2022 Fiscal Year Annual Research Report
Wear characteristics of C/C composite materials with cellulose nano fibers under high temperature and electric current condition
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18K03832
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| Research Institution | Fukushima University |
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Principal Investigator |
小沢 喜仁 福島大学, 共生システム理工学類, 客員教授 (00160862)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渋谷 嗣 秋田大学, 電動化システム共同研究センター, 特別教授 (00154261)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 複合材料 / セルロース微細繊維 / 摺動特性 / 高温・高電流環境 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究再延長申請した最終年度令和4年度の研究としては，ナノセルロース繊維を用いたC/CコンポジットにおけるBC繊維の強化メカニズムおよび分散性向上に関わる機能評価と，第3成分添加による機能性発現に関する理論的検討を行った．
第3成分として1μm銅粉末を含有するCu/mBC-C/Cコンポジットにおいて，BC繊維網によって銅粉末をトラップすることが可能であり，材料内部での均一分散性向上への寄与を確認した．コンポジットのしゅう動試験結果から，BC繊維量を増加させると実験の範囲では摩擦・摩耗特性が低下すること，Cu添加量を30vol%に増加させたコンポジットでは，電気抵抗率は電気黒鉛質ブラシと同程度の10^(－5)の値まで低下し，比摩耗量も10^(－9)オーダーとなることを確認した．
第3成分添加の影響を検討するため，微視的金属粒子を含む網状繊維の微視構造を有する機能性複合材料の摩擦特性に関する数理解析を行った．しゅう動環境にあるナノレベルの繊維網構造と銅粉末の分散を持つコンポジットを模試できる力学モデルを用いて，摩擦過程における内部損傷進展とその摩擦特性との関連を計算機シミュレーションにより調べた．摩擦・摩耗の進展を考慮した種々の検査面について試験した結果、いずれの検査面でもほぼ同様な摩擦特性が得られ，動摩擦係数の挙動は実験結果とよい一致を示しており，解析モデルの妥当性を確認した．
研究期間全体を通じて実施した研究の成果については，C/Cコンポジットの高出力直流電動機の整流子やブラシとしての実用化への課題である，高温・高電流環境下で用いられるコンポジットとして求められる熱的および電気的特性について材料開発・評価を行い，開発材がもつ特性を保持・向上させることに成功した． BC繊維網よる第3成分添加材の分散性向上への寄与を発見し，摩擦摩耗特性に及ぼす通電環境の影響も評価できた．
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