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2022 年度 実績報告書

ナノ繊維複合材料の成形流れにおける繊維配向計測と流動による配向制御

研究課題

研究課題/領域番号 21K14417
研究機関新潟大学

研究代表者

佐藤 大祐  新潟大学, 研究推進機構, 助教 (70778703)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2023-03-31
キーワードセルロースナノファイバー / 繊維分散系流体 / 偏光イメージング / 流動複屈折 / 降伏流体 / 平面流れ / サスペンション
研究実績の概要

2022年度は、セルロースナノファイバー(CNF)分散系流体(濃度は0.3 wt%から1.5 wt%)のレオ・オプティックス計測および平面流れにおける繊維配向場の計測を遂行した。
レオ・オプティックス計測は、レオメータと偏光イメージングカメラを組み合わせたシステムで行った。これにより、レオメータが計測する力学的物性と偏光イメージングカメラによって計測される配向現象の同時計測が可能となる。サンプルの降伏現象の詳細を調べるために、試験手法は応力増加試験を採用した。その結果、濃度が1.0 wt%以上のサンプルにおいて、2回の降伏挙動が発生すること、そして、2回目の降伏はせん断速度に依存することが明らかになった。さらに、2回目の降伏が発生する前に流動を停止させると、配向がランダム化せずに、ある一定の繊維配向状態を保ったまま残ることも見出した。一方、2回目の降伏後に流動を停止した場合は、停止後にサンプルの配向は無秩序な状態へと緩和することを観測した。このことから、あるせん断速度以下で流動させ停止させた場合は、流動中に形成される弱いゲル状の構造を停止後も維持することがわかった。
平面流れにおける繊維配向場の検討は、平面急縮小流れを主に対象として行った。縮小は、急縮小流路とテーパー型流路を用いて、縮小場と配向場の関係を詳細に調べた。その結果、縮小流れが生じている領域では繊維は流れ方向に強く配向するものの、その程度(配向の強さ)は、急縮小型の流路が最も大きいことが明らかになった。これはテーパー型と急縮小型で発生する伸長速度の分布に違いがあるためと考えられるものの、速度場計測を行っていないため、今後、速度場との定量的な比較を行う必要がある。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2022

すべて 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件)

  • [学会発表] The fiber-orientation of cellulose nanofiber suspensions in a planar expansion flow2022

    • 著者名/発表者名
      Akiyoshi Kusano, Akiomi Ushida, Taisuke Sato
    • 学会等名
      Proceedings of The 13th Pacific Symposium on Flow Visualization and Image Processing
    • 国際学会
  • [学会発表] CNF分散系流体の縮小・拡大流れにおける繊維配向に対するスリット長の影響2022

    • 著者名/発表者名
      草野曜圭, 牛田晃臣, 佐藤大祐
    • 学会等名
      第70回レオロジー討論会
  • [学会発表] 平面伸長流れにおけるCNF分散系流体の繊維配向2022

    • 著者名/発表者名
      渡邉友哉, 牛田晃臣, 佐藤大祐
    • 学会等名
      第70回レオロジー討論会
  • [学会発表] 平面拡大流れにおけるCNF分散系流体の繊維配向と流量の関係性2022

    • 著者名/発表者名
      草野曜圭, 牛田晃臣, 佐藤大祐
    • 学会等名
      日本機械学会 2022年度年次大会
  • [学会発表] CNF分散流体の平面流れに誘起される繊維配向2022

    • 著者名/発表者名
      草野曜圭, 牛田晃臣, 佐藤大祐
    • 学会等名
      日本レオロジー学会 第49年会

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公開日: 2023-12-25  

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