Systematization of interfacial adhesion and polymer structure for creation of fiber reinforced composites utilizing polymer properties

界面粘合力和聚合物结构的系统化，用于利用聚合物特性创建纤维增强复合材料

• 批准号: 21H01634
• 负责人: 植松 英之
• 金额: $ 11.07万
• 依托单位: University of Fukui
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 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-21H01634/
• 关键词: 高分子構造; 界面接着性; 相互作用; 結晶構造; 力学特性; 高分子の結晶構造; 強化繊維; 界面特性

強化繊維近傍の高分子のコンフォメーションが強化繊維との界面接着性と強化繊維近傍での破壊特性、すなわち界面特性に及ぼす影響を明らかにして、繊維強化複合材料の力学特性と界面特性の関係を系統的に明らかにすることが本研究の目的である。CFあるいはGF表面に化学反応性の高い官能基が存在する場合と、そうでないモデル的な繊維を対象として、初年度で見出されてきた界面近傍の高分子のコンフォメーションを分光学的に捉える手法を基軸として2年目は、ポリカーボネート（PC）、ポリフェニレンサルファイド（PPS）、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリプロピレン（PP）、ポリアミド６（PA6）など、様々な種類の高分子と炭素繊維（CF）やガラス繊維（GF）との界面特性を検討した。溶液に溶かしたPCをキャストすることで形成するPCの結晶は界面せん断強度に寄与しないこと、また、熱処理することで形成されるPCラジカルがCF表面で共有結合をすることで界面接着性が向上することを明らかにした。PVCの熱分解過程に見られるイオンによる乖離が、CF表面での静電相互作用として働くことで界面接着性が向上することを見出した。またPPS鎖の末端官能基の化学反応性が高い場合、CF軸方向のPPSの結晶形成が阻害されること、CF表面との静電相互作用が低下することで、界面せん断強度が低下することが示された。表面粗さや表面官能基が異なるCFを用いてPA6の界面特性と複合材料の力学特性を評価した結果、界面での水素結合などの化学的相互作用が大きくなると、CF間におけるPA6の結晶の均一性が低下することで複合材料の力学特性が低下することが見出された。また、PCあるいはPPSを高分子マトリクスした場合を中心に、界面での高分子のコンフォメーションを検討するための分子動力学計算によるモデルが構築できた。

这项研究的目的是阐明在增强纤维附近的聚合物在辅助纤维附近的构象的影响，以及钢筋纤维附近的断裂特性，即界面性能，并系统地阐明了纤维纤维合成材料的机械性能与界面之间的关系。在第二年，我们研究了各种类型聚合物的界面特征，例如聚碳酸酯（PC），多苯基硫化物（PPS）（PPS），氯化物（PVC），聚丙烯（PP）和聚酰胺6（PA6），以及各种类型的聚合物（cf）（cf）（cf）（cf）（cf）（cf）（cf），关于在CF或GF表面上具有高度反应性基团的官能团以及不存在的模型纤维，在第一年就发现了界面附近聚合物的构象。已经揭示出，溶解在溶液中的PC形成的PC晶体不会有助于界面剪切强度，并且由热处理形成的PC自由基在CF表面共价键合，从而改善了界面粘附。发现在PVC的热解过程中看到的离子诱导的差异可作为CF表面上的静电相互作用，从而改善了界面粘附。还已经表明，当PPS链的末端官能团高度化学反应时，抑制了CF轴向上PPS晶体的形成，并且与CF表面的静电相互作用降低，从而降低了界面剪切强度的降低。通过使用具有不同表面粗糙度和表面官能团的CFS评估PA6的界面特性和复合材料的机械性能，发现当化学相互作用（例如界面上的氢键）等化学相互作用变得更大时，PA6晶体在CFS之间的均匀性会减少，从而减少了组合材料的机械性能。此外，可以构建使用分子动力学计算的模型来研究接口处的聚合物的构象，主要是当PC或PPs用作聚合物基质时。

项目成果

Drilling of carbon fiber-reinforced thermoplastics using a candlestick drill

使用烛台钻对碳纤维增强热塑性塑料进行钻孔

• DOI: 10.11420/jsat.66.457
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of the Japan Society for Abrasive Technology
• 作者: 佐々 遼介;岡田 将人;植松 英之;金田 直人
• 通讯作者: 金田 直人

強化繊維と高分子の界面特性と高分子の高次構造の関係

增强纤维与聚合物的界面性能与聚合物高阶结构的关系

• 发表时间: 2022
• 作者: 岡部 史弥;田崎 亘;金 熙榮;徳永透子，萩原幸司，山本幸治，杉本隼之，南埜宜俊;植松 英之
• 通讯作者: 植松 英之

Characterization of polypropylene/magnesium oxide/vapor-grown carbon fiber composites prepared by melt compounding

熔融共混制备聚丙烯/氧化镁/气相生长碳纤维复合材料的表征

• DOI: 10.1515/polyeng-2021-0201
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Polymer Engineering
• 影响因子: 2
• 作者: Tanoue Shuichi;Uematsu Hideyuki
• 通讯作者: Uematsu Hideyuki

新玉十夢, 山口綾香, 植松英之, 山根正睦, 田上秀一

新玉栋武、山口绫香、植松秀之、山根正芳、田上秀一

• 发表时间: 2022
• 作者: Tenjimbayashi Mizuki;Fujii Syuji;王松毅，女部田勇介，國本雅宏，中井浩巳，本間敬之;K. Kawahara R. Ishikawa N. Shibata Y. Ikuhara;強化繊維とPEEKの結晶構造と界面接着性
• 通讯作者: 強化繊維とPEEKの結晶構造と界面接着性

Effect of layer thickness of prepreg on static and dynamic flexural properties of continuous carbon fiber reinforced polyamide 6

预浸料层厚对连续碳纤维增强聚酰胺6静态和动态弯曲性能的影响

• DOI: 10.1299/transjsme.20-00438
• 发表时间: 2021
• 期刊: Transactions of the JSME (in Japanese)
• 作者: 山根 正睦;中久保 翔太;小泉 洸太郎;植松 英之;田上 秀一
• 通讯作者: 田上 秀一