2019 Fiscal Year Research-status Report
Clarification of Origin of Adhesive Property of Carbon Fiber and Thermoplastic by Interfacial Rheology
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18K14001
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
植松 英之 福井大学, 繊維・マテリアル研究センター, 准教授 (80536201)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 強化繊維 / 高分子構造 / 接着性 / 分光分析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本事業での目的は、ガラス繊維や炭素繊維で強化された樹脂の性能（特に力学特性）に重要となる繊維と樹脂の接着機構を明らかにすることが目的である。特に、リサイクル性の観点からニーズが根深い熱可塑性樹脂をマトリクスとした複合材料において、接着性が低く接着機構が明らかにされていないことが大きな課題である。初年度目で得られた成果を基に、1本の強化繊維を用いたモデル的評価として、１）様々な樹脂と強化繊維の接着強度の評価、２）強化繊維回りでの樹脂の構造評価と、実際の複合材料となった材料による３）繊維と樹脂の接着性評価と樹脂の構造の関係性 を検討し、以下の成果を得た。
１）分子骨格が異なる汎用的な結晶性樹脂と非晶性樹脂を用いて、繊維と樹脂の接着性（せん断変形下での強度）を評価した結果、分子の主鎖骨格に芳香族環がある樹脂と炭素繊維の接着性が高い傾向であることが判明した。また芳香環がある樹脂とガラス繊維の接着性は、低いことから、炭素繊維の芳香環と樹脂の芳香環の相互作用によって接着性が向上することが示唆された。
２）芳香環を主鎖骨格に有する樹脂と炭素繊維の界面での樹脂の構造を分光学で的に評価した結果、繊維界面（～1μm範囲）において引張方向の残留応力が存在することが示唆された。
３）炭素繊維が一方向に配列し、繊維の含有率が50％となる複合材料を調整し、繊維軸方向と直交方向の引張特性から樹脂と繊維の接着性を評価した結果、繊維表面に凹凸が存在する炭素繊維と樹脂の界面接着性が高いことが確認された。また分光学的に繊維回りの構造を評価した結果、表面凹凸の有無によって樹脂の結晶系が異なることが示唆された。
樹脂の結晶構造と強化繊維との接着性に着目した研究への関心は高く、学会発表等で評価されている。
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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
強化繊維回りでの樹脂の構造と接着性の関係を明らかにすることを目標として掲げ、樹脂の構造を変えたサンプル調整は冷却条件を変えることでモデルサンプルを調整する予定であったが、シングルフィラメントを用いたサンプルの調整時における冷却条件を制御することは難しいことから、樹脂の一次構造である“分子構造”や、“強化繊維の種類（構造）”を変えることで、樹脂の構造と接着性の違いを明確にできた。また、モデルサンプルに留まらず、 “強化繊維の表面構造”の異なる炭素繊維複合材料を調整し、炭素繊維と樹脂の接着性と構造の関係を検討することで、強化繊維回りでの樹脂の構造が接着性に寄与していることが示唆された。一方、強化繊維回りでの樹脂の構造を評価する手法として、初年度に引き続き、顕微ラマン分光分析や偏光顕微鏡観察に加えてX線回折や示差走査熱量測定を組み合わせることで、接着性が高い場合と低い場合の樹脂の構造の違いが見い出しつつある。従って、本事業は良好に進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
強化繊維回りでの樹脂の構造の違いを定量化するために、顕微ラマン分光分析の結果を詳細に分析する必要がある。そのために、同一の樹脂で構造が明瞭に異なるサンプル（基準サンプル）のスペクトルから、強化繊維回りでのサブミクロンオーダーの構造の違いを定量化する。また、樹脂と強化繊維の接着性が異なる材料系における力学特性を評価することで接着性と力学特性の関係、接着性と樹脂の構造の関係を明確にする。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由：3月の活動において必要経費が発生せず、次年度へ有効利用を思考した。
使用計画：他研究機関を含めた評価や分析する際の機器使用料や消耗品に充てる。
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Research Products
(7 results)
