2016 Fiscal Year Research-status Report
天然繊維強化植物由来エンプラ系複合材料の界面接着性および分散性技術の構築
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16K06750
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| Research Institution | Kogakuin University |
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Principal Investigator |
西谷 要介 工学院大学, 工学部, 准教授 (30439260)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | バイオマス / 複合材料・物性 / 材料加工・処理 / 環境材料 / グリーンコンポジット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，強化繊維および樹脂材料ともに植物由来原料を用い，実際の機械材料として多用されているエンジニアリングプラスチック（エンプラ）に匹敵する機械的性質や耐熱性を有する高性能なエンプラ系複合材料を創製することを目指し，マトリックス樹脂として非可食植物であるトウゴマを原料とした植物由来ポリアミドを，また強化繊維として麻繊維などの天然繊維を用いた総植物由来原料による天然繊維強化エンプラ系複合材料の高性能化を目的に，繊維/樹脂間の界面接着性および樹脂中への繊維分散性について検討した結果，以下の知見を得た．
具体的には，１．天然繊維コーティング技術を中心に，複合材料の創製に密接に関連する２．天然繊維の分散性技術および３．天然繊維/樹脂間の界面制御技術についても同時に検討したものである．マレイン酸水溶液による表面処理が麻繊維強化エンプラ系複合材料の各種物性に及ぼす影響を中心に検討し，マレイン酸処理により強度や弾性率などの各種機械的性質，また固体粘弾性による耐熱性，さらには耐摩耗性などのトライボロジー的性質が向上することを明らかにした．これら各種物性向上と繊維分散性や繊維/樹脂間の界面接着性の関係を把握するために，それら界面のSEM観察，赤外分光を用いた化学分析，またX線CTを用いた複合材料中の繊維分散性評価，さらには溶融状態の動的粘弾性の測定などを実施し，繊維の分散性および繊維/樹脂間の界面制御技術を構築するための基礎データを取得した．なお，購入したオスミウムコータを用いた前処理により，繊維/樹脂界面の観察技術を向上させることができた．
また，試料製作（溶融混練）時に使用する二軸押出機の混練力を変更した複合材料や，バッチ式溶融混練法による複合材料も成形し，これらの得られた複合材料の物性を評価することで，成形の違いが繊維分散性や界面接着性に及ぼす影響なども明らかにした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
マトリックス樹脂として非可食植物であるトウゴマを原料とした植物由来ポリアミドを，また強化繊維として麻繊維などの天然繊維を用いた総植物由来原料による天然繊維強化エンプラ系複合材料の高性能化を図るために必要な１．天然繊維コーティング技術を中心に，複合材料の創製に密接に関連する２．天然繊維の分散性技術および３．天然繊維/樹脂間の界面制御技術の3点を同時に検討している．（１）天然繊維のコーティング技術としてマレイン酸処理を検討し，同処理により各種物性の高性能化が図れることを明らかにするだけでなく，その物性改善のメカニズムを解明するために，（２）天然繊維の分散性，（３）繊維/樹脂間の界面接着性，ならびに（４）溶融状態の動的粘弾性，などの各種評価方法で検討することにより，分散性や界面接着性の制御技術に必要な基礎データを取得することができた．また，溶融混練時における各種成形法の違いが繊維分散性や界面接着性に及ぼす影響に関する検討も着手しており，おおむね順調に計画通りに進んでいる．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度は，前年度の検討結果を踏まえ，１．天然繊維のコーティング技術の確立，２．天然繊維の分散制御技術．および３．天然繊維/樹脂間の界面制御技術，の３つの技術構築を継続して実施していく．特に，２．および３．を重点的に検討することで，早期に研究目的である高性能複合材料の創製を目指す．
具体的には，２．天然繊維の分散制御技術としては，１．天然繊維のコーティング技術として得られた成果であるマレイン酸処理による表面処理や，先行結果であるシランカップリング剤による表面処理技術を用い，試料製作（天然繊維と樹脂を溶融状態で混ぜ合わせる溶融混練）時に使用する二軸押出機の混練力を変化させることや，混練手順の変更（バッチ式溶融混練法）などの各種成形加工法の違いが及ぼす影響を重点的に検討していく．また，３．繊維/樹脂間の界面接着技術としては，前述した各種表面処理の処理方法や処理条件などの最適化も検討する．また，これら２．および３．の技術の汎用化を目指し，麻繊維もヘンプ麻だけでなく，サイザル麻，ジュート麻，およびラミー麻などの複数の各種天然繊維を用いて検討していく．
さらには，１．天然繊維のコーティング技術についても，新しいコーティング技術としてカップリング剤（マレイン酸変性樹脂）やエポキシ樹脂などのコーティングによる方法にも着手し，それら表面処理が複合材料の各種物性に及ぼす影響も明らかにしていく予定である．
なお，これらの成果を取り纏め，国内外の学協会での学会発表や査読付き論文などへの投稿など，積極的に外部に発信していく予定である．
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| Causes of Carryover |
人件費・謝金として予定していた論文作成に使用する予定であった英文校閲費を使用しなかったことや，その他の直接経費として予定していた論文投稿費などが予定よりも少額で済んだため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
来年度に計画している天然繊維の分散制御技術および天然繊維/樹脂間の界面制御技術の確立に使用する原材料費に使用していく．また，論文投稿数を予定より多くし，論文投稿費や英文校閲費などにも使用していく予定である．
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[Presentation] 多成分系複合材料の成形と物性2016
Author(s)
西谷要介
Organizer
日本接着学会 関東支部 月例講演会 第258回
Place of Presentation
工学院大学 新宿キャンパス（東京都新宿区）
Year and Date
2016-10-28 – 2016-10-28
Invited
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