2016 Fiscal Year Research-status Report
炭素繊維強化ポリマーアロイ創成のための繊維/樹脂界面の最適デザインに関する研究
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15K18219
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
小助川 博之 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (00709157)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 炭素繊維熱可塑性プラスチック / ポリマーアロイ / 界面せん断強度 / フラグメンテーション試験 / シランカップリング / 表面自由エネルギー / モルフォロジー / 酸素原子比率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、ポリプロピレン(PP)とポリアミド(PA)から構成されるポリマーアロイと炭素繊維の界面接着の機序を解明し、界面せん断強度を向上させる方法の構築を目的とする。初年度では、①PP/PAポリマーアロイの合成と炭素繊維との複合化、およびそのモルフォロジーの評価、②炭素繊維とポリマーアロイの界面せん断強度の測定の２点に注目し研究を進めた。本年度は以下に示す項目について研究を進めた。
① 炭素繊維表面の化学修飾と界面せん断強度(IFSS)の測定
初年度では炭素繊維表面に付着しているサイジング剤の影響を調べたが、本年度ではこれを化学的に除去(デサイジング)し、このデサイジングした炭素繊維と、そこからさらに酸化させた繊維と還元した繊維を作製し、繊維表面の酸素の原子比率がポリマーアロイとのIFSSに及ぼす影響を調べた。繊維表面に分布する酸素原子比率によって、IFSSが最大となるポリアミドの分量比が異なる傾向を示すことが判明した。これは繊維/樹脂界面において形成される水素結合と分子間力のバランスによって決定されるものと考察する。
② マイクロドロップレット試験とフラグメンテーション試験の比較
フラグメンテーション試験で得られた結果の再現性を確認するために、マイクロドロップレット試験を実施した。マイクロドロップレット試験の結果は、フラグメンテーション試験のものよりも偏差が大きいことが分かったが、繊維表面の酸素原子比率の違いによるIFSSの値とポリアミド分量比の関係が一致することを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の予定よりも、繊維/樹脂界面におけるポリマーアロイのモルフォロジー評価の手法の確立に時間がかかっている。炭素単繊維を埋め込んだ複合材料の断面におけるポリアミドの分布を、エネルギー分散型X線分光法(EDX)で評価するプロトコルを組み立てており、次年度の早い段階で検証を行う。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は以下の２つの事項について研究を推進し、本研究課題を完遂する。
① 繊維/樹脂界面におけるポリマーアロイのモルフォロジー評価
繊維/樹脂界面における接着機序と界面せん断強度を決定する理論を確立するためには、繊維/樹脂界面におけるポリマーアロイのモルフォロジー、すなわち親水性であるポリアミド領域と疎水性であるポリプロピレン領域の分布を詳しく調べる必要がある。エネルギー分散型X線分光法を利用し、直接的にポリアミドの分布を捉える手法で評価を試みる。
② シランカップリングによる繊維表面の最適修飾と界面せん断強度の評価
今年度までに得られた繊維/樹脂界面における界面接着の機序の知見から、界面せん断強度(IFSS)を最大にするための繊維表面の化学修飾を試みる。炭素繊維とポリマーアロイの界面は、水素結合と分子間力のバランスで決定されることが分かっており、繊維表面における酸素原子比率によっては、最適となるポリアミドの分量比が変化することが推測される。そこで、繊維表面に、目標となるポリマーアロイの組成比に応じた最適な界面接着構造をとるようシランカップリングによる修飾を施し、界面せん断強度の評価を行う。これにより得られる結果を統合することで、ポリマーアロイを母材とするときの、最適な繊維表面修飾法を確立し、炭素繊維強化ポリマーアロイ創成のための最適な界面デザインを提案する。
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| Causes of Carryover |
フラグメンテーション試験装置の作製のために予算を計上していたが、既存の試験装置などを組み合わせることで同様の結果を得られるよう工夫をしたため、製作費に余裕が生じたことが理由である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
より最適な界面デザインを探求するため、今年度生じた予算残額を利用して当初の予定よりも多くの種類のシランカップリング修飾を試みる。また、成果の一部をポリマーの国際会議で発表するため、会議参加費として使用することを計画している。
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Research Products
(4 results)
