空間デザインされた重油吸着用カーボンナノファイバーマットの機械的特性向上

空间设计的碳纳米纤维毡的机械性能改善用于重油吸附

• 批准号: 22K14354
• 负责人: 滝沢 善洋
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Nagano National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14354/
• 关键词: カーボンナノファイバーマット; 電界紡糸; 機械的特性; 引張試験; 不融化; 炭素化; カーボンナノファイバー; 不融化処理; 重油回収

カーボンナノファイバーマット(CNFM)の海上での重油回収材料への応用を目指し、マットの空間のデザインに注目し研究を実施してきた。自重の約20倍の重油(A)を吸着することがわかった(市販品では同じ評価法で自重の約5倍を吸着)が、CNFMの機械的強度の向上と定量的な評価が課題となった[19K15128]。当該年度の主な成果を以下に示した。(i)原料となるPAN/DMF溶液濃度を12 wt.%で電界紡糸 (印加電圧20ｋV, 速度1.2 mL/h)すると取扱のしやすいCNFMが得られた。(ii)不融化 (空気中またはオゾン中、280℃、3‐9 h、0‐40 kPaで一方向への引張、セラミック板をサポートとして利用) と炭素化 (800℃, 1 h) により、これまでよりもしなやかで、一定の屈曲に耐えるCNFMを作製できた。 (iii) 10 x 30 mm、10 x 18 mm の6種類の短冊状試験片に対して引張試験を行い、10 x 18 mmの試験片で比較的安定した測定ができ、応力-ひずみ曲線から多段階での破断が生じることが分かった。測定された最大応力は0.12-0.72 MPa程度で、ひずみは0.007-0. 01であった。空気中280℃、9 hの不融化時の引張有無で比較すると、引張無で最大応力0.59 MPa、ひずみ0.012、引張有では最大応力0.72 MPa、ひずみ0.0078。オゾン中280℃、3 hの不融化時の引張の有無で比較すると、引張無で最大応力0.36 MPa、ひずみ0.0078、有りで最大応力0.39 MPa、ひずみ0.0067であった。したがって不融化時に引張することで応力は増加し、ひずみの値は減少する傾向がみられた。今後も統計的な調査を継続し知見を蓄積、高温下など過酷な環境下で利用できる様々な不織布材料の開発に貢献できる可能性がある。

为了将碳纳米纤维垫（CNFM）作为海上稠油回收材料，我们针对垫子空间的设计进行了研究。结果发现，其可吸附约20倍于自身重量的重油（A）（使用相同的评价方法，市售产品可吸附约5倍于自身重量的物质），但CNFM的机械强度的提高和定量评价仍存在问题。它变成了[19K15128]。本年度主要业绩如下所示。 (i)通过静电纺丝以12wt.%的原料PAN/DMF溶液浓度(施加电压20kV，速度1.2mL/h)获得易于操作的CNFM。 (ii) 通过不熔性（在 280°C 空气或臭氧中单向拉伸 3-9 小时，使用陶瓷板作为支撑）和碳化（800°C，1 小时）； CNFM 比以往任何时候都更加灵活，并且可以承受一定程度的弯曲。 (iii) 对10×30mm和10×18mm的6种条形试件进行了拉伸试验，10×18mm的试件获得了相对稳定的测量结果，并且从应力应变曲线中得到了不同的结果发现破裂是分阶段发生的。测得的最大应力约为0.12-0.72 MPa，应变为0.007-0.01。比较在280°C空气中不熔化9小时时有拉伸和无拉伸的结果，无拉伸时最大应力为0.59 MPa，应变为0.012，有拉伸时最大应力为0.72 MPa，应变为0.0078。在280℃臭氧中不熔3小时，有张力和无张力时，无张力时最大应力为0.36MPa，应变为0.0078；有张力时，最大应力为0.39MPa，应变为0.0067。因此，不熔化时的拉伸存在应力增加、应变值减少的倾向。我们将继续进行统计调查并积累知识，这可能有助于开发可在高温等恶劣环境下使用的各种非织造材料。