• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

ナノ繊維複合材料の成形流れにおける繊維配向計測と流動による配向制御

Research Project

Project/Area Number 21K14417
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 26030:Composite materials and interfaces-related
Research InstitutionNiigata University

Principal Investigator

佐藤 大祐  新潟大学, 研究推進機構, 助教 (70778703)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2023-03-31
Project Status Discontinued (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Keywordsセルロースナノファイバー / 繊維分散系流体 / 偏光イメージング / 流動複屈折 / 降伏流体 / 平面流れ / サスペンション / 繊維配向 / 偏光イメージング計測 / 成形流れ / ナノ繊維分散流体
Outline of Research at the Start

本研究の目的は,濃厚なナノ繊維分散流体の流れと繊維配向を明らかにすることである。濃厚なナノ繊維分散流体とは,木材から抽出したナノサイズの直径の繊維を高い体積分率で含有する流体のことである。本研究では,ナノ繊維分散流体の流動特性とそのメカニズムを,流れ場(速度分布)および偏光イメージングシステムを用いた流動による繊維の向き(配向)の計測を行うことで明らかにし,配向などを流動によって制御する方法を考案することを目指す。本研究で得られる成果は,工業現場でナノ繊維を強化材とする複合材料を効率的に製造するプロセスに応用可能であると期待できる。

Outline of Annual Research Achievements

2022年度は、セルロースナノファイバー(CNF)分散系流体(濃度は0.3 wt%から1.5 wt%)のレオ・オプティックス計測および平面流れにおける繊維配向場の計測を遂行した。
レオ・オプティックス計測は、レオメータと偏光イメージングカメラを組み合わせたシステムで行った。これにより、レオメータが計測する力学的物性と偏光イメージングカメラによって計測される配向現象の同時計測が可能となる。サンプルの降伏現象の詳細を調べるために、試験手法は応力増加試験を採用した。その結果、濃度が1.0 wt%以上のサンプルにおいて、2回の降伏挙動が発生すること、そして、2回目の降伏はせん断速度に依存することが明らかになった。さらに、2回目の降伏が発生する前に流動を停止させると、配向がランダム化せずに、ある一定の繊維配向状態を保ったまま残ることも見出した。一方、2回目の降伏後に流動を停止した場合は、停止後にサンプルの配向は無秩序な状態へと緩和することを観測した。このことから、あるせん断速度以下で流動させ停止させた場合は、流動中に形成される弱いゲル状の構造を停止後も維持することがわかった。
平面流れにおける繊維配向場の検討は、平面急縮小流れを主に対象として行った。縮小は、急縮小流路とテーパー型流路を用いて、縮小場と配向場の関係を詳細に調べた。その結果、縮小流れが生じている領域では繊維は流れ方向に強く配向するものの、その程度(配向の強さ)は、急縮小型の流路が最も大きいことが明らかになった。これはテーパー型と急縮小型で発生する伸長速度の分布に違いがあるためと考えられるものの、速度場計測を行っていないため、今後、速度場との定量的な比較を行う必要がある。

Report

(2 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2022 2021

All Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Presentation] The fiber-orientation of cellulose nanofiber suspensions in a planar expansion flow2022

    • Author(s)
      Akiyoshi Kusano, Akiomi Ushida, Taisuke Sato
    • Organizer
      Proceedings of The 13th Pacific Symposium on Flow Visualization and Image Processing
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] CNF分散系流体の縮小・拡大流れにおける繊維配向に対するスリット長の影響2022

    • Author(s)
      草野曜圭, 牛田晃臣, 佐藤大祐
    • Organizer
      第70回レオロジー討論会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 平面伸長流れにおけるCNF分散系流体の繊維配向2022

    • Author(s)
      渡邉友哉, 牛田晃臣, 佐藤大祐
    • Organizer
      第70回レオロジー討論会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 平面拡大流れにおけるCNF分散系流体の繊維配向と流量の関係性2022

    • Author(s)
      草野曜圭, 牛田晃臣, 佐藤大祐
    • Organizer
      日本機械学会 2022年度年次大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] CNF分散流体の平面流れに誘起される繊維配向2022

    • Author(s)
      草野曜圭, 牛田晃臣, 佐藤大祐
    • Organizer
      日本レオロジー学会 第49年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] CNF分散流体の平面流れにおける繊維配向と濃度の関係性2022

    • Author(s)
      草野曜圭, 牛田晃臣, 佐藤大祐
    • Organizer
      日本機械学会 北陸信越支部 2022年合同講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] CNF分散流体を流動反転した際の流動特性と繊維配向に関する研究2021

    • Author(s)
      安部翔太, 牛田晃臣, 鳴海敬倫, 佐藤大祐
    • Organizer
      日本機械学会 2021年度年次大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 平面急縮小流れにおける高分子水溶液の流動配向2021

    • Author(s)
      清野尚哉, 牛田晃臣, 鳴海敬倫, 佐藤大祐
    • Organizer
      日本機械学会 2021年度年次大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 平面流れにおけるCNF分散流体の繊維配向2021

    • Author(s)
      佐藤大祐, 草野曜圭, 牛田晃臣
    • Organizer
      日本流体力学会年会2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 高分子流体の平面急縮小流れにおける流動誘起配向2021

    • Author(s)
      清野尚哉, 牛田晃臣, 佐藤大祐
    • Organizer
      第69回レオロジー討論会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] CNF分散流体の平面流れにおける繊維配向の測定2021

    • Author(s)
      草野曜圭, 牛田晃臣, 佐藤大祐
    • Organizer
      日本機械学会 第99期流体工学部門講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2023-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi