2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of self-healing carbon fiber reinforced polymers using silica microcapsules
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15K05683
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| Research Institution | Toyama Prefectural University |
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Principal Investigator |
真田 和昭 富山県立大学, 工学部, 教授 (20363872)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤原 正浩 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 上級主任研究員 (90357921)
北條 正弘 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, その他部局等, 研究開発員 (60371100)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 複合材料 / マイクロカプセル / 開繊炭素繊維 / ナノ材料 / 層間せん断強度 / 衝撃後圧縮強度 / 代表体積要素モデル / 自己修復 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、シリカ膜マイクロカプセルと開繊炭素繊維ストランドを組み合わせた、自己修復性を有する炭素繊維強化ポリマー(CFRP)積層材料の開発を目指した研究を行うものである。本年度に得られた結果および研究期間全体を通じて得られた結果を要約すると以下の通りである。
（１）シリカ膜マイクロカプセルの合成試作を行い、平均粒径3～5μm程度と平均粒径15～35μm程度のシリカ膜マイクロカプセルを得ることができた。また、シリカ中空粒子を用いたシリカ膜マイクロカプセルの試作を行い、シラン系カップリング剤を用いたコーティング処理で修復剤の放出速度を遅くすることができた。今後金属コーティング処理を実施する予定である。（２）シリカ中空粒子用いた自己修復CFRP積層材料の見掛けの層間せん断強度に及ぼす粒径と粒子質量分率の影響を検討し、粒子質量分率の増大に伴い見掛けの層間せん断強度は低下するが、ポリマー膜マイクロカプセルの場合に比べて低下の程度が小さくなることを明らかにした。また、シリカ中空粒子の積層材料の破壊挙動は、ポリマー膜マイクロカプセルの場合に比べて、脆性的となった。（３）ポリマー膜マイクロカプセルを用いた自己修復CFRP積層材料の見掛けの層間せん断強度と修復率に及ぼすナノ材料添加の影響を検討した。マトリックス中にナノ材料を分散した場合、見掛けの層間せん断強度は変化しないが、修復率が増大した。（４）ポリマー膜マイクロカプセルを用いた自己修復CFRP積層材料の衝撃後圧縮試試験を行い、修復後の圧縮強度の回復を確認できた。（５）自己修復CFRP積層材料の代表体積要素モデルを用いて弾性特性に関する有限要素解析を行い、層間にマイクロカプセルが凝集すると弾性特性が低下することを明らかにした。
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