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2020 年度 実施状況報告書

ナノカーボンの母材樹脂への添加による繊維強化複合材料の高温環境耐摩耗性向上

研究課題

研究課題/領域番号 20K04241
研究機関兵庫県立大学

研究代表者

松本 直浩  兵庫県立大学, 工学研究科, 助教 (80843987)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード炭素ナノ粒子 / 複合材料 / CFRP / 耐摩耗特性 / トライボロジー
研究実績の概要

母材樹脂の摺動特性を明らかとするために、初年度はナノ球状グラファイト粒子をエポキシ樹脂に高濃度に分散させる技術の確立を行った.ナノダイヤモンドから合成したナノ球状グラファイト粒子を用いて、ビスフェノールA型エポキシ樹脂主剤に対して、超音波ホモジナイザーを用いて分散を行った.濃度を5wt%まで高めて、樹脂中での粒子の分散状態の観察を行った結果、高濃度化により粒子凝集体サイズの増加が確認された.また、一部気泡の残存がみられ、粒子添加により樹脂粘度が上昇したことによるものと考えられる.また、高濃度添加樹脂の機械特性を評価した結果、ある濃度を超えると引張強度および弾性率の低下がみられた.摩擦試験の結果、摩擦係数、摩耗体積がいずれも上昇することが明らかとなった.高濃度添加樹脂においては、樹脂表面の粗さが増加しておりその影響が考えられる.また高濃度の添加により、摩擦時の鋼鉄球への樹脂の移着量の増加が観察されており、これにより摩擦特性が悪化したものと考えられる.鋼鉄球への樹脂移着の増加は、高濃度化により添加樹脂の強度が低下したことによるものと考えられるため、樹脂の強度向上により摩擦特性の改善が期待される.樹脂の強度は、欠陥部に局所的に応力が集中したことによると考えられるため、粒子添加濃度の高濃度化による、粒子の分散性の低下や、ボイドの増加の改善により向上が期待されるため、樹脂への分散強化を今後図っていく.

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

エポキシ樹脂へのナノ球状グラファイト粒子添加濃度の増加に対して、課題の抽出が完了しており、概ね計画通りに進捗している.また摩擦試験結果分析のための、SEM, TEM, Raman, XPS等の評価準備ができており,改善要因の明確化が可能な体制が整っている.

今後の研究の推進方策

粒子添加の高濃度化により課題が抽出できたため、高濃度化のための粒子分散条件の確立を進める.さらに粒子分散状態と摩擦特性の関係について、摩擦面の形態観察による局所的摩耗や粒子の分散状態を比較することで、影響を検証していく.

次年度使用額が生じた理由

本年度の評価により、予想していたよりも詳細な課題抽出ができたため、その条件により詳細に適合する機器を選定するために、当初予定よりも機器の購入時期が後ろ倒しとなったため.

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2020

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 1件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Formation of large area closely packed carbon onions film by plasma-based ion implantation2020

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto Naohiro、Kinoshita Hiroshi、Choi Junho、Kato Takahisa
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 ページ: 10037

    • DOI

      10.1038/s41598-020-67323-9

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis of smooth low friction graphitic nanoparticle film by vacuum arc deposition2020

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto Naohiro、Kinoshita Hiroshi、Ohmae Nobuo
    • 雑誌名

      Diamond and Related Materials

      巻: 109 ページ: 108048~108048

    • DOI

      10.1016/j.diamond.2020.108048

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Room temperature hydrogen storage in modified vertically-aligned carbon nanotubes forest measured in vacuum by a langasite microbalance2020

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto Naohiro、Kinoshita Hiroshi、Shimanaka Yoshihito、Ohmae Nobuo
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters

      巻: 751 ページ: 137530~137530

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2020.137530

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Application of Wood-Utilized Synthesized Copper-Based Particle for the Improvement of Wear Resistance of Epoxy Resin2020

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto Naohiro、Maeda Mikihiro、Nakatani Yuya、Omiya Yuya、Kinoshita Hiroshi
    • 雑誌名

      Tribology Online

      巻: 15 ページ: 388~395

    • DOI

      10.2474/trol.15.388

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Entry behavior into Friction Interface and Forming Unstable Lubricating Accumulation of Graphene Oxide between SUJ2 Ball and Glass Disk under Boundary Lubrication2020

    • 著者名/発表者名
      Kinoshita Hiroshi、Shibata Masanori、Matsumoto Naohiro
    • 雑誌名

      Tribology Online

      巻: 15 ページ: 150~153

    • DOI

      10.2474/trol.15.150

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Tribological property of cellulose nanofiber water dispersion using various material pairs2020

    • 著者名/発表者名
      KINOSHITA Hiroshi、INADA Yoichi、MATSUMOTO Naohiro
    • 雑誌名

      Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing

      巻: 14 ページ: JAMDSM0039

    • DOI

      10.1299/jamdsm.2020jamdsm0039

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Structure Control of Carbon Nanoparticle for Tribological Application2020

    • 著者名/発表者名
      松本直浩、木之下博
    • 学会等名
      トライボロジー会議2020秋
    • 招待講演
  • [学会発表] 酸化グラフェンの摩擦界面への侵入挙動のその場観察(1) -分散水中でのくさび効果-2020

    • 著者名/発表者名
      木之下博、柴田真範、松本直浩
    • 学会等名
      トライボロジー会議2020秋
  • [学会発表] 木質由来酸化銅微粒子添加によるエポキシ樹脂の耐摩耗性の向上2020

    • 著者名/発表者名
      前田樹大、松本直浩、 木之下博
    • 学会等名
      トライボロジー会議2020秋
  • [学会発表] セルロースナノファイバー添加エポキシ樹脂の機械的特性およびトライボロジー特性2020

    • 著者名/発表者名
      稲田陽一、松本直浩、木之下博
    • 学会等名
      トライボロジー会議2020秋
  • [学会発表] 酸化グラフェンの摩擦界面への侵入挙動のその場観察(2) -分散PAO中での分散方法による相違-2020

    • 著者名/発表者名
      平井悠太朗、木之下 博、松本直浩
    • 学会等名
      トライボロジー会議2020秋
  • [図書] 水中・液中における測定・評価と応用技術2020

    • 著者名/発表者名
      木之下博,松本直浩
    • 総ページ数
      168
    • 出版者
      S&T出版

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公開日: 2021-12-27  

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