一方向配列カーボンナノチューブを適用した高張力ポリマー複合材料の創出

• 研究課題/領域番号: 23560823
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 複合材料・物性
• 研究機関: 独立行政法人宇宙航空研究開発機構
• 研究代表者: 小笠原 俊夫 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 航空本部, 主幹研究員 (20344244)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2013年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2012年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2011年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: カーボンナノチューブ / 複合材料 / 表面改質 / 高分子材料 / 材料力学 / エポキシ / 熱可塑性樹脂 / 真空紫外光 / carbon nanotube / composite / PPS / epoxy / 力学特性 / プリプレグ

研究概要

高速CVD法で垂直成長させたMW-CNTから得られた配向CNTシートを用いて、ホットメルトプリプレグ法によって配向CNT/エポキシ複合材料を製作した。CNT体積率32.8 %の複合材料において、ヤング率89 GPa、引張り強度239 MPaという極めて高い値が得られた。複合材料におけるCNTの配向角度分布を測定するとともに、等価介在物理論（Mori-Tanaka理論）によってCNTのヤング率を推定した。体積率32%の一方向CNT複合材料、および体積率35%の２次元ランダム配向CNT複合材料において、一方向CFRP積層板および擬似等方CFRP積層板と同等のヤング率が発現する可能性が示された。

研究成果

• [雑誌論文] Three dimensional orientation angle distribution counting and calculation for the mechanical properties of aligned carbon nanotube/ epoxy composites (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuda, T. Ogasawara, S-Y Moon, K. Nakamoto, N. Takeda, Y. Shimamura, Y. Inoue
  • 雑誌名: Composites Part A
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanoscopic observations for evaluating the failure process of aligned multi-walled carbon nanotube / epoxy composites (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuda, T. Ogasawara, S-Y Moon, K. Nakamoto, N. Takeda, Y. Shimamura, Y. Inoue
  • 雑誌名: Composites Science and Technology (2013) 巻: 48 [14] ページ: 48-56
  • NAID: 120006832358
  • 査読あり
• [雑誌論文] 配向カーボンナノチューブ/エポキシ複合材料の力学特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小笠原俊夫、仲本兼悟、津田皓正、小川武史、文淑英、島村佳伸、井上翼
  • 雑誌名: 日本複合材料学会誌 巻: 339 [6] ページ: 240-247
  • NAID: 130004872165
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanoscopic observations for evaluating the failure process of aligned multi-walled carbon nanotube / epoxy composites (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuda, T. Ogasawara, S-Y Moon, K. Nakamoto, N. Takeda, Y. Shimamura, Y. Inoue
  • 雑誌名: Composites Science and Technology 巻: 88 ページ: 48-56
  • DOI: 10.1016/j.compscitech.2013.08.034
  • NAID: 120006832358
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanical properties of aligned multi-walled carbon nanotube / epoxy composites processed using a hot-melt prepreg method (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Ogasawara, S-Y. Moon, Y. Inoue, Y. Shimamura
  • 雑誌名: Composite Science and Technology 巻: 71 号: 16 ページ: 1826-1833
  • DOI: 10.1016/j.compscitech.2011.08.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanical properties of aligned multi-walled carbon nanotube/epoxy composites processed using a hot-melt prepreg method (2011)
  • 著者名/発表者名: 小笠原俊夫、文 淑英、井上 翼、島村佳伸
  • 雑誌名: Composites Science and Technology 巻: 71 ページ: 1826-1833
  • 査読あり
• [学会発表] カーボンナノチューブ複合材料の最近の進歩 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小笠原俊夫、他5名
  • 学会等名: 日本非破壊検査協会安心・安全な社会を築く先進材料・非破壊計測技術シンポジウム
  • 発表場所: 東京都
  • 年月日: 2014-03-11
• [学会発表] 配向カーボンナノチューブ/エポキシ複合材料の力学特性強化機構に関する一考察 (2014)
  • 著者名/発表者名: 津田皓正、小笠原俊夫、他4名
  • 学会等名: 日本材料学会・日本複合材料学会第5回日本複合材料会議
  • 発表場所: 京都市
• [学会発表] 配向カーボンナノチューブ/エポキシ複合材 料の力学特性強化機構に関する一考察 (2014)
  • 著者名/発表者名: 津田皓正、小笠原俊夫、文淑 英、西川雅章、井上翼、島村佳 伸、武田展雄
  • 学会等名: 第５回日本複合材料会議（JCCM-5） 日本材料学会／日本複合材料学会
  • 発表場所: 京都市
• [学会発表] 新たな表面処理法によるカーボンナノチューブ複合材の強度変化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 文淑英、小笠原俊夫、島村佳伸、井上翼
  • 学会等名: 第５回日本複合材料会議（JCCM-5） 日本材料学会／日本複合材料学会
  • 発表場所: 京都市
• [学会発表] 配向カーボンナノチューブ/ポリイミド複合 材料の製作および力学特性評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 瓦林亘、小笠原俊夫、文淑英、石田雄一、津田皓正、小川武史、蓮沼将太、島村佳伸、井上翼
  • 学会等名: 第５回日本複合材料会議（JCCM-5） 日本材料学会／日本複合材料学会
  • 発表場所: 京都市
• [学会発表] Processing and properties of aligned carbon nanotubes / PPS composite (2013)
  • 著者名/発表者名: 小笠原俊夫、他6名
  • 学会等名: The 13 the Japan International SAMPE Symposium & Exhibition (JISSE-13)
  • 発表場所: 名古屋市
• [学会発表] 配向カーボンナノチューブ/エポキシ樹脂複合材料積層板の力学特性評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 花光悟、小笠原俊夫、他6名
  • 学会等名: 日本複合材料学会第38回複合材料シンポジウム
  • 発表場所: 鹿児島市
• [学会発表] 配向カーボンナノチューブ／エポキシ樹脂複合材料積層板の力学特性評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 花光悟、小笠原俊夫、文淑英、津田皓正、小川武史、蓮沼将太、島村佳伸、井上翼
  • 学会等名: 第38回複合材料シンポジウム 日本複合材料学会
  • 発表場所: 鹿児島市
• [学会発表] 配向カーボンナノチューブ／ＰＰＳの力学特性に及ぼす繊維体積率および繊維配向角の影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 塩田一馬、小笠原俊夫、文淑英、津田皓正、小川武史、蓮沼将太、島村佳伸、井上翼
  • 学会等名: 第38回複合材料シンポジウム 日本複合材料学会
  • 発表場所: 鹿児島市
• [学会発表] Processing and properties of aligned carbon nanotubes / PPS composites (2013)
  • 著者名/発表者名: 小笠原俊夫、文淑 英、塩田一馬、小川武史、津田皓正、井上翼、島村佳 伸、武田展雄
  • 学会等名: The 13th Japan International SAMPE Symposium & Exhibition (JISSE-13)
  • 発表場所: 名古屋市
• [学会発表] 配向カーボンナノチューブ/エポキシ複合材料の力学特性（配向角度分布が弾性率に及ぼす影響について） (2013)
  • 著者名/発表者名: 小笠原俊夫、文淑 英、仲本兼悟、小川武史、津田皓正、井上翼、島村佳 伸、武田展雄
  • 学会等名: 第55回構造強度に関する講演会 日本航空宇宙学会
  • 発表場所: 室蘭市
• [学会発表] 一方向配向CNT含有複合材料のミクロ破壊観察および破壊機構のモデル化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 津田皓正、小笠原俊夫、他5名
  • 学会等名: 第37回複合材料シンポジウム、日本複合材料学会
  • 発表場所: 名古屋市
  • 年月日: 2012-10-18
• [学会発表] 一方向配向Aligned CNT sheet含有複合材料の破壊進展に関する実験的評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 津田皓正、小笠原俊夫、他5名
  • 学会等名: 日本複合材料学会・日本材料学会第4回日本複合材料合同会議(JCCM4)
  • 発表場所: 東京都
  • 年月日: 2012-03-07
• [学会発表] umerical simulation for tensile tests and microscopic fracture process of aligned multi-wall carbon nanotube / epoxy composites (2012)
  • 著者名/発表者名: Terumasa TSUDA, M. NISHIKAWA, T. OGASAWARA, K. NAKAMOTO, Y. SHIMAMURA, Y. INOUE and N. TAKEDA
  • 学会等名: The 21st International Conference on Composites Interface (Interface 21)
  • 発表場所: 大阪市
• [学会発表] カーボンナノチューブ複合材料の最近の進歩
  • 著者名/発表者名: 小笠原俊夫、津田皓正、小川武史、島村佳伸、井上翼
  • 学会等名: 安心・安全な社会を築く先進材料・非破壊計測技術シンポジウム 日本非破壊検査協会
  • 発表場所: 東京都
  • 招待講演
• [学会発表] 配向カーボンナノチューブ/エポキシ複合材料の力学特性に及ぼす配向分布・うねりの影響
  • 著者名/発表者名: 仲本兼悟、小笠原俊夫、小川武史、津田皓正、井上翼、島村佳伸
  • 学会等名: 日本複合材料学会 第37回複合材料シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋市
• [学会発表] 一方向配向ＣＮＴ含有複合材料のミクロ破壊観察および破壊機構のモデル化
  • 著者名/発表者名: 津田皓正、小笠原俊夫、西川雅章、仲本兼悟、島村佳伸、井上翼、武田展雄
  • 学会等名: 日本複合材料学会 第37回複合材料シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋市
• [学会発表] Processing and properties of aligned carbon nanotube /polymer matrix composites
  • 著者名/発表者名: 小笠原俊夫、文淑英、井上翼、島村佳伸、津田皓正、武田展雄、仲本兼悟、小川武史
  • 学会等名: UK-Japan Workshop on Composites 2013
  • 発表場所: 英国ブリストル
  • 招待講演
• [学会発表] 一方向配向Aligned CNT sheet 含有複合材料の破壊進展に関 する実験的評価
  • 著者名/発表者名: 津田皓正、小笠原俊夫、文淑英、仲本兼悟、島村佳伸、井上翼、武田展雄
  • 学会等名: 日本複合材料学会・日本材料学会 第4回日本複合材料合同会議（JCCM4）
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] Mechanical properties of composite laminates fabricated from aligned multi-walled CNT/epoxy prepreg
  • 著者名/発表者名: 小笠原俊夫、井上翼、島村佳伸
  • 学会等名: 12th Japan International SAMPE Symposium & Exhibition (JISSE12)
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] Mechanical Properties of Composite Laminates Fabricated from Aligned Multi-Walled CNT/Epoxy Prepreg
  • 著者名/発表者名: 仲本兼悟、小笠原俊夫、小川武史、津田皓正、井上翼、島村佳伸
  • 学会等名: 12th Japan International SAMPE Symposium & Exhibition (JISSE12)
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] Numerical Simulation for Tensile Tests of Aligned Multi-Wall Carbon Nanotube/Epoxy Composites Processed Using a Hot-Melt Prepreg Method
  • 著者名/発表者名: 津田皓正、小笠原俊夫、西川雅章、仲本兼悟、井上翼、島村佳伸、武田展雄
  • 学会等名: 12th Japan International SAMPE Symposium & Exhibition (JISSE12)
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] 配向カーボンナノチューブ含有複合材料の試作および力学特性評価
  • 著者名/発表者名: 仲本兼悟、小笠原俊夫、小川武史、津田皓正、井上翼、島村佳伸
  • 学会等名: 第3回日本複合材料合同会議、日本複合材料学会／日本材料学会
  • 発表場所: 京都市
• [学会発表] CNT 分散樹脂を母材とするCFRP の試作と評価
  • 著者名/発表者名: 佐原直哉、小笠原俊夫、小川武史、津田皓正、井上翼、島村佳伸
  • 学会等名: 第3回日本複合材料合同会議、日本複合材料学会／日本材料学会
  • 発表場所: 京都市
• [学会発表] 高いCNT体積含有率を有するCNT/エポキシ複合材料の試作と力学特性評価
  • 著者名/発表者名: 仲本兼悟、小笠原俊夫、小川武史、津田皓正、井上翼、島村佳伸
  • 学会等名: 第３６回複合材料シンポジウム、日本複合材料学会
  • 発表場所: 仙台市
• [学会発表] 一方向配向カーボンナノチューブ含有複合材料の破壊進展観察および荷重伝達機構のモデル化
  • 著者名/発表者名: 津田皓正、小笠原俊夫、西川雅章、仲本兼悟、井上翼、島村佳伸、武田展雄
  • 学会等名: 第３６回複合材料シンポジウム、日本複合材料学会
  • 発表場所: 仙台市