2021 Fiscal Year Annual Research Report
ナノカーボンを用いた樹脂含浸に優れたCFRTP成形法の開発とその機構解明
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19H02031
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
田中 和人 同志社大学, 生命医科学部, 教授 (50303855)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
片山 傅生 同志社大学, 研究開発推進機構, 嘱託研究員 (70161065)
森田 有亮 同志社大学, 生命医科学部, 教授 (80368141)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合材料 / カーボンナノチューブ / ぬれ性 / 樹脂含浸 / 成形 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合材料の樹脂含浸性に優れた成形方法の開発とその機構を解明することである．
機械的特性に優れた積層板を開発するためには，繊維樹脂界面特性の把握が重要となる．昨年度までに構築したマイクロドロップレット試験システムにおいては，繊維単体の表面に樹脂玉を付着させた試験片を作製する必要がある．溶融させた樹脂に繊維を浸し樹脂玉を作製する方法では，一度で多くの樹脂玉が作製できるものの，樹脂玉間の繊維も樹脂でコーティングされることになり，CNT析出炭素繊維全体がコーティングされることになる．一方，繊維に糸状に加工した樹脂を結び付けた後，加熱して樹脂を溶融させて樹脂玉を作製する方法もあり，この場合，樹脂玉間の繊維は樹脂でコーティングされないが樹脂繊維の作製やそのハンドリングは困難を極める．そこで，ここでは，繊維表面が樹脂でコーティングされることなく樹脂玉を作製できる手法を新たに開発するとともに，樹脂玉の作製方法がマイクロドロップレット試験で求められる炭素繊維とポリアミド6の界面せん断強度に及ぼす影響を明らかにした．
単繊維および平織炭素繊維のいずれにおいても，未処理の炭素繊維と比較してCNT析出炭素繊維は高いぬれ性を示すことが明らかとなった．一方で，CNT析出が過剰な部分で，炭素繊維間への樹脂の流入が抑制されることで，含浸性が低下する部分が見られたため，CNTの析出密度を最適化することが重要であることが明らかとなった．本研究ではCNTの析出に必要となる触媒としてNiを利用しており，CNTの析出密度の最適化には炭素繊維表面に担持するNi粒子数や密度の制御が重要となる．ここでは，パルス電源装置を導入し，直流電流の代わりにパルス電流を用いたパルス電解ニッケルめっきにより，炭素繊維表面に担持するニッケル粒子数を制御する手法を開発した．
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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
複合材料において優れた機械的特性を得るためには，繊維樹脂界面特性の最適化が重要な課題となり，その繊維樹脂界面せん断強度評価が必要である．昨年度構築したマイクロドロップレット試験システムにおいては，試験片を作製する際の樹脂玉の作製方法が重要となり，繊維表面全体が樹脂にコーティングされずに試験片を作製する手法を開発した．また単繊維やファブリックのぬれや樹脂含浸特性を評価する中で，優れた機械的特性を得るためにはCNT析出密度の最適化が重要な課題であることが明らかとなり，パルス電解Niめっきにより，炭素繊維表面に担持するNi粒子数を制御する手法を開発するなど概要に示したような成果が得られている．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の目的である「炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合材料の樹脂含浸性に優れた成形方法の開発とその機構の解明」に必要な，高温下でのぬれ性評価が可能なシステム，マイクロドロップレット試験システム，真空補助付き平板金型を既に構築・導入済みである．CNT析出に必要なNi粒子数を制御するために必要なパルス電源も導入済みであり，今後は，機構解明を進めるとともに，炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合材料の樹脂含浸性および機械的特性に優れた成形方法の開発を実施していく．
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