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2022 年度 実績報告書

新規な反応性環動高分子を用いた強さと伸びを併せもつ革新的な炭素材料界面の開発

研究課題

研究課題/領域番号 20K05111
研究機関山形大学

研究代表者

高橋 辰宏  山形大学, 大学院有機材料システム研究科, 教授 (60344818)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード炭素繊維 / 界面 / 環動高分子 / 反応性 / 水素結合
研究実績の概要

炭素繊維/樹脂の界面の精密設計を行うため、これまでの成果を踏まえて、まず炭素繊維のモデル物質として、単分子層の被覆量の熱重量分析による定量的分析と赤外分光分析が可能な1μmサイズのダイヤモンド粒子を用いた検討を行った。カルボン酸変性したポリロタキサンと変性前のポリロタキサンの被覆効果を比較した。溶媒で充分に洗浄除去しても、カルボン酸変性したポリロタキサンでは単分子結合被覆できていることを確認した。これは変性で導入されたカルボン酸とダイヤモンド粒子表面のカルボン酸との間の水素結合の形成による効果であると解釈でき、この基礎知見を活かして炭素繊維への被覆を設計することにした。
炭素繊維樹脂複合体を溶融混合にて作製し、ミニダンベル試験片を圧縮成形で作製し、引張強度特性を評価して、強度と伸びを両立した界面設計ができているかの実証を、以下の5つの比較から検討した。(i)部分カルボン酸変性したポリロタキサンを被覆した炭素繊維(15wt%)、マトリックス(85wt%)として、ポリプロピレンを(82.45wt%)、無水マレイン酸変性ポリプロピレン(2.55wt%) (ii)炭素繊維とポリプロピレン (iii)カルボン酸変性したポリロタキサンを被覆した炭素繊維とポリプロピレン (iv)炭素繊維とポリプロピレンと無水マレイン酸変性ポリプロピレン (v)カルボン酸変性していないポリロタキサンを被覆した炭素繊維とポリプロピレンと無水マレイン酸変性ポリプロピレン
これらの比較から、従来の材料設計では(iv)が用いられ、強度は発現できるが、伸びが低かった。一方、(i)により、強度と伸びの両立が実現できることを明らかにした。極微量の部分カルボン酸変性したポリロタキサン被覆で、炭素繊維とは水素結合、無水マレイン酸変性と共有結合で結合することで、環動高分子の効果により強度と伸びを両立できることを実証した。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2022 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Surface Modification of Carbon Fiber for Enhancing the Mechanical Strength of Composites2022

    • 著者名/発表者名
      Tokonami Ryoma、Aoki Katsuhito、Goto Teruya、Takahashi Tatsuhiro
    • 雑誌名

      Polymers

      巻: 14 ページ: 3999~3999

    • DOI

      10.3390/polym14193999

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of Electrically Conductive Thermosetting Resin Composites through Optimizing the Thermal Doping of Polyaniline and Radical Polymerization Temperature2022

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Kohei、Nagura Kazuki、Takamura Masumi、Goto Teruya、Takahashi Tatsuhiro
    • 雑誌名

      Polymers

      巻: 14 ページ: 3876~3876

    • DOI

      10.3390/polym14183876

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Electrically conductive carbon fiber reinforced plastics induced by uneven distribution of polyaniline composite micron-sized particles in thermosetting matrix2022

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Kohei、Yaginuma Katsuya、Goto Teruya、Yokozeki Tomohiro、Okada Takao、Takahashi Tatsuhiro
    • 雑誌名

      Composites Science and Technology

      巻: 228 ページ: 109642~109642

    • DOI

      10.1016/j.compscitech.2022.109642

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of the amount of oxazoline compatibilizer on the mechanical properties of liquid crystalline polymer/polypropylene blends2022

    • 著者名/発表者名
      Takasuka Shogo、Takahashi Tatsuhiro
    • 雑誌名

      International Polymer Processing

      巻: 37 ページ: 38~44

    • DOI

      10.1515/ipp-2021-4110

    • 査読あり
  • [学会発表] Effective Layer-by-layer Chemical Grafting of a Reactive Oxazoline Polymer and MWCNTs onto Carbon Fibers for Enhancing Mechanical Properties of Composites using Polystyrene as a Model Thermoplastic Matrix2022

    • 著者名/発表者名
      Ryoma Tokonami, Teruya Goto, Tatsuhiro Takahashi
    • 学会等名
      ICCFCM (International Conference on Carbon Fiber Composite Materials)
    • 国際学会
  • [学会発表] The Effect of a Reactive Poly (2-Vinyl-2-Oxazoline) Monolayer of Carbon Fiber Surface on the Mechanical Property of Carbon Fiber/Polypropylene Composite Using Maleic Anhydride Grafted Polypropylene2022

    • 著者名/発表者名
      Teruya Goto, Tatsuhiro Takahashi
    • 学会等名
      ICCFCM (International Conference on Carbon Fiber Composite Materials)
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of acrylic acid contents on mechanical properties of ethylene-acrylic acid copolymer/carbon fiber composites2022

    • 著者名/発表者名
      Daichi Yokoi
    • 学会等名
      SmaSys2022 (The 10th International Conference on Smart Systems Engineering)
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of thermosetting conductive resin using polyaniline/Dodecylbenzene sulfonic acid/Phenol resin/Divinylbenzene system2022

    • 著者名/発表者名
      Motoki Sakagami
    • 学会等名
      SmaSys2022 (The 10th International Conference on Smart Systems Engineering)
    • 国際学会
  • [学会発表] カルボン酸変性ポリプロピレンの作製とそれを用いたCF/PP複合体の引張特性2022

    • 著者名/発表者名
      横井大地
    • 学会等名
      日本界面学会 年次大会
  • [学会発表] Layer-by-Layer法によりMWCNT被覆した炭素繊維の作製と樹脂複合体の力学特性2022

    • 著者名/発表者名
      床次僚真 高橋辰宏
    • 学会等名
      日本複合材料学会 第47回複合材料シンポジウム
  • [学会発表] 反応性環動高分子を界面に用いたリサイクル炭素繊維不織布/PMMA複合体の作製及び評価2022

    • 著者名/発表者名
      田邊大貴 高橋辰宏
    • 学会等名
      日本複合材料学会 第47回複合材料シンポジウム
  • [学会発表] Surface modification of CF by reactive polymer and MWCNT for enhancing mechanical properties of polymer composites2022

    • 著者名/発表者名
      Tatsuhiro Takahashi
    • 学会等名
      The 5th bilaateral seminar on radiation research and its related issues 2022
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 高橋辰宏研究室HP

    • URL

      https://tatsuhiro-lab.yz.yamagata-u.ac.jp/

URL: 

公開日: 2023-12-25  

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