2016 Fiscal Year Research-status Report
セルロースナノファイバーを用いた複合材料成形のための流動誘起構造の計測と解析
| Project/Area Number |
15K06467
|
|---|
| Research Institution | Ehime University |
|---|
Principal Investigator |
保田 和則 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (80239756)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | セルロースナノファイバー / 繊維配向 / 流動解析 / 複屈折測定 / 流動誘起配向 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
セルロースナノファイバー（CNF）を重量分率1%または1.5%で水に分散させた流体（CNF分散流体）を対象とし，その流体がせん断変形を受けるときのファイバーの配向状態を，複屈折測定装置を用いて計測した。この計測は，CNF分散流体の基本的なレオロジー特性を知るために行った。
従来，高分子流体を用いて高分子の配向状態を光学的に調べる研究は多数あるが，その場合，高分子の絡みあいが作る流体の内部構造が流動によって生じる複屈折の異方性によって配向状態が調べられてきた。しかしガラスファイバー分散流体のようなファイバー分散系では，ファイバー自体のスケールが高分子と比べてはるかに大きいため複屈折によって配向状態を調べることはできない。またカーボンナノチューブのような微小なファイバーであっても黒色であることから分散流体が不透明となり，分散流体中におけるファイバーの配向を調べることは困難である。しかしCNF分散流体ではCNFが高濃度であっても流体がほぼ無色透明であり，このことをうまく利用することで，本研究のようにファイバー分散流体においてファイバーの配向状態を光学的手法により測定可能としている。
実験装置として平行平板型のレオメーターを用いた。試料流体にせん断を加え，ファイバーの配向状態を複屈折測定装置でリアルタイムに計測した。その結果，初期のランダム状態からスタートしてせん断を加え続けると，ファイバーの配向状態はある時間内に定常状態に達し，ファイバーの重量分率や流体の温度，せん断速度，レオメーターの平行平板間距離によってその配向状態が異なることがわかった。たとえば，温度が低いほど多くのファイバーがせん断方向に配向した。CNFの大きさは微小であるため，高温では分散媒である水あるいは自身の熱運動の影響を強く受けることから，高温でのファイバーの配向がせん断方向にあまり向かなかったためだと考えられる。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本来，前年度に本実験を実施する計画であったが，流路内における配向状態が意外にうまく測定できたために，そちらを先行して実施し，国際会議で先行発表していた。本年度で，計画通りのスケジュールに戻った。
今年度の成果は，単純な流れ場におけるCNF分散流体の配向状態を測定し，各種パラメーター（重量分率・流体の温度・せん断速度・レオメーターの平行平板間距離など）によるファイバーの配向状態の違いを明らかにすることができ，本研究は順調に進んでいるといえる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
CNF分散流体の研究は多方面から行われており，その情報によれば，分散流体内でファイバーが凝集して微小な凝集体を形成しているのではないかという報告がある。しかし，実際には，試料流体は無色透明でその凝集状態を可視化できない。そこで，本研究で用いている複屈折測定装置を用いてその凝集の程度を評価できないかと考えた。今後は，この点についても挑戦することにする。また，計画通り，微小な流路内におけるファイバーの配向状態について測定し，配向状態のスケール依存性について検討を始める。
|
| Causes of Carryover |
次年度に1,716円を繰り越すが，金額としては小額であり，無理に0とする必要もないため。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
繰越金を含めて，計画通りである。
|
