2014 Fiscal Year Annual Research Report
カーボンナノチューブ援用炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合材料のその場高速成形法の開発
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26289011
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
田中 和人 同志社大学, 生命医科学部, 教授 (50303855)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
片山 傅生 同志社大学, 生命医科学部, 教授 (70161065)
森田 有亮 同志社大学, 生命医科学部, 教授 (80368141)
榎 真一 奈良工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (80550079)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 機械材料・材料力学 / 複合材料・物性 / ナノチューブ・フラーレン / 炭素繊維 / 熱可塑性樹脂 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目標は，炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合材料を用いた各種自動車用部材を高速で成形可能な手法を開発することである．あらかじめ樹脂を含浸させた積層板をスタンピング成形などにより二次加工するのではなく，強化繊維自体である炭素繊維に対する高周波直接通電により加熱を行い，金型内のその場でマトリックス樹脂を溶融・含浸させることで高速に成形する手法を確立する．本年度は，まず，炭素繊維の直接通電加熱特性を把握するとともに，高温環境が炭素繊維の機械的特性に及ぼす影響を明らかにした．本研究で使用した汎用PAN系炭素繊維の場合，650℃以上の環境下で30分間熱処理を施すと引張強度が低下するものの，炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合材料の成形温度程度では炭素繊維の強度に及ぼす影響は考慮する必要がないことが明らかとなった．さらに，炭素繊維表面へのカーボンナノチューブ(CNT)析出手法を開発した．従来，触媒化学気相成長法（Catalytic Chemical Vapor Deposition : CCVD）によってCNTを炭素繊維表面へ析出させる場合，析出処理によって炭素繊維が劣化し，本来の強度が損なわれてしまうという課題があった．この要因としては，CCVDでのCNT合成が高温であり，そのため炭素繊維が劣化すること，CNT析出に必要である金属触媒の炭素繊維への拡散により強度が低下することなどが考えられており，比較的低温下でのCNT析出手法の開発が求められていた．そこで本研究では，炭素源にエタノール，触媒にNiを用いた触媒化学気相成長法を開発し，比較的低温である600℃や550℃においても炭素繊維表面へのCNT析出が可能であることを明らかにした．また，炭素繊維一方向繊維束と樹脂の不織布を用いて平板形状を成形する実験を行い，炭素繊維への直接通電加熱により板材が成形できることを確認した．
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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
本研究で最も重要である炭素繊維単体へのカーボンナノチューブ(CNT)析出手法の開発に成功しており，おおむね順調に進展していると考えられる．特に，従来の析出手法では炭素繊維が劣化し，本来の強度が損なわれてしまうという課題があったのに対して，ここでは，比較的低温下でのCNT析出手法の開発に成功しており，その意義は大きいと考えられる．なお，本析出手法については，特許を出願済みである．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究で最も重要である炭素繊維単体へのカーボンナノチューブ(CNT)析出手法の開発に成功しており，今後は，予定通り，開発した手法により作成したCNT析出炭素繊維を用いた成形法の開発に研究の軸足を移し推進していく予定である．
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| Causes of Carryover |
本年度に直接加熱用高周波発振機を導入する予定であったが，既存の低出力である高周波電源を用いることで，炭素繊維や炭素繊維束への直接通電加熱特性の把握をすることが可能であったため，機器の導入を延期していた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成27年度には，炭素繊維束だけでなく，炭素繊維ファブリックへの直接通電加熱を実施するため，高出力の高周波電源が必要となるため，機器導入のため経費を使用する予定である．
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Research Products
(3 results)
