2012 Fiscal Year Annual Research Report
CNT析出強化階層型複合材料の創成と界面評価および衝撃・疲労特性
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24360048
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
川田 宏之 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (20177702)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
細井 厚志 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (60424800)
荒尾 与史彦 同志社大学, 理工学部, 助教 (40449335)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 複合材料 / カーボンナノチューブ / 界面評価 / 気相成長法 / 材料強度 |
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| Research Abstract |
本研究では、耐衝撃特性・疲労特性に格段に優れた高分子基複合材料(PMC)の開発を目標とし、カーボンナノチューブ(CNT)を種々の無機系繊維に析出させる技術を確立し、強化繊維と析出CNTの特性を組み合わせた新しい階層型複合材料を創生することを目的とする。繊維表面へのCNT析出方法としては、化学気相成長法(CVD法)を採用し、無機系繊維としてはTガラス繊維および耐熱性に優れるチラノ繊維を用いた。その結果、最適な析出温度、炭素源量および触媒量のもとCVDを行うことにより繊維表面には均一かつ垂直に配向するCNTが析出された。また、析出時間とCNT長さには相関関係が存在し、析出時間の増加と共にCNT長さも増加することが確認された。CNTの析出により繊維/樹脂界面の接着性がどれだけ増加するかを調査する為に、フラグメンテーション試験を用いて界面せん断強度(ISS)を測定したところ、未処理の繊維と比較してCNTを析出させた繊維は繊維種類に関係なく最大で約46%のISS増加が見られた。これは、繊維表面に析出したCNTのアンカー効果により繊維/樹脂界面の接着性が向上した為と考えられる。また、CNT長さとISSの関係を調査したところ、CNT長さが3μm程度まではCNT長さの増加とともにISSも向上した。しかしながら、それ以上のCNT長さにおいてはISSの大幅な向上は見られず、ISS上昇には上限が存在すると考えられた。これは、界面破壊は繊維/CNT層界面で生じており、ISS上昇には繊維表面付近の析出状態が重要となるため、特定の有効長さ以上の析出がISSの上昇に与える影響は小さく、飽和に至ると考えられる。以上、昨年度の研究ではCNTが繊維/樹脂界面に与える影響について調査を行い、界面強度上昇に対するCNTの有効性が確認された。
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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
昨年度の結果より、CNTが繊維/樹脂界面の接着性向上に非常に有効であることが確認され、目標である耐衝撃性・疲労特性に格段に優れた高分子基複合材料の開発が可能であると示唆された。また、当初の研究計画に沿って研究が遂行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在は単繊維埋蔵試験片(SFC)での界面強度評価に留まるが、今後はCNT析出繊維束を埋蔵した複合材の強度評価ならびに疲労強度評価、さらには無機系繊維として炭素繊維を採用し、CNT析出技術の確立を目指す。
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