2013 Fiscal Year Research-status Report
総植物由来原料を用いた天然繊維強化エンプラ系複合材料の創製
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25420735
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Kogakuin University |
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Principal Investigator |
西谷 要介 工学院大学, 工学部, 准教授 (30439260)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 複合材料・物性 / バイオマス / 天然繊維強化複合材料 / 材料加工・処理 / レオロジー / 機械的性質 / 表面処理 / エンジニアリングプラスチック |
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| Research Abstract |
本研究は，強化繊維および樹脂材料ともに植物由来原料を用いて，実際の機械材料として多用されているエンプラに匹敵する機械的性質や耐熱性を有する高性能なエンプラ系複合材料を創製することを目的に，総植物由来の天然繊維強化エンプラ系複合材料の創製について検討し，以下の結果を得た．
１．トウゴマ由来のポリアミド1010をベースとし，同じくトウゴマ由来の熱可塑性エラストマーであるポリアミド11エラストマーを二軸押出機による溶融混練法を用いてポリマーブレンド化させた天然繊維強化エンプラ系複合材料専用のマトリックス樹脂を開発した．また，このマトリックス開発に必要な配合設計，成形条件およびレオロジー的性質を明らかにした．
２．天然繊維の分散制御技術および天然繊維/樹脂間の界面制御技術の確立の２つは密接に関連しているため，本年度は次の４つを同時に検討し，次の結論を得た．（１）天然繊維の前処理として水酸化ナトリウム水溶液を用いたアルカリ処理の処理条件を明らかにした．（２）天然繊維への表面処理検討としては3種類のシランカップリング剤を用い，ウレイドシラン処理が最も機械的性質の改善に効果があること，またそれらの最適な処理条件を明らかにした．（３）天然繊維分散用マスターバッチの調整としては，上記１．で開発した専用マトリックス樹脂に，（２）で最も有効であったウレイドシラン処理を施した天然繊維を分散させたマスターバッチを製作した．（４）溶融混練法による天然繊維充填エンプラ系複合材料の成形と物性として，上記（３）までの成果をもとに二軸押出機による溶融混練法により成形し，各種物性評価を行った．
上記により，総植物由来原料を用いた天然繊維強化エンプラ系複合材料の創製に必要な基礎データを構築することができた．これらの成果は，他の天然繊維強化樹脂系複合材料へも適用できる知見である．
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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
総植物由来原料を用いた天然繊維強化エンプラ系複合材料の創製するために必要な項目として，１．植物由来ポリアミドをベースとした複合材料用マトリックスの開発，２．天然繊維の分散制御技術の確立および３．天然繊維/樹脂間の界面制御技術の確立の3点を検討している．本年度の研究実施計画にあげた項目である１．複合材料用の専用マトリックス樹脂を開発するとともに，２．および３．の制御技術に必要な（１）天然繊維の前処理，（２）天然繊維への表面処理および（３）天然繊維分散用マスターバッチの調整の全てを検討し，天然繊維強化エンプラ系複合材料の創製に必要な基礎データを構築することができた．また，当初は次年度に予定していた（４）溶融混練法による天然繊維充填エンプラ系複合材料の成形と物性にも着手しはじめており，おおむね順調に計画通り進んでいる．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は前年度の検討結果を踏まえ，２．天然繊維の分散制御技術，および３．天然繊維/樹脂間の界面制御技術の確立を中心に検討していく．特に（３）天然繊維分散用マスターバッチの調整，（４）溶融混練法による天然繊維充填エンプラ系複合材料の成形と物性，および（５）天然繊維分散評価とレオロジー特性の評価を重点的に検討する．
具体的な方法としては，（３）天然繊維分散用マスターバッチの調整を，前年度と同様に，専用樹脂中へ上記（２）で表面処理を施した天然繊維を良分散させるため，天然繊維を樹脂中に分散させたマスターバッチを調整する．次に，（４）溶融混練法による天然繊維充填エンプラ系複合材料の成形と物性に関しては，天然繊維充填エンプラ系複合材料の成形を二軸押出機による溶融混練法を用いて調整し，調整したペレットを用いて，射出成形法により各種性能評価用テストピースを成形する．得られた成形品の物性や構造などを測定し，開発した複合材料の性能評価を行う．さらに（５）天然繊維分散評価とレオロジー特性の評価としては，本研究の中心技術となる天然繊維分散状態および材料のレオロジー特性を把握するために，上記（３）および（４）で調整・成形した材料の評価をSEMやレオメータなどを用いて行い，その結果を上記にフィードバックすることにより，定量化および検討時間の短縮化を図る．
また，得られた知見を社会に広く発信するために，査読付き論文の執筆を行うとともに，HP等でも成果について広く発信していくようにしていく．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
その他の直接経費として予定していた論文作成に使用する予定であった英文校閲費や論文投稿費などを予定よりも少額で済んだため．また，実験が計画よりもスムーズに進んだため，物品費のうちの消耗品費，例えば原材料や治具の使用を抑えることができたため．
来年度に計画している天然繊維の分散制御技術および天然繊維/樹脂間の界面制御技術の確立に使用する原材料や治具製作に使用していく．また，論文投稿数を予定より多くし，論文投稿費や英文校閲費などにも使用していく．さらに，研究発表成果を広く発信していくために，複数の学会発表などを行っていく予定である．
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Research Products
(8 results)
