2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of 3-dimensional isotropic fiber-reinforced plastics by using sea urchin-like carbon particles
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21K04663
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
内藤 圭史 岐阜大学, 工学部, 准教授 (50759339)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
隈部 和弘 岐阜大学, 工学部, 助教 (80456706)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ウニ状炭素粒子 / 炭素繊維 / 化学気相成長法 / 繊維強化プラスチック |
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| Outline of Annual Research Achievements |
繊維強化プラスチック（FRP）の欠点は，繊維が配向してない方向に弱いことである．この欠点を改善するためには，繊維を全方向に配向させる（つまり，等方性FRPを作製する）必要があるが， 3次元（面内＋面外）等方性FRPの作製は樹脂流動を伴う成形で有ろうと無かろうと極めて困難と言える．この様な状況に対し，申請者はウニ状炭素粒子を活用し，樹脂流動を伴う成形であっても，3次元等方性FRPを創生する本研究を着想した．本研究は，樹脂流動を伴う成形であっても3次元等方性FRPの創生が可能かを問い，これを解明するものとなる．
前年度，ウニ状炭素粒子を充填したポリプロピレン（PP）を射出成型により作製し，その力学特性を評価した結果，ウニ状炭素粒子の繊維部分（ウニの棘にあたる部分）の折損等の影響により，ウニ状炭素粒子充填PPの引張特性は球状炭素粒子（ウニ状炭素粒子の基材）充填PPと同等であることが明らかとなった．最終年度は，成形方法を注型成形（樹脂にはエポキシ樹脂を使用）とし，成形プロセス中の繊維の折損の可能性を極力低下させたうえで，引張破断面の電子顕微鏡による観察を詳細に実施した．その結果，ウニ状炭素粒子では基材粒子上に非晶炭素層がミルフィーユ状の積層し，その上に炭素繊維が生成していることが明らかとなった．また，注型成形では繊維自体の折損よりも，繊維の生えた炭素層が基材粒子から剥がれている場合が多いことが明らかとなった．つまり，非晶炭素層を生成させずに，炭素繊維を直接的に基材粒子表面から生成させる（もしくは，非晶炭素層と基材粒子の接着性を改善させる）こと，および，射出成型過程における繊維部分の折損を抑制することが今後の課題である．
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