Elucidation of mechanism for improving joining strength and durability of hybrid CFRTP by addition of nanofibers

阐明通过添加纳米纤维提高混合 CFRTP 连接强度和耐久性的机制

• 批准号: 21K14060
• 负责人: 松本 紘宜
• 金额: $ 2.33万
• 依托单位: Fukuoka University (2022)Kanagawa University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 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-21K14060/
• 关键词: 接合強度; ナノ繊維; 結晶化度; 射出オーバーモールド; 伝熱; 結晶特性; ナノフィラー添加ハイブリッド複合材料; 接合・界面

今年度はインサートCFRTP基材自体の結晶融解に着目し，基材成形時の冷却速度を変化に伴う結晶化度と接合強度の関係を明らかにすることを目的に研究に取り組んだ．界面温度がPPの融解温度付近（オンセット温度）の160℃になるように，シリンダー温度（CT）および金型温度（MT）を設定し，射出成形側の成形条件を固定し，インサート基材の結晶化度のみを変化させた．インサート基材成形時の冷却速度は，徐冷0.3℃/min～急冷990℃/minの範囲で変化させ，結晶化度は示差走査熱量計（DSC)による結晶融解エンタルピーから求めた．ナノ繊維未添加系においては，接合強度が基材成形時の冷却速度に大きく依存し，990℃/minの冷却速度で成形した試験片の接合強度は0.3℃/minの冷却速度で成形した試験片の接合強度よりも約3倍高い結果となった．一方で，ナノ繊維添加系においては，上記成形条件下においてはナノ繊維未添加系に比べて接合強度が低下する傾向が示された．DSCやX線回折法（XRD）より結晶量が増加する傾向が見られ，結晶融解温度が高温側にシフトしたためであると考えられる．よって，成形条件による接合強度のコントロールが必用になる．これらの結果により，ナノ繊維の添加の影響による，接合過程の現象を把握するための様々な昇温速度下におけるインサート基材の結晶融解挙動の把握や，インサート基材成形時の様々な冷却速度下における結晶化挙動等を把握することが接合強度発現メカニズムの解明につながることが示唆された．また，成形条件の幅を広げるために金型の加熱・冷却システムも構築する必要性が示された．

今年，我们以镶件CFRTP基材本身的结晶熔融为中心，通过改变基材成型时的冷却速度，明确结晶度与接合强度的关系，进行了研究。设定料筒温度(CT)和模具温度(MT)，使界面温度为160℃，接近PP的熔融温度(起始温度)，固定注射成型侧的成型条件，设定镶件基材仅改变了结晶度。镶件基材成型时的冷却速度在缓冷时的0.3℃/分钟～急冷时的990℃/分钟的范围内变化，使用差示扫描法由结晶熔化热函求出结晶度。量热法（DSC）。在没有纳米纤维的体系中，粘结强度很大程度上取决于基材成型时的冷却速率，并且以990℃/min的冷却速率成型的试件的粘结强度低于以990℃/min的冷却速率成型的试件的粘结强度。冷却速率为 0.3°C/min，结果比工件的接头强度高出约 3 倍。另一方面，在上述成型条件下，在添加纳米纤维的体系中，粘合强度往往低于未添加纳米纤维的体系中的粘合强度。 DSC和X射线衍射(XRD)显示晶体量增加的趋势，这被认为是由于晶体熔化温度向高温侧移动。因此，需要通过改变成型条件来控制结合强度。这些结果使我们能够了解刀片基材在不同加热速率下的晶体熔化行为，从而了解由于添加纳米纤维的影响而导致的粘合过程中的现象，并研究刀片基材在不同加热速率下的行为。有人建议，了解粘合下的结晶行为将有助于阐明粘合强度的发展机制。还表明，为了扩大成型条件的范围，有必要构建模具的加热和冷却系统。

项目成果

ナノ繊維の選択的配置による炭素繊維強化ポリプロピレンの結晶特性のコントロール

通过纳米纤维的选择性排列控制碳纤维增强聚丙烯的结晶性能

• 发表时间: 2021
• 作者: 松本紘宜;竹村兼一
• 通讯作者: 竹村兼一

Selective reinforcement of joining interface using nanofibers in single-lap joints of thermoplastic composites fabricated by the injection overmolding process: creep deformation behaviour

通过注塑包覆成型工艺制造的热塑性复合材料单搭接接头中使用纳米纤维选择性增强连接界面：蠕变变形行为

• DOI: 10.2495/hpsu220011
• 发表时间: 2022
• 期刊: WIT Transactions on The Built Environment
• 作者: Koki Matsumoto;Masaya Itabashi;Akira Kawasumi;Kenichi Takemura;Tatsuya Tanaka
• 通讯作者: Tatsuya Tanaka

The influence of the addition position of cellulose nanofibers on the crystalline and mechanical properties of carbon fiber-reinforced polypropylene composites

• DOI: 10.1080/09276440.2021.2007720
• 发表时间: 2022-09
• 期刊: Composite Interfaces
• 影响因子: 2.6
• 作者: Koki Matsumoto;K. Takemura

射出オーバーモールド成形における被接合材表面の ポリマーの結晶状態と接合強度の関係

注塑包覆成型中接合材料表面聚合物的结晶状态与接合强度的关系

• 发表时间: 2021
• 作者: 松本紘宜;板橋正弥;竹村兼一
• 通讯作者: 竹村兼一