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2022 年度 実施状況報告書

永久ヒューズ用導電性複合材料のモルフォロジー制御による常温抵抗率の低減化

研究課題

研究課題/領域番号 21K04666
研究機関大阪公立大学

研究代表者

堀邊 英夫  大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (00372243)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード導電性複合材料 / 海島構造 / 共連続構造 / 相構造 / HDPE/PVDF/カーボンブラック(CB) / 抵抗率 / 親和性 / モルフォロジー
研究実績の概要

ポリマーに導電性粒子(フィラー)を充填すると、絶縁体であるポリマーに導電性を持たせることができる。これを導電性複合材料という。マトリックスに非相溶のポリマーから成るポリマーブレンドを用いると、フィラーは一方のポリマーに優先的に局在し、ポリマーの相構造によりフィラーの局在領域が変化するため、電気特性の制御が期待できる。相構造はポリマーのブレンド比や種類に左右され、主に海島構造か共連続構造のモルフォロジーを形成する。共連続構造をとるとき、フィラーの局在可能範囲は海島構造の海部分よりも狭く、島部分に局在した時のように断裂しないため、より効率的に導電パスを形成することができる。さらに、フィラーと親和性が低い方のポリマーにフィラーを先に充填し、後に親和性の高い方のポリマーを充填すると、フィラーは親和性の高い方のポリマーに移動し、その過程でフィラーがポリマー界面に局在するとき、最も効率よく導電パスが形成されると考えて、それを実現できるかについて検討を行った。具体的には、ポリマーの種類や試料作製手順と
電気特性との相関について、フィラーの移動に着目して実験を行った。
具体的なポリマーとしては、高密度ポリエチレン(HDPE)/ポリフッ化ビニリデン(PVDF)/カーボンブラック(CB)を用いた。CBはHDPEと親和性が高いことをあらかじめ”溶解実験”により確認した。PVDFとCBを先に溶融混練する「PVDF先混練」では、CBはPVDFからHDPEに混練時間とともに移動していくことがわかった。また、移動途中のフィラーがポリマー相界面に存在する時、最も低い抵抗率をとることを確認した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

高密度ポリエチレン(HDPE)/ポリフッ化ビニリデン(PVDF)/カーボンブラック(CB)を用いた系において、当初の仮説(予想)を証明する材料を偶然も含め発見できた。具体的には、CBはHDPEと親和性が高いことをあらかじめ”溶解実験”により確認しており、PVDFとCBを先に溶融混練する「PVDF先混練」において、CBはPVDFからHDPEに混練時間とともに移動していくことが判明した。また、移動途中のフィラーがポリマー相界面に存在する時、本導電性複合材料において最も低い抵抗率をとることを確認した。

今後の研究の推進方策

フィラーの種類によっては、溶融混練時間を長くしても親和性の高いポリマーに移動しない系もあった。その理由について、ポリマーの種類、フィラーの種類やフィラーサイズをパラメータに検討する。具体的には、ポリマーブレンドの種類やフィラーをCBから金属に変更する場合、CBフィラーのサイズを大きく変えたものについて、今後実験を行う予定である。

次年度使用額が生じた理由

コロナのため研究計画を変更したため。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2022

すべて 学会発表 (4件)

  • [学会発表] 導電性粒子を充填したポリマーブレンドにおける室温抵抗率とモルフォロジーの相関2022

    • 著者名/発表者名
      池田茉由、堀邉英夫
    • 学会等名
      第68回 高分子研究発表会(神戸)
  • [学会発表] HDPE/PVDFポリマーブレンドに導電性粒子を充填した複合材料における室温抵抗率とモルフォロジーの相関2022

    • 著者名/発表者名
      池田茉由、堀邉英夫
    • 学会等名
      プラスチック成形加工学会第30回秋季大会
  • [学会発表] HDPE/PVDF/CB複合材料における温度に対する導電性変化2022

    • 著者名/発表者名
      池田茉由、堀邉英夫
    • 学会等名
      プラスチック成形加工学会関西支部2022年度若手セミナー
  • [学会発表] ポリマーブレンドに金属粒子を充填した複合材料における モルフォロジーと電気特性との相関2022

    • 著者名/発表者名
      松野紗也佳、池田茉由、堀邉英夫
    • 学会等名
      プラスチック成形加工学会関西支部2022年度若手セミナー

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公開日: 2023-12-25  

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