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。

我们阐明了增强纤维附近聚合物的构象对与增强纤维的界面粘合力以及增强纤维附近的断裂特性即界面性能的影响，并研究了聚合物的力学性能与界面性能之间的关系。本研究的目的是系统地阐明这一点。光谱捕获第一年发现的界面附近聚合物的构象，针对 CF 或 GF 表面上具有或不具有高化学反应性官能团的模型纤维。第二年，基于该方法，我们将重点关注聚碳酸酯。 。碳纤维（CF）、玻璃纤维（GF）与碳纤维（PC）、聚苯硫醚（PPS）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、聚酰胺6（PA6）等各类聚合物的组合研究了界面性质。通过铸造溶解在溶液中的 PC 形成的 PC 晶体不会对界面剪切强度做出贡献，而通过热处理形成的 PC 自由基在 CF 表面上形成共价键，从而提高界面粘合力。我们发现，在 PVC 热分解过程中观察到的离子解离在 CF 表面上起到静电相互作用的作用，从而提高了界面粘附力。另外，当PPS链末端官能团的化学反应性较高时，CF轴方向PPS晶体的形成受到抑制，与CF表面的静电相互作用减少，导致界面剪切力下降展现了实力。通过评估PA6的界面性能以及使用具有不同表面粗糙度和表面官能团的CF的复合材料的机械性能，我们发现当界面处的氢键等化学相互作用变大时，PA6晶体之间的均匀性会降低。发现随着复合材料的机械性能降低，复合材料的机械性能降低。此外，我们能够使用分子动力学计算构建模型来研究聚合物在界面处的构象，主要是当 PC 或 PPS 用作聚合物基体时。

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

強化繊維近傍のポリプロピレンの結晶構造と界面接着性

聚丙烯近增强纤维的晶体结构和界面粘合力

• 发表时间: 2022
• 作者: 植松英之;西村俊哉;山口綾香;山根正睦;田上秀一
• 通讯作者: 田上秀一