2022 Fiscal Year Research-status Report

Reduction of room temperature resistivity by morphology control of conductive composites for permanent fuse

Research Project

Project/Area Number	21K04666
Research Institution	Osaka Metropolitan University
Principal Investigator	堀邊英夫大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (00372243)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	導電性複合材料 / 海島構造 / 共連続構造 / 相構造 / HDPE/PVDF/カーボンブラック（CB） / 抵抗率 / 親和性 / モルフォロジー
Outline of Annual Research Achievements	ポリマーに導電性粒子（フィラー）を充填すると、絶縁体であるポリマーに導電性を持たせることができる。これを導電性複合材料という。マトリックスに非相溶のポリマーから成るポリマーブレンドを用いると、フィラーは一方のポリマーに優先的に局在し、ポリマーの相構造によりフィラーの局在領域が変化するため、電気特性の制御が期待できる。相構造はポリマーのブレンド比や種類に左右され、主に海島構造か共連続構造のモルフォロジーを形成する。共連続構造をとるとき、フィラーの局在可能範囲は海島構造の海部分よりも狭く、島部分に局在した時のように断裂しないため、より効率的に導電パスを形成することができる。さらに、フィラーと親和性が低い方のポリマーにフィラーを先に充填し、後に親和性の高い方のポリマーを充填すると、フィラーは親和性の高い方のポリマーに移動し、その過程でフィラーがポリマー界面に局在するとき、最も効率よく導電パスが形成されると考えて、それを実現できるかについて検討を行った。具体的には、ポリマーの種類や試料作製手順と電気特性との相関について、フィラーの移動に着目して実験を行った。具体的なポリマーとしては、高密度ポリエチレン（HDPE）/ポリフッ化ビニリデン（PVDF）/カーボンブラック（CB）を用いた。CBはHDPEと親和性が高いことをあらかじめ”溶解実験”により確認した。PVDFとCBを先に溶融混練する「PVDF先混練」では、CBはPVDFからHDPEに混練時間とともに移動していくことがわかった。また、移動途中のフィラーがポリマー相界面に存在する時、最も低い抵抗率をとることを確認した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason 高密度ポリエチレン（HDPE）/ポリフッ化ビニリデン（PVDF）/カーボンブラック（CB）を用いた系において、当初の仮説（予想）を証明する材料を偶然も含め発見できた。具体的には、CBはHDPEと親和性が高いことをあらかじめ”溶解実験”により確認しており、PVDFとCBを先に溶融混練する「PVDF先混練」において、CBはPVDFからHDPEに混練時間とともに移動していくことが判明した。また、移動途中のフィラーがポリマー相界面に存在する時、本導電性複合材料において最も低い抵抗率をとることを確認した。
Strategy for Future Research Activity	フィラーの種類によっては、溶融混練時間を長くしても親和性の高いポリマーに移動しない系もあった。その理由について、ポリマーの種類、フィラーの種類やフィラーサイズをパラメータに検討する。具体的には、ポリマーブレンドの種類やフィラーをCBから金属に変更する場合、CBフィラーのサイズを大きく変えたものについて、今後実験を行う予定である。
Causes of Carryover	コロナのため研究計画を変更したため。