| 研究課題/領域番号 |
16K06755
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| 研究機関 | 金沢工業大学 |
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研究代表者 |
斉藤 博嗣 金沢工業大学, 工学部, 准教授 (70367457)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 浸透性 / ぬれ性 / Darcyの法則 / 界面制御 / 付着エネルギ |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，異なる界面制御を施した繊維と，異なる表面張力を持つ樹脂を用いて，接触角測定と浸透性試験をおこなった．試験により得られた浸透性と，接触角より求めた付着エネルギから，ぬれ性と浸透性の相関性を検討した．
ガラスクロスに離型処理を施すと，接触角は大きくなり，より樹脂をはじきやすくなることが分かった．一方離型処理を施すと浸透性は向上した．浸透性は目視で確認しているため，はじきやすい状態の場合見かけの浸透性が向上することが考えられた．
接触角測定の結果，エンジンオイルはシランカップリング処理濃度が高まるとぬれやすくなることがわかった．一方エポキシ樹脂においては傾向が見られなかった．ガラス繊維に含浸する樹脂のぬれを板状のガラスで観察することは非常に難しいことがわかった．実際の繊維に近い状態で観察するには，表面性状や材質などの影響因子を考慮する必要があると考えられる．
浸透性試験からシランカップリング処理濃度を高めるほど浸透性が高くなることがわかった．この傾向は粘度の異なる液体を用いても同じ傾向であった．付着エネルギと浸透性の関係から，近似曲線を導出した．近似曲線から，本材料系において付着エネルギが70.0～80.0[mN/m]付近のとき，樹脂が浸透しなくなる可能性が示唆された．また，近似曲線から浸透性と付着エネルギの関係式を導出した．
離型剤を用いた浸透性と，シランカップリング剤を用いた浸透性との比較から，樹脂が繊維束内に含侵するモードと，繊維束外を流れるモードの境界となる付着エネルギが存在すると考えられた．このため，関係式には適用範囲があると考えられた．この付着エネルギを用いることにより，成形の設計が可能となると考えた．付着エネルギは浸透性に影響を与えており，浸透性のパラメータとなりうる可能性が示唆された．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
大きな目標であった，付着エネルギが浸透性において独立した影響因子である可能性の検証については，その相関性を定量的に明らかにすることができたことから，概ね順調に進展していると考えられる．一方で，これまでに検討に用いたエポキシ樹脂およびエンジンオイルに対し，付着エネルギが同等かつ粘度等が大きく異なる樹脂系の選定が従来の取り組みで十分に検討ができていないため，これらの選定を急ぎ，材料系の変化による浸透性とぬれ性の相関性の検証が必要である．
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの取り組みを通じて，浸透性と付着エネルギにより定量化したぬれ性の直接的な相関性を確認した．ある付着エネルギ以下では繊維束内への浸透が発生せず，繊維束周りの樹脂流れが支配的となるため，樹脂の浸透挙動が大きく変化するしきい値を示すものと考えられる．そのため，【第１の課題】として，このしきい値となる付着エネルギが，異なる材料系においてどのように変化するかを確認する．特に，これまでに検討に用いたエポキシ樹脂およびエンジンオイルに対し，付着エネルギが同等かつ粘度等が大きく異なる樹脂系の選定が従来の取り組みで十分に検討ができていないため，これらの選定を急ぐとともに，材料系の変化による浸透性とぬれ性の相関性の検証をおこなう．これらと同時に，【第２の課題】として，繊維束内外の樹脂流れがどのように変化するかを実験的に確認するため，繊維束単位のミクロスケールにおける樹脂の浸透挙動を観察するためのモデル試験法を検討する．従来の樹脂浸透に関する研究例でも，ミクロスケールにおける繊維束内外の樹脂流れについて検討されているが，特に繊維束内において３次元的に流れる樹脂の挙動を実際に観察するのは容易ではなく，直接的な観察例はない．そのため，仮想的な部分が多く，これらを実験的に検証することができれば，浸透メカニズムを明らかにするためのブレークスルーになると考えられる．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
消耗品の購入が予定よりも少なく済んだため．
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| 次年度使用額の使用計画 |
次年度の消耗品予算に充てる．
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