2017 Fiscal Year Research-status Report
次世代CFRTP母材への耐熱性ポリマーアロイの適合性評価に関する学術的研究
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16K18245
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
入澤 寿平 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (30737333)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 複合高分子 / 耐熱性ポリマーアロイ / CFRTP / リサイクル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，航空機エンジン部材等で利用可能な耐熱性に優れた次世代CFRTP開発を実施している．その手段として，極めて高い耐熱性樹脂であるポリンベンズイミダゾール（PBI）（熱可塑性無し）を耐熱性熱可塑性樹脂であるポリエーテルイミド（PEI）等とポリマーアロイ化し，CFRTP母材として適用することを検討している．
平成２８年度は，次世代CFRTPの比較となる既存（ポリアミド６母材）CFRTPや，航空機用途CFRTPの母材として一部検討が進められるPEIを母材としたCFRTPの耐熱評価を進め，既存CFRTPでは最高でも150℃程度までの耐熱性しか確保できないことを明らかとし，本研究で目的とする用途には性能不足であることが示されていた．一方で，PBIとPEIのアロイの調整にも着手し，PEI単体と比較して最大でガラス転移温度を60℃上昇させることに成功していた．
平成２9年度は，さらにこのアロイを実際にCFRTP母材として適用することに着手し,アロイ母材CFRTPの試作を完了した．また，このCFRTPの耐熱性評価を実施したところ，PEI単体を母材とするCFRTPと比較して，軟化温度が最大で50℃上昇することを明らかとした．また，今年度は，本研究テーマから派生して，本研究対象のCFRTPのリサイクル技術開発にも着手した．CFRPの普及が予想される中で，廃棄量も膨大となることが予想され，CFRPのリサイクルが課題となっている．そうした中で，新しいCFRTPの開発を進める上で，たとえ次世代CFRTPであっても同時にリサイクル技術開発を進めることは必須と言える．そこで，開発を進めるCFRTPのリサイクル技術として，加熱再成形するリサイクル手法と，CFRTP中から母材樹脂を熱分解もしくは薬剤によって化学分解させて炭素繊維のみ回収するリサイクル手法について検討を開始した．
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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
初年度にアロイフィルムを試作し，組織形成機構追跡や組織観察を通じて組織と熱物性・力学物性との相関を検討することが計画されていた中で，２種の高分子の相溶メカニズムを完全に明らかとするまでには至らずに完全に計画通り進んでいなかった中で，今年度は２種の高分子の相溶性に関してある程度明らかにすることができ，初年度の遅れは克服された．
平成２９年度の初期計画では，開発CFRTPのパフォーマンスを最大限発揮するために必要となる，炭素繊維束への樹脂含浸性と炭素繊維とアロイ樹脂の界面接着力評価を進める予定であった．これら評価が順調に進められたほか，さらに平成３０年度の計画として予定されていた実際のCFRTPの試作に関しても予定より早く平成２９年度に完了し，作成したCFRTPの物性評価にも着手することができた．以上のことから，本研究は当初の計画以上に順調に進行していると言える．得られた成果に関しては，初年度に引き続き国際・国内会議にて随時発表したほか，誌上報告も行なった．
一方で，開発を進める次世代CFRTPの成形条件に関して，アロイ化によって樹脂の熱可塑性に若干の低下が認められ，最適条件に決定には至らなかった．平成３０年度は引き続き，CFRTPの物性評価を進めながら成形条件の最適化を図り，本研究課題終了後に実用（応用）研究へのスムーズな移行ができる段階へ，研究を発展させる予定である．また，検討を進めたCFRTPのリサイクルに関しても平成２９年度は着手したのみである．平成３０年度にさらに検討を進め，リサイクル条件の最適化の検討を進める．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成３０年度は，過去2年間で得られた成果を取りまとめ，率先して国際・国内会議や誌上での報告を行なっていくとともに，「耐熱性ポリマーアロイのCFRTP」の成形条件の最適化に注力し，成形条件と実際成形されたCFRTPの物性評価の相関について明らかにする．
２９年度の成果として，アロイ樹脂はPBIとの混合によって熱可塑性の若干の低下が認められ，溶融法のみではCFRTPを成形することができないことが明らかとなっている．そこで，CFRTPの試作法として炭素繊維束への含浸性確保の観点から，アロイを溶剤に溶解させた溶液を炭素繊維束へ含浸・乾燥（湿式含浸）させてプリプレグ（中間成形体）をあらかじめ作成させたのちに，それを積層させてホットプレスによってCFRTPを成形する手法を採用している．一方で，現在のところ，プリプレグ層間の十分な接着が得られておらず，CFRTPの力学物性が最大限発揮された状態では得られていない（複合則の６０％程度）ものの，耐熱性に関してはPEI単体を母材としたCFRTPと比較して最大で50℃上昇させることに成功している．成形時間・温度の最適化によって，今後力学物性の改善を計ると同時に，耐熱性とのバランスを図りながらアロイ樹脂の配合についても検討を進める予定である．
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