2022 Fiscal Year Research-status Report

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

Research Project

Project/Area Number	22K04714
Research Institution	Kagawa University
Principal Investigator	松田伸也香川大学, 創造工学部, 准教授 (10550460)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	大島一真九州大学, 工学研究院, 助教 (60734275)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Keywords	繊維方向 / 分離率
Outline of Annual Research Achievements	炭素繊維強化プラスチック（CFRP）のリサイクル法として，電気処理法は炭素繊維（CF）の熱損傷を抑制しながら樹脂を分離できるため，長繊維のCF回収が期待できる手法である．しかし電気処理法によるCFと樹脂の分離現象は，科学的かつ定量的に明らかにされていないため，処理の優位点が示されていない．本研究では，電気処理によって「どのようにCFと樹脂は分離されるのか？」の命題に対して，バイポーラ電解槽による分離メカニズムを電気インピーダンスによる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CFRP積層板を対象として，高電圧下でのバイポーラ電解槽による電気処理データベースの構築を中心に実施した．その概要を以下に示す．１．繊維方向に対して平行および垂直方向に対して電圧を印加した場合，電気処理中の電流値は，垂直方向と比較して平行方向のほうが高い値を示した．これは，導体であるCFの方向に依存するためである．２．繊維方向に対して平行および垂直方向に対してそれぞれ電気処理を行い，分離率（＝重量減少率/電気量）に及ぼす繊維方向の影響を調査した．その結果，分離率は繊維方向に依存しないことが明らかとなった．すなわち分離メカニズムは繊維方向に依存しない．３．電気処理後のCFRP積層板の状態は，処理時間の増加に伴い，電極が陰極側となる箇所は，陽極となる箇所と比較して，繊維間に多くのき裂が発生することが確認された．このことはバイポーラ陽極側が分離しやすいことを示している．また，長時間処理したCFRP積層板のSEM観察より，繊維破断が観察された．したがって，高電圧下での長時間処理は，繊維に損傷を与える．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 今後実施する予定の分離状態モニタリング手法も想定し，簡易なバイポーラ型電解層実験装置を構築した．しかしながら，スターラーを用いない手法であったため，電極自体の電気腐食の影響がCFRP積層板の分離状態に影響を与えたために改良を続けた．また，電極として炭素棒を用いていたが，陽極側の劣化が激しく，電極の選択を模索していた．ゆえに，当初予定していた電気処理に及ぼす樹脂の種類の影響など，そのほかのパラメータが及ぼすデータベースの構築に遅れが生じた．
Strategy for Future Research Activity	遅れは生じたが，電気インピーダンスモニタリング基礎実験を行った結果，モニタリングできる可能性を示唆することができた．ゆえに当初の予定通り，研究実施計画に基づき進める．
Causes of Carryover	今後実施する予定の分離状態モニタリング手法も想定し，簡易なバイポーラ型電解層実験装置を構築した．しかしながら，スターラーを用いない手法であったため，電極自体の電気腐食の影響がCFRP積層板の分離状態に影響を与えたために改良を続けた．また，電極として炭素棒を用いていたが，陽極側の劣化が激しく，電極の選択を模索していた．ゆえに，当初予定していた電気処理に及ぼす樹脂の種類の影響など，そのほかのパラメータが及ぼすデータベースの構築に遅れが生じた．そのため，該当年度は当初予定していた計画を十分に実行できなかった．電気インピーダンスモニタリング基礎実験を行った結果，モニタリングできる可能性を示唆することができた．ゆえに当初の予定通り，研究実施計画に基づき進め，計画に基づき予算を計上する．