ナノ繊維複合材料の成形流れにおける繊維配向計測と流動による配向制御

纳米纤维复合材料成形流中的纤维取向测量和基于流的取向控制

基本信息

批准号：
21K14417
负责人：
佐藤大祐
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Niigata University
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 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

2022年度は、セルロースナノファイバー（CNF）分散系流体（濃度は0.3 wt%から1.5 wt%）のレオ・オプティックス計測および平面流れにおける繊維配向場の計測を遂行した。レオ・オプティックス計測は、レオメータと偏光イメージングカメラを組み合わせたシステムで行った。これにより、レオメータが計測する力学的物性と偏光イメージングカメラによって計測される配向現象の同時計測が可能となる。サンプルの降伏現象の詳細を調べるために、試験手法は応力増加試験を採用した。その結果、濃度が1.0 wt%以上のサンプルにおいて、2回の降伏挙動が発生すること、そして、2回目の降伏はせん断速度に依存することが明らかになった。さらに、2回目の降伏が発生する前に流動を停止させると、配向がランダム化せずに、ある一定の繊維配向状態を保ったまま残ることも見出した。一方、2回目の降伏後に流動を停止した場合は、停止後にサンプルの配向は無秩序な状態へと緩和することを観測した。このことから、あるせん断速度以下で流動させ停止させた場合は、流動中に形成される弱いゲル状の構造を停止後も維持することがわかった。平面流れにおける繊維配向場の検討は、平面急縮小流れを主に対象として行った。縮小は、急縮小流路とテーパー型流路を用いて、縮小場と配向場の関係を詳細に調べた。その結果、縮小流れが生じている領域では繊維は流れ方向に強く配向するものの、その程度（配向の強さ）は、急縮小型の流路が最も大きいことが明らかになった。これはテーパー型と急縮小型で発生する伸長速度の分布に違いがあるためと考えられるものの、速度場計測を行っていないため、今後、速度場との定量的な比較を行う必要がある。

在2022财年，我们对纤维素纳米纤维（CNF）分散液进行了整流液测量（浓度范围为0.3 wt％至1.5 wt％）以及平面流中纤维取向场的测量。使用混合仪和极化成像摄像头组合的系统进行了类风湿性测量。这允许同时测量通过流变仪测量的机械性能和通过极化成像摄像机测量的方向现象。为了研究样品的产量现象的细节，测试技术采用了应力增加测试。结果表明，在浓度为1.0 wt％或以上的样品中发生了两种屈服行为，第二产量取决于剪切速率。此外，发现如果在第二次产量之前停止流动，则方向保持在恒定的纤维方向，而无需随机化。另一方面，观察到，如果在第二个产率后流动停止，则样品的方向在停止后放松为无序状态。这表明，当以一定的剪切速率或以下流动和停止时，即使在停止后，在流动过程中形成的弱凝胶状结构也会保持。平面流中纤维取向场的研究主要集中在平面流的快速降低上。为了减少，使用快速还原流道和锥形流道详细检查了还原场与方向场之间的关系。结果，揭示了尽管纤维在流量减少的区域的流动方向上强烈定向，但快速收缩小流道的程度（方向强度）是最大的。这被认为是由于锥形类型和快速收缩和小尺寸之间发生伸长速度的分布的差异，但是由于尚未进行速度场测量值，因此有必要与未来的速度场进行定量比较。