ナノファイバー複合材料の成形加工過程の流動制御を視野に入れた流動誘起構造の計測

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K04728
• Research Institution: Ehime University
• Principal Investigator: 保田 和則 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (80239756)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: セルロースナノファイバー / 流動複屈折 / レオロジー特性 / 高分子

Outline of Annual Research Achievements

平成30年度は，セルロースナノファイバー（CNF）分散流体（水分散系）の基礎的な物性を知るために，レオロジー特性を測定した。さらに，CNFは必ずしも水中に均一に分散しているとは限らないので，濃度ムラの測定ができないかどうかを試みた。CNFの濃度は1.0wt%と1.5wt%である。
レオロジー特性として，定常せん断粘度と第一法線応力差のせん断速度依存性，貯蔵弾性率と損失弾性率のひずみおよび角周波数依存性を測定した。その結果，定常せん断粘度は非常に強いせん断粘度依存粘度（shear-thinning性）を示した。それに対して，第一法線応力差はほとんど発生しなかった。一般に繊維分散流体ではshear-thinning性が見られ，本研究で用いたCNF分散流体でもその点は同じであった。しかし同時に第一法線応力差が発生するものも多いのに対し，その点，CNF分散流体は異なる結果が得られた。また，貯蔵弾性率と損失弾性率の結果から，試料流体は弾性の強い流体であることがわかった。一般に弾性の強い流体の場合，第一法線応力差が現れることが多いが，本流体ではそうではなかった。この点はさらに精査が必要である。
次に濃度ムラの測定について述べる。この測定では，CNFが凝集していると思われる試料流体を用いた。その確認として，単純な方法であるが，墨汁で試料流体を染めることで，凝集している箇所があることを確かめた。凝集している箇所は墨汁に染まらないからである。しかし，墨汁を入れない試料流体を用いてレーザーをスキャンし，レーザーの透過強度と複屈折値の位置的変化を計測したところ，凝集に基づくと思われるそれらの値の位置的変化を捕らえることはできなかった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

CNF分散流体のレオロジー特性の測定はおおむね終了したが，第一法線応力差に関してはさらに精査する必要がある。第一法線応力差から流体の緩和時間を知ることができるからである。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度は，計画に従って，高分子を添加した場合のCNFの配向状態について調べる。高分子としては，水溶性で複屈折がCNFよりも小さなものを用い，CNFの配向状態のみを測定できるものをすでに選択してある。まずは，単純せん断流れで行い，その後，急拡大流れや急縮小流れで同様の測定を行う。

Causes of Carryover

これまで試料流体をメーカーから調達してきたが，研究室で自製するための超音波ホモジナイザーの購入を本研究の申請時に検討していた。しかし費用が不足したので，次年度の研究費を加えて購入を予定することにした。