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ナノ構造材料による水素貯蔵技術の創製

研究課題

研究課題/領域番号 15656217
研究種目

萌芽研究

配分区分補助金
研究分野 航空宇宙工学
研究機関九州大学

研究代表者

宇田 暢秀  九州大学, 大学院工学研究院, 助教授 (20160260)

研究分担者 久能 和夫  九州大学, 工学研究院, 教授 (90128009)
小野 幸生  九州大学, 工学研究院, 助手 (90038092)
青木 隆平  東京大学, 大学院工学系研究科, 教授 (00202466)
研究期間 (年度) 2003 – 2005
研究課題ステータス 完了 (2005年度)
配分額 *注記
3,300千円 (直接経費: 3,300千円)
2005年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2004年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2003年度: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
キーワードカーボンナノチューブ / ナノ複合材料 / 力学的特性 / 分散 / 界面強度 / 引張特性 / 摩耗特性 / カーボンナノ材料 / シュミレーション / ナノ材料 / シミュレーション / 水素貯蔵タンク
研究概要

炭素繊維強化樹脂(CFRP)を用いた水素貯蔵用高圧タンクの研究が国内外で進められているが、CFRP積層板の層間強度が低いために、き裂が発生すると水素漏れを引き起こすことが懸念されている。そこで、CFRP積層板の層間にカーボンナノチューブ(CNT)のような優れた力学的特性を有するナノ材料を分散させたナノ複合材料が開発できれば、これまでにない高破壊靭性複合材料となる可能性があり、水素貯蔵タンクの外板へ適用できる。しかしながら、CNTは樹脂との接着の弱さや樹脂中に均質に分散されないという問題がある。分散の問題については、製造時にCNTがお互いに絡まりあい、樹脂中で凝集したままの状態で存在してしまうことが原因の1つに上げられる。本研究では、分散性を向上させるために超音波を用いて多層カーボンナノチューブ(MWCNT)を切断し、複合材料を製作した。引張試験、摩耗試験を行い、製作した複合材料の力学的特性を評価した。
超音波処理したMWCNTのSEM画像から、超音波処理を行うことでMWCNTが切断され、大きな凝集がなくなったことが確認できた。試験片として、(1)エポキシ樹脂試験片、(2)超音波処理をしていないMWCNTをエポキシ樹脂に混ぜた試験片(MWCNT/epoxy)、(3)超音波処理したMWCNTをエポキシ樹脂に混ぜた試験片(超音波MWCNT/epoxy)の3種類を製作した。MWCNTの含有量は1重量パーセントとした。
引張試験の結果から、MWCNT/epoxyおよび超音波MWCNT/epoxyのヤング率は、エポキシ樹脂単体よりもそれぞれ10%と2%向上した。一方、MWCNT/epoxyの引張強度はエポキシ樹脂よりも12%低下し、超音波MWCNT/epoxyでは3%増加した。ヤング率の向上はMWCNTを含有させた効果と考えることができる。超音波MWCNT/epoxyのヤング率がMWCNT/epoxyよりもかなり低くなっている原因としては、CNTの分散が促進されたことと、ボイド率が増加したことの2点が上げられる。また、MWCNT/epoxyではCNTが凝集したままになっており、引張強度は大きく低下している。超音波処理したMWCNTをエポキシ樹脂に混ぜると樹脂の粘性が上がり、ボイドの除去が大変難しくなるという問題が発生した。
摩耗試験では、超音波MWCNT/epoxyの比摩耗量がエポキシ樹脂に比較して11%低下しており、CNTの含有と分散性の向上による効果と考えられる。

報告書

(3件)
  • 2005 実績報告書
  • 2004 実績報告書
  • 2003 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2005 2004 その他

すべて 雑誌論文 (12件) 文献書誌 (6件)

  • [雑誌論文] 高温環境下における炭素繊維強化ポリイミド樹脂複合材料のモードI層間破壊靭性の計測2005

    • 著者名/発表者名
      浦田幸恵, 久能和夫, 宇田暢秀, 小野幸生, 永安 忠
    • 雑誌名

      日本複合材料学会誌 第31巻第4号

      ページ: 168-176

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 衝撃損傷を持つ炭素繊維エポキシ複合材料積層板の圧縮疲労破損2005

    • 著者名/発表者名
      河野泰久, 久能和夫, 宇田暢秀, 小野幸生, 永安 忠
    • 雑誌名

      第47回構造強度に関する講演会講演集

      ページ: 102-104

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 耐熱複合材料の高温環境下におけるモードI層間破壊挙動の評価2005

    • 著者名/発表者名
      金丸卓嗣, 久能和夫, 宇田暢秀, 小野幸生, 永安 忠
    • 雑誌名

      第30回複合材料シンポジウム講演要旨集

      ページ: 327-328

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 超音波処理したカーボンナノチューブ複合材料の力学的特性2005

    • 著者名/発表者名
      宮原裕介, 久能和夫, 宇田暢秀, 小野幸生, 春田 統
    • 雑誌名

      日本航空宇宙学会西部支部講演会(2005)講演集

      ページ: 45-48

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Mechanical Properties of Sonicated-Carbon Nanotube Composites2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Miyahara, K.Kunoo, N.Uda, K.Ono, O.Haruta
    • 雑誌名

      Proceedings of the KU/KAIST Joint Workshop on Aeronautics and Astronautics (印刷中)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Compression Fatigue Failure of Impacted Carbon/Epoxy Composite Laminates2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Kouno, K.Kunoo, N.Uda, K.Ono, T.Nagayasu
    • 雑誌名

      Proceedings of the Sixth Japan/Korea Joint Workshop on Aeronautics and Astronautics (印刷中)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Damage Development in Impacted Composite Laminates under Compression Fatigue2004

    • 著者名/発表者名
      N.Uda, K.Kunoo, K.Ono, T.Nagayasu, R.Yamashita
    • 雑誌名

      Proceedings of the 11th U.S.-Japan Conference on Composite Matreials

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 炭素繊維強化耐熱ポリイミド樹脂複合材料の高温環境下モードI層間破壊挙動2004

    • 著者名/発表者名
      浦田幸恵, 久能和夫, 宇田暢秀, 小野幸生, 永安 忠
    • 雑誌名

      第46回構造強度に関する講演講演集

      ページ: 132-134

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 衝撃後圧縮疲労荷重を受ける複合材料積層板の破損機構2004

    • 著者名/発表者名
      山下涼介, 久能和夫, 宇田暢秀, 小野幸生, 永安 忠
    • 雑誌名

      第46回構造強度に関する講演会講演集

      ページ: 155-157

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] カーボンナノ材料含有エポキシ樹脂の曲げ特性2004

    • 著者名/発表者名
      藤井孝理, 久能和夫, 宇田暢秀, 小野幸生, 吉野典功
    • 雑誌名

      日本航空宇宙学会西部支部講演会(2004)講演集

      ページ: 147-150

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 耐熱複合材料積層板のトランスバースクラックと層間剥離挙動の温度依存性2004

    • 著者名/発表者名
      帖地卓也, 久能和夫, 宇田暢秀, 小野幸生, 永安 忠
    • 雑誌名

      日本航空宇宙学会西部支部講演会(2004)講演集

      ページ: 151-154

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 衝撃損傷を受けた複合材ハニカムサンドイッチ板の曲げ疲労挙動2004

    • 著者名/発表者名
      森本陽平, 久能和夫, 宇田暢秀, 小野幸生, 永安 忠
    • 雑誌名

      第29回複合材料シンポジウム講演要旨集

      ページ: 185-186

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [文献書誌] N.Uda, K.Kunoo, K.Ono, T.Nagayasu: "Effect of Impact Damage on Compression Fatigue Response of AS4/PEEK Composite Laminates"Proceedings of the 14th International Conference on Composite Materials. (CD-ROM) Paper #1523. 1-10 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 山下涼介, 久能和夫, 宇田暢秀, 小野幸生, 永安 忠, 他2名: "AS4/PEEK複合材料積層板の衝撃後圧縮疲労における破損挙動について"第45回構造強度に関する講演会講演集. 51-53 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 浦田幸恵, 久能和夫, 宇田暢秀, 小野幸生, 永安 忠: "耐熱複合材料IM600/PIXA-MのモードI層間破壊挙動及びファイバーブリッジングの温度依存性"第28回複合材料シンポジウム講演要旨集. 109-110 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 山下涼介, 久能和夫, 宇田暢秀, 小野幸生, 永安 忠, 平川裕一: "複合材料積層板の衝撃後圧縮疲労中のキンクバンドの発生について"日本航空宇宙学会西部支部講演会(2003)講演集. 131-134 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 浦田幸恵, 久能和夫, 宇田暢秀, 小野幸生, 永安 忠: "耐熱複合材料IM600/PIXA-Mの高温環境下における層間破壊靭性計測に及ぼすファイバーブリッジングの影響"日本航空宇宙学会西部支部講演会(2003)講演集. 135-138 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 浦田幸恵, 久能和夫, 宇田暢秀, 小野幸生, 永安 忠: "高温環境下における炭素繊維強化耐熱ポリイミド樹脂複合材料のモードI層間破壊挙動とファイバーブリッジングの影響について"九州大学応用力学研究所力学専門部会共同研究集会「複合材料の損傷と強度に関する力学的モデル」講演論文集. (印刷中). (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書

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公開日: 2003-04-01   更新日: 2016-04-21  

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