2021 Fiscal Year Research-status Report
Study on nacre inspired platelet reinforced tough polymer composite
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20K05112
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| Research Institution | Shizuoka Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
黒瀬 隆 静岡理工科大学, 理工学部, 准教授 (60375326)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 浩志 山形大学, 大学院有機材料システム研究科, 教授 (20259807)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 扁平粒子強化高分子複合材 / 貝殻真珠層 / 力学的特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、扁平粒子が高充填・高配向し、高強度・高弾性率、延性破壊を示す貝殻真珠層のような扁平粒子強化高分子複合材料を作製し、「力学特性」と「材料特性因子」の定量化を行い、その関係性を力学解析により解明することである.
2021年度は、力学特性(弾性率、強度、伸び)が大幅に異なるエポキシ樹脂と高アスペクト比マイカ粒子との複合材料を作製し、弾性率が20GPa以上、強度200MPa以上の高弾性・高強度の力学特性を示しながらも、エポキシ樹脂の特性が複合材料に大きな影響が与えることを明らかにした。特に柔軟なエポキシ樹脂を用いることにより、複合材料の最大ひずみ(最大強度を示すときのひずみ)が大きくなることを体系的な実験を行い明らかにした。この力学挙動を理解するために有限要素法(FEM)を用いた解析の準備を進めた。具体的には①SolidWorksを用いて貝殻真珠層を模倣する面内方向に扁平粒子がマトリクス樹脂中に高度に配向・分散したモデリング、②エポキシ樹脂を想定した非線形材料のモデルリングも行った。また、③SolidWorks Simulation Premiumを用いた非線形静解析において、計算時間の短縮のための2Dモデルでの解析が可能なことを明らかにした。
2022年度は、SolidWorks Simulationを用いたFEM解析に注力し、貝殻真珠層材料の力学特性の発現機構の解明に向けて、扁平粒子の幾何学的な配置の異なるモデルを作成し、材料内に生じる応力分布と複合材料のマクロな力学特性に与えるマトリクス樹脂特性やマトリクス樹脂/扁平粒子の界面特性の影響を明らかにしていく予定である。
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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
本研究の目的は、扁平粒子が高充填・高配向し、高強度・高弾性率、延性破壊を示す貝殻真珠層のような扁平粒子強化高分子複合材料を作製し、「力学特性」と「材料特性因子」の定量化を行い、その関係性を力学解析により解明することである。これまでに貝殻真珠層を模倣する材料の作製には成功し、マトリクス樹脂特性を大幅に変えた材料試作と力学特性評価にも実施できており、「力学特性」と「材料特性因子」とを結びつけるために必要な構造解析FEMの適用にも目途が立っていることから、おおむね順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は、SolidWorks Simulationを用いたFEM解析に注力し、扁平粒子の幾何学的な配置の異なるモデルを作成し、材料内に生じる応力分布と複合材料のマクロな力学特性に与えるマトリクス樹脂特性やマトリクス樹脂/扁平粒子の界面特性の影響を明らかにしていく予定である。これにより「複合材料の力学特性」と「材料特性因子」の関係を明らかにし貝殻真珠層材料の力学特性の発現機構を解明する予定である。
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| Causes of Carryover |
コロナの影響で出張費が予定よりも発生しなかったこと、予定していた備品を他予算で購入できたため。翌年度分と合わせて構造解析FEMソフトを購入予定である。
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