連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料のIn-situ界面評価手法の確立

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K06744
• Research Institution: Gifu University
• Principal Investigator: 仲井 朝美 岐阜大学, 工学部, 教授 (10324724)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 複合材料 / 界面 / 界面評価手法 / In-situ界面 / 連続繊維 / 熱可塑性樹脂

Outline of Annual Research Achievements

連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料は、連続繊維を強化繊維に用いるため高い力学的特性が期待でき、熱可塑性樹脂を用いることで高サイクル成形、リサイクル性、二次加工性等の利点を得ることができる。一方で、成形条件が界面特性に影響を及ぼし、成形品の力学的特性に影響を与えるということが明らかになってきており、単繊維を取り出して行う従来の界面評価方法では、成形条件の影響を受けて形成された成形品内の界面相(In-situ界面と称する)の評価は困難である。
本研究の目的は、連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料におけるIn-situ界面評価手法を確立し、In-situ界面の形成メカニズムを明らかにすることである。最終的に、実験および解析的アプローチにより、最適界面設計に関する指針を構築する。
平成29年度は、In-situ界面評価手法に関して、機械的側面に加え化学的側面（結晶状態等）からも評価する手法を構築した。具体的には、ナノインデンテーションを用いた界面相の弾性率分布、および、ナノサーマル顕微鏡を用いた界面相の熱物性分布を評価する手法を構築した。成形条件が異なる炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合材料に対して評価手法と適用し、成形条件がIn-situ界面特性に及ぼす影響を評価可能であることを確認した。今後は、様々な材料の組合せ、および、成形条件の組合せの異なる材料系に対して評価結果を蓄積し、最適界面設計指針の構築をおこなう。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初計画では、In-situ界面の形成メカニズムの解明に第一原理計算を用いることを想定していた。しかし、現実の現象（不純物を含む炭素繊維、炭素繊維に施された表面処理、成形条件によって異なる界面相の構造）を表現することは不可能であるが判明した。そこで、実験的なアプローチに変更をしたため、In-situ界面の形成メカニズムの解明がやや遅れている。

Strategy for Future Research Activity

上述のように、解析的アプローチから実験的アプローチに変更をおこなったが、当初予定していたIn-situ界面の形成メカニズムの解明は実現可能であるため、大幅な計画変更はなく、平成30年度は予定通り界面の最適設計を実施する。

Causes of Carryover

当初計画では、In-situ界面の形成メカニズムの解明に第一原理計算を用いることを想定していた。しかし、現実の現象（不純物を含む炭素繊維、炭素繊維に施された表面処理、成形条件によって異なる界面相の構造）を表現することは不可能であるが判明した。そこで、実験的なアプローチに変更をしたため、In-situ界面の形成メカニズムの解明がやや遅れている。
遅れた研究内容については、平成３０年度前半に実施することとし、その費用に充てる。