2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Innovative Ultra-Light Weighted and High Strength Composite using Densified Untwisted CNT
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15H03895
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
川田 宏之 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (20177702)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
荒尾 与史彦 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (40449335)
細井 厚志 早稲田大学, 理工学術院, 助手 (60424800)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | カーボンナノチューブ / ポリマー複合 / ポリアクリロニトリル / 黒鉛化処理 / CNT単体強度評価 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では世界最高強度を有するカーボンナノチューブ（CNT）無撚糸の創製を目標としている．CNT無撚糸を強化材としてポリマーと複合化することで軽量高強度複合材料を成形し機械的特性を評価した．CVD法でシリコン基板上に垂直成長したCNTフォレストから微細径のダイスを通して多数本の多層CNTを直径30～50ミクロン程度に束ねた連続強化繊維を作製した．
本年度はCNT単体の機械的特性を評価し，糸のマクロな機械的特性への影響を明らかにした．また，CNT糸の高純度化と高強度化を両立する手法として糸をポリアクリロニトリル（PAN）と複合化し黒鉛化処理を行った．
CNT糸からCNT単体を取得しSEM中でその場観察引張試験を行った．CNT単体の強度は約9 GPaであり，乾式紡績に用いられるCNT単体の強度は理論強度と比較して大幅に低いことが明らかとなった．また，CNT単体強度はCNT糸のマクロな強度におよそ20%程度しか寄与しておらず，CNT間の分子間力および単体強度のいずれも高強度CNT糸を創製する上で不十分であり，これらを増大させることで無撚CNT糸の更なる高強度化が可能であることを示した．
昨年度までの研究結果より，CNT糸の高純度化とポリマー複合による高強度化の両立は困難であることが明らかになった．そこで，黒鉛化CNT糸において荷重伝達を担いうるポリマーとしてPANを選定し複合化を行った．無撚CNT糸をPAN溶液に含浸させた後に，PAN系炭素繊維の作製工程と同様に耐炎化，炭素化，黒鉛化の三つの熱処理工程を経てCNT/PAN複合糸を作製した．複合化の結果，CNT糸の強度は0.33 GPaから1.62 GPa，ヤング率は25 GPaから189 GPaへ増加した．CNT束間に含浸したPANはπ-π相互作用によってCNT束間の荷重伝達を担い，糸の機械的特性を高めることが明らかとなった．
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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