ナノ構造材料による水素貯蔵技術の創製

使用纳米结构材料创建储氢技术

• 批准号: 15656217
• 负责人: 宇田 暢秀
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15656217/
• 关键词: カーボンナノチューブ; ナノ複合材料; 力学的特性; 分散; 界面強度; 引張特性; 摩耗特性; カーボンナノ材料; シュミレーション; ナノ材料; シミュレーション; 水素貯蔵タンク

炭素繊維強化樹脂(CFRP)を用いた水素貯蔵用高圧タンクの研究が国内外で進められているが、CFRP積層板の層間強度が低いために、き裂が発生すると水素漏れを引き起こすことが懸念されている。そこで、CFRP積層板の層間にカーボンナノチューブ(CNT)のような優れた力学的特性を有するナノ材料を分散させたナノ複合材料が開発できれば、これまでにない高破壊靭性複合材料となる可能性があり、水素貯蔵タンクの外板へ適用できる。しかしながら、CNTは樹脂との接着の弱さや樹脂中に均質に分散されないという問題がある。分散の問題については、製造時にCNTがお互いに絡まりあい、樹脂中で凝集したままの状態で存在してしまうことが原因の1つに上げられる。本研究では、分散性を向上させるために超音波を用いて多層カーボンナノチューブ(MWCNT)を切断し、複合材料を製作した。引張試験、摩耗試験を行い、製作した複合材料の力学的特性を評価した。超音波処理したMWCNTのSEM画像から、超音波処理を行うことでMWCNTが切断され、大きな凝集がなくなったことが確認できた。試験片として、(1)エポキシ樹脂試験片、(2)超音波処理をしていないMWCNTをエポキシ樹脂に混ぜた試験片(MWCNT/epoxy)、(3)超音波処理したMWCNTをエポキシ樹脂に混ぜた試験片(超音波MWCNT/epoxy)の3種類を製作した。MWCNTの含有量は1重量パーセントとした。引張試験の結果から、MWCNT/epoxyおよび超音波MWCNT/epoxyのヤング率は、エポキシ樹脂単体よりもそれぞれ10%と2%向上した。一方、MWCNT/epoxyの引張強度はエポキシ樹脂よりも12%低下し、超音波MWCNT/epoxyでは3%増加した。ヤング率の向上はMWCNTを含有させた効果と考えることができる。超音波MWCNT/epoxyのヤング率がMWCNT/epoxyよりもかなり低くなっている原因としては、CNTの分散が促進されたことと、ボイド率が増加したことの2点が上げられる。また、MWCNT/epoxyではCNTが凝集したままになっており、引張強度は大きく低下している。超音波処理したMWCNTをエポキシ樹脂に混ぜると樹脂の粘性が上がり、ボイドの除去が大変難しくなるという問題が発生した。摩耗試験では、超音波MWCNT/epoxyの比摩耗量がエポキシ樹脂に比較して11%低下しており、CNTの含有と分散性の向上による効果と考えられる。

Carbon fiber reinforced resin (CFRP) is used for high pressure water storage. The interlayer strength of CFRP laminates is low, cracks occur, and water leakage occurs. CFRP laminates have excellent mechanical properties due to their interlayer properties, such as dispersion of materials, high fracture toughness of composites, and applicability of water storage to outer plates. There are problems such as weak adhesion of CNTs to the resin and homogeneous dispersion of CNTs in the resin. Dispersion problems, CNT interactions during production, aggregation in resin, and reasons In this study, dispersion was improved and composites were fabricated using ultrasonic waves. Evaluation of mechanical properties of composite materials during tensile testing, friction testing and fabrication Ultrasonic treatment of MWCNT SEM image, ultrasonic treatment of MWCNT cut off, aggregation of MWCNT confirmed Three types of test pieces were prepared: (1) MWCNT resin test pieces,(2) ultrasonic treatment MWCNT resin mixed test pieces,(3) ultrasonic treatment MWCNT resin mixed test pieces (ultrasonic MWCNT/epoxy). MWCNT content is 1 wt %. The results of tensile tests showed that MWCNT/epoxy ratio and ultrasonic MWCNT/epoxy ratio were 10% and 2% respectively. The tensile strength of MWCNT/epoxy was 12% lower than that of ultrasonic MWCNT/epoxy. The rate of MWCNT is higher than the rate of MWCNT. The ultrasonic MWCNT/epoxy ratio is lower than that of MWCNT/epoxy ratio. The CNT dispersion is promoted. The MWCNT/epoxy ratio is increased. MWCNT/epoxy is not aggregated and tensile strength is low. The ultrasonic treatment of MWCNT is difficult to remove due to the viscosity of the resin. The friction test shows that the specific friction of MWCNT/epoxy is 11% lower than that of resin, and the CNT content is higher than that of epoxy.

项目成果

N.Uda, K.Kunoo, K.Ono, T.Nagayasu: "Effect of Impact Damage on Compression Fatigue Response of AS4/PEEK Composite Laminates"Proceedings of the 14th International Conference on Composite Materials. (CD-ROM) Paper #1523. 1-10 (2003)

N.Uda、K.Kunoo、K.Ono、T.Nagayasu：“冲击损伤对 AS4/PEEK 复合材料层压板压缩疲劳响应的影响”第 14 届国际复合材料会议论文集。

山下涼介, 久能和夫, 宇田暢秀, 小野幸生, 永安 忠, 他2名: "AS4/PEEK複合材料積層板の衝撃後圧縮疲労における破損挙動について"第45回構造強度に関する講演会講演集. 51-53 (2003)

Ryosuke Yamashita、Kazuo Kuno、Nobuhide Uda、Yukio Ono、Tadashi Nagayasu 和另外 2 人：“关于 AS4/PEEK 复合材料层压板在冲击后压缩疲劳期间的失效行为”，第 45 届结构强度会议论文集 51 -53。 (2003)

山下涼介, 久能和夫, 宇田暢秀, 小野幸生, 永安 忠, 平川裕一: "複合材料積層板の衝撃後圧縮疲労中のキンクバンドの発生について"日本航空宇宙学会西部支部講演会(2003)講演集. 131-134 (2003)

Ryosuke Yamashita、Kazuo Kuno、Nobuhide Uda、Yukio Ono、Tadashi Nagayasu、Yuichi Hirakawa：“关于复合材料层压板冲击后压缩疲劳期间扭结带的出现”日本航空学会西部分会会议记录（2003 年） ）131-134（2003）。

耐熱複合材料の高温環境下におけるモードI層間破壊挙動の評価

高温环境下耐热复合材料I型层间断裂行为评价

• 发表时间: 2005
• 期刊: 第30回複合材料シンポジウム講演要旨集
• 作者: 金丸卓嗣;久能和夫;宇田暢秀;小野幸生;永安 忠
• 通讯作者: 永安 忠

Mechanical Properties of Sonicated-Carbon Nanotube Composites

超声处理碳纳米管复合材料的机械性能

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proceedings of the KU/KAIST Joint Workshop on Aeronautics and Astronautics (印刷中)
• 作者: Y.Miyahara;K.Kunoo;N.Uda;K.Ono;O.Haruta
• 通讯作者: O.Haruta