複合材料強化用p-アラミド繊維の超臨界流体を用いた新規表面処理法

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14350361
• 研究機関: 湘南工科大学
• 研究代表者: 幾田 信生 湘南工科大学, 工学部, 教授 (30277941)
• 研究分担者: 濱田 州博 信州大学, 繊維学部, 教授 (30208582) ; 森井 亨 湘南工科大学, 工学部, 助教授 (50230090)
• キーワード: パラ系アラミド繊維 / 一方向繊維複合材料 / 界面強化 / シランカップリング剤 / フィルムフォーマ / 超臨界流体 / 結晶間間隙 / 浸透・架橋

研究概要

アラミド繊維類は複合材料化においてマトリックス樹脂との界面接着性が乏しい。このために、高性能複合材料としての活用は未だに低い。
本研究では、とくに、ポリパラフェニレンフタルアミド(PPTA)繊維を取り上げ、その特異的な結晶性を利用して従来と全く異なる新規方法による界面強化を図り、その界面強化機構を学術的に明らかにする。この結果を通じて、本法の優位性を示すとともに、処理工程の最適化に及ぼす要因について指針を与える。
本研究では、先行研究の成果をもとに、次の2段階手順で繊維の処理を行った。第1に、PPTAの結晶間間隙を広げた状態で低分子を挿入させた(インターカレーション的技法)。この広がった結晶間間隙を加熱して狭くさせて、繊維からの低分子拡散を防いだ。より固着性を高めるために、加熱時に低分子間に結合あるいは架橋を生じさせて結晶間で高分子化させた(ネットワーク形成技術)。これらの技法を活かして、次のような結果を得た。
処理剤組成の検討ではガラス繊維用処理剤として知られるシラン剤とフィルムフォーマの組合せが良好な樹脂/繊維界面強化を示した。フィルムフォーマとして具体的にはウレタン結合からなるエマルジョンを用いた。シラン剤はマトリックス樹脂がエポキシ樹脂であったのでアミノ系のシラン剤とした。このような組合せは前述のネットワーク形成技術達成に相応しいと見られた。
処理剤浸透促進のために二酸化炭素超臨界処理を用いた。浸透程度の検討には現在のところ赤外分光ATR法が相応しいと判断された。分光スペクトルの強度から相対的な浸透程度を評価することが出来た。
処理した繊維は界面せん断強度をマイクロドロップレット法から評価した。複合材料形態としては一方向繊維エポキシ樹脂複合材料を作製した。その結果、本表面処理によって界面強度および曲げ強度を増加させることが明らかになった。

研究成果

• [文献書誌] Akira Yanagawa: "Field desorption mass spectroscopic analysis of silane coupling agents hydrolyzed in solution"Composite Interfaces. 9・5. 403-412 (2002)
• [文献書誌] Nobuo Ikuta: "Interfacial Reinforcement in Composites with PPT Aramid Fiber Modified by Network-Intercalation Method"Design, Manufacturing and Applications of Composites. 316-323 (2002)
• [文献書誌] 幾田信生: "熱可塑性複合材料におけるフィルムフォーマの界面作用"日本学術振興会繊維・高分子機能加工第120委員会年次報告. 53・9. 9-12 (2002)
• [文献書誌] Tohru Morii: "Weight change and AFM study on Al(OH)3 particle/vinylester composite under hydrothermal environment"Durability Analysis of Composite Systems 2001. 145-149 (2002)
• [文献書誌] Tohru Morii: "Environmental effects on E-glass and C-glass fiber reinforced vinylester composites"Design, Manufacturing and Applications of Composites. 429-436 (2002)
• [文献書誌] Yutaka Takaguchi: "Synthesis and Characterization of a Poly(amide amine) Dendrimer Dislfide Having Hydroxy Groups as the Terminals"Bull.Chem.Soc.Jpn.. 75・6. 1374-1351 (2002)
• [文献書誌] (社)高分子学会: "無機/高分子ナノ界面制御"エヌ・ティー・エス. 158 (2003)