| 研究課題/領域番号 |
22K04714
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26030:複合材料および界面関連
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| 研究機関 | 香川大学 |
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研究代表者 |
松田 伸也 香川大学, 創造工学部, 准教授 (10550460)
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| 研究分担者 |
大島 一真 九州大学, 工学研究院, 助教 (60734275)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 繊維方向 / 分離率 / CFRP / 電気分解 / インピーダンス / バイポーラ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
炭素繊維強化プラスチック（CFRP）のリサイクル手法として熱分解による炭素繊維（CF）回収が主流である．しかし切断破砕した後に熱分解されるため，回収されるCFは短繊維となり，用途が限定される．それに対して，電気処理法はCFの熱損傷を抑制して樹脂を分離できるため，長繊維のCF回収が期待できる．しかしCFと樹脂の分離現象は，科学的かつ定量的に明らかにされていないため，電気処理の優位点が示されていない．本研究では，「どのようにCFと樹脂は分離されるのか？」の命題に対して，バイポーラ電解槽による分離メカニズムを電気インピーダンスモニタリングを併用して実験的および理論的な観点から体系的に解明する．
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| 研究実績の概要 |
炭素繊維強化プラスチック（CFRP）のリサイクル法として，電気処理法は炭素繊維（CF）の熱損傷を抑制しながら樹脂を分離できるため，長繊維のCF回収が期待できる手法である．しかし電気処理法によるCFと樹脂の分離現象は，科学的かつ定量的に明らかにされていないため，処理の優位点が示されていない．本研究では，電気処理によって「どのようにCFと樹脂は分離されるのか？」の命題に対して，バイポーラ電解槽による分離メカニズムを電気インピーダンスによるモニタリングを併用して実験的および理論的な観点から体系的に解明する．該当年度では，エポキシ樹脂を母材とした一方向CFRP積層板を対象として，高電圧下でのバイポーラ電解槽による電気処理データベースの構築を中心に実施した．その概要を以下に示す．
１．繊維方向に対して平行および垂直方向に対して電圧を印加した場合，電気処理中の電流値は，垂直方向と比較して平行方向のほうが高い値を示した．これは，導体であるCFの方向に依存するためである．
２．繊維方向に対して平行および垂直方向に対してそれぞれ電気処理を行い，分離率（＝重量減少率/電気量）に及ぼす繊維方向の影響を調査した．その結果，分離率は繊維方向に依存しないことが明らかとなった．すなわち分離メカニズムは繊維方向に依存しない．
３．電気処理後のCFRP積層板の状態は，処理時間の増加に伴い，電極が陰極側となる箇所は，陽極となる箇所と比較して，繊維間に多くのき裂が発生することが確認された．このことはバイポーラ陽極側が分離しやすいことを示している．また，長時間処理したCFRP積層板のSEM観察より，繊維破断が観察された．したがって，高電圧下での長時間処理は，繊維に損傷を与える．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
今後実施する予定の分離状態モニタリング手法も想定し，簡易なバイポーラ型電解層実験装置を構築した．しかしながら，スターラーを用いない手法であったため，電極自体の電気腐食の影響がCFRP積層板の分離状態に影響を与えたために改良を続けた．また，電極として炭素棒を用いていたが，陽極側の劣化が激しく，電極の選択を模索していた．ゆえに，当初予定していた電気処理に及ぼす樹脂の種類の影響など，そのほかのパラメータが及ぼすデータベースの構築に遅れが生じた．
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| 今後の研究の推進方策 |
遅れは生じたが，電気インピーダンスモニタリング基礎実験を行った結果，モニタリングできる可能性を示唆することができた．ゆえに当初の予定通り，研究実施計画に基づき進める．
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