Development of 3-dimensional isotropic fiber-reinforced plastics by using sea urchin-like carbon particles

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繊維強化プラスチック（FRP）の欠点は，繊維が配向してない方向に弱いことである．この欠点を改善するためには，繊維を全方向に配向させる（つまり，等方性FRPを作製する）必要があるが， 3次元（面内＋面外）等方性FRPの作製は樹脂流動を伴う成形で有ろうと無かろうと極めて困難と言える．この様な状況に対し，申請者はウニ状炭素粒子を活用し，樹脂流動を伴う成形であっても，3次元等方性FRPを創生する本研究を着想した．まず，ウニ状炭素粒子を作製し，その際の作製条件と粒子形状の関係を見出したうえで，ウニ状炭素粒子充填樹脂を押出・射出成形し，その成形条件と3次元各方向に対する力学特性の関係を明らかとする．また，成形条件が充填材の分散状態や形状（損傷）に与える影響にも着目し，3次元等方性FRP作製のための最適成形条件を解明する．本研究は，樹脂流動を伴う成形であっても3次元等方性FRPの創生が可能かを問い，これを解明するものとなる．第二年度は，ウニ状炭素粒子を充填したFRPの作製とその力学特性の評価を目的として研究を実施した．その結果，現状では球状炭素粒子（ウニ状炭素粒子の基材）充填ポリプロピレンとウニ状炭素粒子充填ポリプロピレンでは引張特性に差が見られなかった．これに対し，試験後の試料の破断面を観察したところ，ウニ状炭素粒子充填ポリプロピレンでは繊維部分（ウニの棘にあたる部分）の折損や粒子同士の凝集があり，これらが引張特性に悪影響を与えている可能性があることが分かった．繊維部分の折損の原因としては，粒子部分と繊維部分の接合がそもそも弱い可能性と，成形プロセス（スクリューによるせん断など）に問題のある可能性の2つが挙げられる．この原因の解明とその改善が今後の課題の1つである．