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

利用海胆状碳颗粒开发三维各向同性纤维增强塑料

• 批准号: 21K04663
• 负责人: 内藤 圭史
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Gifu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04663/
• 关键词: ウニ状炭素粒子; 炭素繊維; 化学気相成長法; 繊維強化プラスチック; 等方性材料; 引張強度

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．

It is necessary to strengthen the missing points (FRP) in the direction of the weak points, to improve the missing points, to improve the omni-directional orientation and to use the isotropic FRP as a guide. 3-dimensional (in-plane + out-of-plane) isotropic FRP fat flow behavior is associated with the formation of non-linear carbon particles. The applicant is responsible for the active use of carbon particles, the fat flow is coupled with the forming process, and the third-dimensional isotropic FRP system is used. The purpose of this study is to improve the performance of this study. The shape of the particles, the shape, the shape. The third-dimensional isotropic FRP is used to understand the optimal forming conditions. In this study, the third-dimensional isotropic FRP has the potential to solve the problem. In the second year, the mechanical properties of carbon particles filled with carbon particles filled in the second year were investigated. The purpose of this study is to study the mechanical properties of carbon particles filled with carbon particles. Spherical carbon particles (base material) filled with carbon particles in the shape of carbon particles filled with carbon particles in the shape of carbon particles filled with carbon particles in the shape of spherical carbon particles (base materials) filled with carbon particles in the shape of spherical carbon particles (base materials) filled with carbon particles in the shape of spherical carbon particles (base materials) filled with carbon particles in the shape of spherical carbon particles (base materials) filled with carbon particles in the shape of carbon particles. The filling of carbon particles in the shape of carbon particles, the filling of carbon particles, the formation of particles, the possibility of agglutination, and the possibility of weak. The possibility of the forming problem is different. The cause of the problem is to understand how to improve the problem in the future.

项目成果

触媒化学気相成長法によるウニ状炭素粒子の作製

催化化学气相沉积法制备海胆状碳颗粒

• 发表时间: 2022
• 作者: Koizumi Haruhiko;Uda Satoshi;Suzuki Ryo;Tachibana Masaru;Kojima Kenichi;Tsukamoto Katsuo;Yoshizaki Izumi;Fukuyama Seijiro;Suzuki Yoshihisa;浜田拓実，屋代如月，内藤圭史
• 通讯作者: 浜田拓実，屋代如月，内藤圭史

繊維・高分子材料の微細周期加工および複合化に関する研究

纤维与高分子材料微周期加工与复合研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Ryo Suzuki;Marina Abe;Kenichi Kojima;Masaru Tachibana;内藤圭史
• 通讯作者: 内藤圭史

ウニ状炭素粒子の作製における炭素源ガスと触媒金属の影響

碳源气体和催化金属对海胆状碳颗粒制备的影响

• 发表时间: 2023
• 作者: 山田圭吾;齋藤和也;浜田拓実，屋代如月，内藤圭史
• 通讯作者: 浜田拓実，屋代如月，内藤圭史