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2023 年度 実施状況報告書

電気インピーダンス法を併用したCFRPのバイポーラ型電気分離メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 22K04714
研究機関香川大学

研究代表者

松田 伸也  香川大学, 創造工学部, 准教授 (10550460)

研究分担者 大島 一真  九州大学, 工学研究院, 助教 (60734275)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワード繊維の織り方 / 熱可塑性樹脂 / ジュール熱
研究実績の概要

本研究では,電気処理法によりCFRPから樹脂を分離するリサイクル手法に焦点を当てている.「どのようにCFと樹脂は分離されるのか?」の命題に対して,電気インピーダンスモニタリングを併用して実験的および理論的な観点から体系的に解明する.該当年度では,エポキシ樹脂を母材とした一方向(UD)および平織(PW)CFRP積層板ならびに熱可塑性CFRP(CFRTP)を対象として,2極セルおよびバイポーラセルによる電気処理を実施し,電気処理に及ぼす各因子の影響を調査した.さらに電気インピーダンス測定方法を検討した.その概要を以下に示す.
1.二極セルおよびバイポーラセルを用いた電気処理では,UD-CFRPおよびPW-CFRPの分離率は,それぞれのセルで処理した値を比較すると同程度の値を示した.したがって,樹脂の分離率は両電気処理法ともに繊維の織り方に影響しない.
2.二極セルを用いたCFRTPの電気処理では,エポキシ樹脂で製作したPW-CFRPと比較して,2倍ほど高い分離率を示した.電気処理による炭素繊維と樹脂の分離は,樹脂の種類に依存することを示している.
3.CFRTPに対して,低電圧および高電圧下でそれぞれ二極セルを用いた電気処理をそれぞれ実施した.その結果,低電圧下での処理で得た分離率は,高電圧下でのものと比較して約1.3倍の高い値を得た.高電圧下では,樹脂がジュール熱により溶融した様相が観察されたが,低電圧下では,主に樹脂分離の様相のみ観察された.したがって,ジュール熱による樹脂溶融は,逆に分離を阻害する.
4.バイポーラセルによる電気インピーダンス測定において,CFRPや電極の設置方法を検討した.その結果,CFRPに対する電気インピーダンスに対してこれらの影響がほとんどない手法を見出した.今後,本手法に基づき具体的に測定を実施していく.

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

当初は,該当年度において「1.電気処理に及ぼす各因子の影響」および「2.電気処理に対するインピーダンスモニタリング」を計画していた.計画1では,昨年度に引き続き,繊維の織り方や樹脂の影響を検討することができた.計画2では,具体的なモニタリングまでは行えてはいないが,手法をおよそ検討できた.以上より,該当年度ではおおむね順調に進展している.

今後の研究の推進方策

最終年度では,検討できた電気インピーダンス測定方法に基づき,具体的なモニタリングに取り組む予定である.これを基に,繊維と樹脂の分離メカニズムに迫る.

次年度使用額が生じた理由

昨年度の課題であったモニタリングできる手法を検討でき,成果を配信する準備も整ってきた.最終年度では,当初の予定通り,研究実施計画に基づきモニタリングおよび成果配信を進め,計画に基づき予算を計上する.

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Recycling of wet carbon fiber-reinforced plastic laminates by thermal decomposition coupled with electrical treatment2024

    • 著者名/発表者名
      Matsuda Shinya、Koyano Saki、Oshima Kazumasa
    • 雑誌名

      Composites Part A: Applied Science and Manufacturing

      巻: 178 ページ: 107991~107991

    • DOI

      10.1016/j.compositesa.2023.107991

    • 査読あり
  • [学会発表] 電気処理によるCFRP積層板の樹脂分離特性2024

    • 著者名/発表者名
      高橋皓太,松田伸也,大島一真
    • 学会等名
      日本機械学会 中国四国支部 第62期総会・講演会
  • [学会発表] Effects of fiber orientation and matrix on resin removal from carbon-fiber reinforced composites by electrical treatment2023

    • 著者名/発表者名
      Yuki Yoshikawa, Shinya Matsuda, Kazumasa Oshima
    • 学会等名
      The 4th Joint Workshop of Advanced Materials Science and Engineering between Hanbat National University and Kagawa University (4th JWHK)
    • 国際学会
  • [学会発表] 変形・損傷・破壊の視点によるCFRPのリサイクルに関する研究2023

    • 著者名/発表者名
      松田伸也
    • 学会等名
      日本材料学会中国支部材料研究交流会
    • 招待講演
  • [学会発表] 電圧印加法を用いた炭素繊維強化プラスチックの新規リサイクル法の開発2023

    • 著者名/発表者名
      大島一真,松田伸也
    • 学会等名
      第12回JACI/GSCシンポジウム

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公開日: 2024-12-25  

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