成果報告書詳細
管理番号20160000000701
タイトル平成26年度ー平成27年度成果報告書 革新的新構造材料等研究開発 研究開発項目(7)革新炭素繊維基盤技術開発
公開日2016/9/2
報告書年度2014 - 2015
委託先名国立大学法人東京大学
プロジェクト番号P14014
部署名材料・ナノテクノロジー部
和文要約件名:平成26年度ー平成27年度成果報告書 革新的新構造材料等研究開発/研究開発項目7 革新炭素繊維基盤技術開発

本基盤技術開発において、次の3テーマについて研究開発を実施した。(1) 新規炭素繊維前駆体化合物の開発 耐炎化プロセスを不要とする高性能炭素繊維が得られる新しいポリマー前駆体候補物質の絞り込みの結果、引張試験において、引張弾性率が240GPa、破断伸度1.5%の炭素繊維が得られるなど、目標値をクリアする結果を得た。新たな炭素繊維前駆体の効率的な合成技術を確立し、また太径単糸など、耐炎化不要であることによって製造が容易になる異形状の高多機能炭素繊維の作製にも着手した。 (2) 炭化構造形成メカニズムの解明 炭素繊維構造の形成過程と機械特性との相関解明を進めるとともに、マイクロ波による焼成工程の安定化に必要な技術の検証と炭素化条件の最適化を図った。PAN系耐炎化糸を用いたマイクロ波加熱による炭素化実験において、引張弾性率247GPa、破断伸度1.7%を示す炭素繊維の製造に成功した。装置構造改良や運転条件の適正化により、性能や品質の向上が示された。前駆体物質のマイクロ波炭素化技術を確立し、マイクロ波による加熱メカニズムやそれによる炭素化の解析に適合した新たな評価法が開発された。プラズマ表面処理技術については、計画を前倒しして、実用化に必要なスケールアップ技術の開発ステージに移行している。 (3) 炭素繊維の評価手法開発、標準化 横方向圧壊試験、曲げ試験およびねじり試験方法については、計画通り、テスト報告を作成した。熱膨張率計測装置は、試験装置開発を完了し評価手法を確立した。熱可塑性樹脂との界面接着性については、4種類の手法について比較検討し、新規手法(引抜き法)を開発した。
英文要約Title:Japanese National Project to Research and development item 7 "Basic R&D for Carbon Fiber Innovation " (FY2014-FY2015)FY2015 Final Report

In this fundamental technology development, following three themes of the research and development have been carried out. (1) Development of new carbon fiber precursor We succeeded in producing carbon fibers with the tensile modulus of 240 GPa and the 1.5 % elongation, which have reached the targets, as a result of developing new precursor polymers which give high performance carbon fibers without flame proofing process. Further progress of the efficient process technology of new carbon fiber precursors has been achieved. Additionally, we have started investigating the production of high performance and multifunctional carbon fibers with a different shape or a thick monofilament diameter which could be easily prepared from the novel precursors not requiring flame proofing process. (2) Analysis of carbonization mechanism; Development of carbonization process by microwave heating In addition to the study on relationship between structure formation process of carbon fibers and the mechanical properties, techniques for stabilization of microwave heating process and optimization of carbonization conditions were investigated. In carbonization experiments with microwave heating using PAN-based flame-resistant yarns, we succeeded in the production of carbon fibers showing tensile modulus of 247 GPa and 1.7 % elongation. The performance and quality of carbon fibers were improved by optimization of the device and improvements of operating conditions. Additionally, heating mechanism by microwave was investigated and new evaluation methods which are suitable for analysis of the carbonization process were developed. We also developed the plasma surface treatment technology. The development stage has been shifted to the scale-up technology which is necessary for practical use by accelerating the implementation of the plan. (3) Development of evaluation methods of carbon fibers and standardization We completed a test report of procedures for transversal compression test, bending test and torsion test. Thermal expansion coefficient measuring apparatus and the evaluation techniques have been developed. The interfacial adhesion performance between carbon fibers and thermoplastic resins measured by four kinds of methods has been compared and a new technique (pull-out method) has been developed.
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