超音波加熱 / マルチマテリアル / 健全性モニタリング |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は，金属とCFRP等の異種材接合のためのマイクロ／ナノスケール融着接合手法を提案し，接合時の異種材料間の諸現象を解明するとともに，接合部の健全性モニタリング技術を確立することを目的とする．具体的には，申請者の熱可塑性CFRPの融着接合層におけるマイクロ／ナノプロセス研究の成果を応用し，異種材料間の諸現象の解明の観点から分野横断型の学際的な学術研究を目指す．
本計画では，融着接合過程に共通する種々の条件，および融着接合層におけるマイクロ／ナノサイズの繊維や粒子の添加が融着接合プロセスでの異種材料間に及ぼす現象と挙動を探求し，マイクロ／ナノスケールでの健全性を評価する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，金属とCFRP，樹脂等の異種材接合のためのマイクロ/ナノスケール融着接合手法を提案し，接合時の異種材料間の諸現象を解明するとともに，接合部の健全性モニタリ ング技術を確立すること目的としている．本計画では，異種材料間の諸現象の解明と接合部の健全性モニタリングの観点から分野横断型の学際的な学術研究を目指している．具体的には，融着接合過程に共通する種々の条件，および融着接合層におけるマイクロ／ナノサイズの繊維や粒子の添加が融着接合プロセスでの“異種材料間に及ぼす現象と挙動”を探求する．また，融着接合部において電気抵抗変化によるマイクロ／ナノスケールでの健全性モニタリングを実施し，融着接合部のセルフセンシング技術を確立することを目指している．
本年度は，融着接合層の基材を創製するために，単層カーボンナノチューブ（SWCNT）とポリフェニレンサルファイド（PPS）樹脂または熱可塑性フェノキシ樹脂への複合化を試みた．SWCNTは強い凝集力を有しているため，任意の割合のSWCNTをN-メチルピロリドン（NMP）溶剤中で超音波加振して解繊処理を行った．その後，粉末状のPPS樹脂または熱可塑性フェノキシ樹脂と溶融混練を行ない，SWCNT添加熱可塑性樹脂複合材料を得た．得られた複合材をさらに加熱プレス成形することで，所望の厚さのシートを得た．シートの体積抵抗率を測定した結果，SWCNT添加1wt%程度がパーコレーション閾値であることがわかった．得られたSWCNT添加熱可塑性樹脂シートを超音波融着接合時のエネルギーダイレクタを用いて，CF/PPS積層板どうしの超音波融着接合と，CF/Epoxy積層板とアルミニウム合金板の異種材接合を実施した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は，CNT等のマイクロ／ナノ材料と各種樹脂の複合化によるマイクロ／ナノスケール融着層の創製と評価を目的とし，マイクロ／ナノスケール融着層を用いた異種材料接合の実施と現象解明を当初の実施目標として定めている．この達成目標に対して，本年度は単層カーボンナノチューブ（SWCNT）と各種熱可塑性樹脂を複合化させ，融着接合層の基材となるSWCNT/熱可塑性樹脂シートの創製を行い，健全性モニタリングに必要な体積抵抗率等の各種物性評価を行った結果，パーコレーション閾値の推定等の一定の成果が得られている．
さらに，SWCNT/熱可塑性樹脂シートを超音波融着接合時のエネルギーダイレクタとして用い，熱可塑性CFRPどうしや，CF/Epoxy積層板とアルミニウム合金板の異種材接合を実施し，SWCNTの添加が融着接合挙動に及ぼす影響を実験的に評価している．
以上のような研究成果により，おおむね順調に進展していると考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，本年度に得られたSWCNT/熱可塑性樹脂シートを用いて，同種材や異種材料の超音波融着接合や抵抗融着接合を実施し，融着接合現象や接合強度に及ぼす影響因子を実験的に解明していく予定である．
具体的には，「各種接合強度試験の実施と融着接合部の分析・評価」や「外力，変形および温度変化による融着接合層の電気抵抗変化の挙動解明」を行う．さらに，産業用途を見据えて，「異種材接合部の修復・解体の実施と現象解明」と「異種材接合部の再接合の実施と現象解明」を行い，研究成果について投稿論文や学会発表を通じて，公表していく予定である．
また，金属とCFRP等の異種材接合について，適切に融着接合ができないと判断した場合は，別途開発済みの高周波誘導加熱や近赤外線加熱，加熱プレスなどの他の加熱源を組み合わせて融着接合を行うことも予定している．この代替案により，研究計画に沿って遂行できることを確認している．
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