ナノファイバー複合材料の成形加工過程の流動制御を視野に入れた流動誘起構造の計測

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18K04728
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分26030:複合材料および界面関連
• 研究機関: 愛媛大学
• 研究代表者: 保田 和則 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (80239756)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: セルロースナノファイバー / 流動誘起配向 / 高分子 / レオロジー / 配向制御

研究成果の概要

セルロースナノファイバー（CNF）を水に分散させた流体の流動と，流動によって引き起こされるCNFの配向状態について調べた。まず高分子をCNFに希薄に添加して，配向状態に対する高分子の影響を調べたところ，高分子の種類によって配向状態が異なることがわかった。次に，急縮小部や急拡大部，円柱回りなどの複雑な流れ中における配向状態を調べたところ，流れによってCNFの配向状態が大きく変化した。配向状態は通常，恣意的に制御することは難しいが，本研究では急縮小の流れ場を用いてCNFの配向状態を制御することができた。

自由記述の分野

非ニュートン流体力学

研究成果の学術的意義や社会的意義

セルロースナノファイバー（CNF）は注目度の高い材料であるが，流体力学的な観点からの研究は少ない。CNFは細長い短繊維形状をしており，流動中の配向状態を調べる研究はとくに少ない。本研究はその先駆け的研究である。マクロサイズの短繊維の配向状態は過去によく研究されていたが，CNFのようなナノスケールサイズの繊維の配向状態は温度に影響され，添加する高分子が希薄であっても高分子の種類によっては配向状態が変化することが明らかとなった。これらの結果は，CNFを用いた成形品などを製造するにあたっての基礎的な知見となるものと期待できる。