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2014 年度 実績報告書

自己修復能を材料に付与する次世代インテリジェントマイクロカプセルの創製と応用展開

研究課題

研究課題/領域番号 24360322
研究機関鹿児島大学

研究代表者

吉田 昌弘  鹿児島大学, 理工学研究科, 教授 (50315397)

研究分担者 武井 孝行  鹿児島大学, 理工学研究科, 准教授 (90468059)
研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2016-03-31
キーワード自己修復 / マイクロカプセル / カプセル化修復材 / コア-シェル構造 / インテリジェント材料
研究実績の概要

ポリマー系材料は、構造深部に亀裂(マイクロクラック)を受けやすく、検知と修復が困難である。一度亀裂を生じると材料の構造全体が大きく損傷してしまう。本研究課題は、この問題に対応している。ここで新規に開発するポリマー系材料(複合材料)は、(1) 材料製品の生産に典型的に用いられるポリマーマトリクス(樹脂基材)に修復材(反応性モノマー)を含むマイクロカプセルと触媒を混合して作られ、(2) 材料に亀裂が生じた場合、その亀裂がカプセル膜を破壊してからモノマーがカプセル内から流出し、(3) その流出したモノマーがクラック表面に露出した触媒にふれると重合反応の進行により亀裂は自己修復し、(4) いったん修復すると亀裂を生じた材料は元の強度を取り戻す特徴を有する。本研究開発は、マイクロカプセルを導入した自己修復機能を有する新しい複合材料の開発を目的としている。
H26年度は、基礎実験として使用する具体的な基材としてエポキシ樹脂に修復材(トリメチロールプロパントリメタクリレート等)を内包するマイクロカプセルを分散させたものをモデル複合材料とする。樹脂母剤となるエポキシ樹脂と修復剤内包マイクロカプセルの配合割合を変化させたものを作成し、1)マイクロカプセルの試験片中への分散状態、2)マイクロカプセル、触媒、エポキシ樹脂との配合割合が及ぼす試験片強度(圧縮試験、曲げ試験等)、3)自己修復能を確認および評価するために修復材硬化にかかる温度依存性や硬化時間の検討を行った。また、次年度に計画予定の予備実験も一部実施した。

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

基材であるエポキシ樹脂に修復材入りマイクロカプセルを分散させたものをモデル複合材料として調製できた。エポキシ樹脂と修復剤入りマイクロカプセルの配合割合を変化させたものを調製し、強度試験など定量的に評価できた。また、次年度の計画に繋がる予備的な実験も実施できた。

今後の研究の推進方策

今後は、複合材料の自己修復能力発現の定量化を中心に行う。修復材を内包するマイクロカプセルを導入したものから成る種々のモデル試験片(マイクロカプセルの試験片中への分散状態、マイクロカプセル・触媒・エポキシ樹脂との配合割合を考慮したもの)を利用する。自己修復機能を付与した複合材料の修復効率を求める方法としてテーパ型二重カンチレバービーム(TDCB)破壊試験を適用する予定である。調製した修復材入りマイクロカプセルと触媒を複合材料中に分散させたTDCB試験片を作成し、TDCB破壊試験を行い、修復前と修復後の複合材料の荷重を測定して自己修復効率を定量化する。自己修復能力から得られたデータを更にマイクロカプセルの設計指針へのフィードバックする。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (2件) (うち謝辞記載あり 2件、 査読あり 1件) 学会発表 (2件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Microencapsulation technology giving self-Healing ability to materials2014

    • 著者名/発表者名
      Masashiro Yoshida, Marina Fukushima, Kanako Uesugi, Yoshihiro Ohzuno, Takayuki Takei
    • 雑誌名

      Journal of The Surface Finishing Society of Japan

      巻: 65 ページ: 22~26

    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 重合性モノマーを内包したメラミンマイクロカプセルの調製と自己修復材としての評価2014

    • 著者名/発表者名
      福島真理成, 上杉加奈子, 廣瀬由貴美, 大角義浩, 塩盛 弘一郎, 清山 史朗, 武井 孝行, 吉田 昌弘
    • 雑誌名

      科学・技術研究

      巻: 3 ページ: 127~132

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 自己修復機能を材料に付与するマイクロカプセルの基礎特性および自己修復能力評価2015

    • 著者名/発表者名
      吉田昌弘,福島真理成,廣瀬由貴美,大角義浩,武井孝行,清山史朗,塩盛弘一郎
    • 学会等名
      化学工学会第80年会(E224)
    • 発表場所
      芝浦工業大学(東京都)
    • 年月日
      2015-03-19 – 2015-03-21
  • [学会発表] 修復剤内包マイクロカプセルを利用したTDCB試験片の自己修復能力評価2014

    • 著者名/発表者名
      福島真理成,大角義浩,武井孝行,吉田昌弘,清山史朗,塩森弘一郎
    • 学会等名
      化学工学会第46秋季大会(D315)
    • 発表場所
      九州大学(福岡市)
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-19
  • [図書] 懸濁重合における粒子径制御・均一化と不具合対策・機能性粒子調製技術(第5章 機能性微粒子の調製 第3節)2014

    • 著者名/発表者名
      幡手 泰雄, 吉田 昌弘, 武井 孝行, 塩盛 弘一郎
    • 総ページ数
      22
    • 出版者
      サイエンス&テクノロジー株式会社

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公開日: 2016-06-01  

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