2021 Fiscal Year Annual Research Report
Measurement of flow-induced structure using a flow control in processing nanofiber composite materials
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18K04728
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
保田 和則 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (80239756)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | セルロースナノファイバー / 流動複屈折 / 配向制御 / 繊維配向 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
セルロースナノファイバー（CNF）の単純せん断流れ下における配向状態を，複屈折を測定することで調べた。繊維状の物体が含まれる液体は繊維分散流体と呼ばれ，これまではガラス繊維や炭素繊維などマクロなスケールの繊維についての研究が多数なされてきた。その結果，繊維の大きさにかかわらず，繊維のアスペクト比（=長さL/直径D）と流体の単位体積あたりの繊維本数nとを用いたパラメーターで繊維の配向状態を大きく3つの領域に分かれることが知られており，マクロなスケールの繊維に対してはその結果が妥当であることがわかっていた。しかし，CNFのように直径が3nm，長さが500 nmといったナノオーダー繊維に対してもこの考えが有効であることは確認されていなかった。しかし，ナノオーダーの繊維では繊維の配向状態を可視化できないため，本研究では複屈折を用いてそれを確認することができた。
さらに，CNF分散流体の円柱回りまたは急縮小・急拡大流れ中における配向状態を複屈折で調べた。特に，円柱上流の縮小流れ領域では繊維が流れ方向に配向し，円柱下流の拡大流れ領域では繊維が流れとは直行方向に配向することが明らかになった。また，繊維の配向状態をカラーマップで表示することができた。
このような配向状態は流れによって支配されるため，積極的に制御することが難しいが，本研究では配向状態を流れによって制御することを試みた。流路に流入する直前の導入管路の直径を流路直径よりも大きくし，縮小流れをあえて設け，その縮小比を変化させることで流路入口部における繊維の配向状態を制御した。その結果，流路入口部において配向度が大きい（繊維がある特定の方向に多く配向している状態）と，その下流域に設けた拡大部を通過した後の配向度が小さくなり，逆に流路入口部において配向度が小さいと，拡大部直後で配向度が大きくなるという配向現象が見られた。
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Research Products
(4 results)
