炭素繊維複合材料の非加熱分離による高次リサイクル技術の開発と超軽量機能材料の創製

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21651032
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 内藤 牧男 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (40346135)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 譚 振権 大阪大学, 接合科学研究所, 特任研究員 (70526201)
• Keywords: 炭素繊維 / 複合材料 / リサイクル / 材料循環利用

Research Abstract

本研究では、世界的に需要が急増しているもののリサイクルが極めて困難な炭素繊維複合材料を、超軽量かつナノ複合構造を有する高機能材料へと新規再生するための革新的循環システムを開発することを目的とする。まず、「非加熱・大気圧・微量水分共存下」で、強力な圧縮摩擦による機械的作用を炭素繊維複合材料に付与することで、炭素繊維とマトリックス樹脂界面に「局所的な高温・高圧、超臨界、亜臨界などの特異反応場」をつくり、繊維とマトリックスとの分離を可能とするための処理装置を試作する。さらに、この装置を用いて、炭素繊維とマトリックス界面の分離を促進するためのプロセス条件を見出す。このようにして分離生成された繊維、マトリックス樹脂新表面に、安価なカーボンナノ粒子を多様な形態で接合・複合化し、これらを集積することにより、ナノ構造体を試作するとともに、機能特性の評価を行い、超軽量で高機能特性を有する材料の革新的循環システム開発の可能性を見出す。
平成22年度は、短繊維系の炭素繊維複合材料をモデルサンプルとして選定し、平成21年度に試作した装置を用いて、このサンプルを炭素繊維とマトリックス樹脂とに分離する実験を行った。その結果、処理容器の高速回転に伴い、サンプルは容器内壁に配向かつ圧密され、かつ炭素繊維とマトリックス樹脂界面に強力な分離力が作用することにより、両者を効果的に分離できた。さらに、ナノ粒子としてカーボンナノ粒子を撰定し、これを分離された粒子界面に積層複合化する実験を行った。その結果、適度なせん断力を繰り返し作用させることにより、カーボンナノ粒子が多孔質状に複合化できることを明らかにした。以上のプロセスで作製した複合粉体を加圧成形することにより、高気孔率を有する軽量材料を作製することができた。また、作製された材料の構造と機械的強度などとの関係について考察を行った。