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【特集】繊維強化プラスチックの実用化と今後の動向

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長繊維強化樹脂の混練分散法
Mixing Technology of Long Fiber Reinforced Plastics Composites

長岡猛　(名古屋大学)

　長繊維強化樹脂(FRTP)の成形における混練押出(射出)では, 力学物性を発現するための残存繊維長の保持と, 物性の向上と均一化を発現するための分散と言う, 成形加工面では相反する性能を同時に実現することが求められ, スクリュ形状の開発に加え, 分配配合機能部品などの開発が進められている。
　本報告では, FRTPの成形加工での混練分散において, この相反する性能を同時に発現するためのスクリュ形状および制御法を紹介する。

【目次】
1. 長繊維強化熱可塑性樹脂とは
2. 残存繊維長と成形品物性
3. 成形加工における問題点
3.1　流動特性
3.2　熱伝導特性
3.3　残存繊維長の確保(長繊維強化樹脂)
3.4　繊維分散不良
4. 特殊用途例
4.1　長繊維強化樹脂の超臨界ガス発泡成形
4.2　直接成形装置
4.3　表面性状の改善
5. おわりに

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炭素繊維強化プラスチックの開発と今後の動向
Development and Trend of Carbon Fiber Reinforced Plastics

入澤寿平　(名古屋大学)
杉本慶喜　(東京大学)
田邊靖博　(名古屋大学)

　近年, 炭素繊維強化プラスチック(CFRP)に関する研究開発が活発に進められている。特に自動車構造部材用途としての普及が最大の目的となっている中で, 炭素繊維の低価格化および生産性増大に関する取組み, あるいは熱可塑性樹脂をCFRPの母材に適合する技術開発が活発に進められている。本稿ではそうした炭素繊維およびCFRP開発の動向をまとめる。

【目次】
1. はじめに
2. 炭素繊維開発の歴史と製造方法・特徴
2.1　炭素繊維開発の歴史
2.2　炭素繊維の製造プロセス
2.3　炭素繊維の特徴
3. 炭素繊維の研究開発動向
4. CFRPの用途展開と成形法について
4.1　用途展開
4.1.1　スポーツ・レジャー用途
4.1.2　輸送機器, 宇宙機器用途
4.1.3　エネルギー, エレクトロニクス用途
4.1.4　その他用途
4.2　成形法の紹介
4.2.1　炭素繊維を中間基材とした成形法
4.2.2　炭素繊維織物(クロス)を中間基材とした成形法
4.2.3　プリプレグを中間基材とした成形法
4.2.4　短繊維を中間基材とした成形法
5. 日本におけるCFRP(CFRTP)の研究開発動向
5.1　CFRTPに関する研究開発動向
5.2　CFRPのリサイクルに関する研究開発動向
6. おわりに

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連続繊維熱可塑性複合材料CFRTP・GFRTP と量産採用事例
Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic Polymers, CFRTP・GFRTP and Mass-Produced Applications

馬場俊一　(サンワトレーディング(株))

　連続繊維熱可塑性複合材料(CFRTP・GFRTP)は, 十数年前からドイツで製造・市販されている。欧米では様々な用途にすでに量産採用された製品が身近な生活の中でも見ることができる。近年, サイクルタイムが60 秒・軽量・高強度ということで国内でも非常に注目されている材料である。材料の特徴と成形法・量産採用事例を紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 連続繊維熱可塑性複合材料
3. 連続繊維と熱可塑性樹脂の組み合わせ
4. 成形法の基本
5. ハイブリッド成形
6. 自動車量産事例
7. その他の量産事例
8. おわりに

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3D プリンタによるFRTP の成形技術の開発;“Composites 2.0”
Development of Fabrication Technique for FRTP on the Basis of Three Dimensional Printer; “Composites 2.0”

上田政人　(日本大学)
浅原宏典　(日本大学)
轟章　(東京工業大学)
松崎亮介　(東京理科大学)
平野義鎭　(国立研究開発法人 宇宙航空研究開発機構)

　熱溶解積層方式の3次元プリンタを用いた連続繊維強化プラスチックの成形方法について解説する。本方法では繊維と樹脂とを別々にプリンタに供給して成形するその場含浸法を採用している。この利点としては, 繊維と樹脂とを任意に選択することができることおよび繊維体積含有率のコントロールが可能であることである。この3次元プリンタで引張試験片を製作して, その引張試験結果より, 従来の3Dプリンタによる樹脂成形品と比較して優れた力学特性を有するFRTPの3次元プリントが可能であることを説明する。

【目次】
1. はじめに
2. その場含浸を用いたCFRTP用の熱溶解積層3Dプリンタの基本機構と一方向CFRTPのプリント成形
3. 3Dプリンタで成形した一方向CFRTP試験片の引張試験
4. おわりに

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リグノセルロースナノファイバーによるプラスチックの補強
Commodity Plastics Reinforced by Lignocellulose Nanofi bers

熊谷明夫　(国立研究開発法人 産業技術総合研究所)

　木材から直接的に製造する植物由来のナノ素材であるリグノセルロースナノファイバーについて, その製造技術を紹介し, 植物由来成分が残存するナノファイバーの表面特性を評価する技術, プラスチックとの混練技術の紹介を通して, リグノセルロースナノファイバーを用いた汎用プラスチックの補強について紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 植物由来のナノ繊維素材「リグノセルロースナノファイバー(LCNF)」
2.1　水熱・メカノケミカル処理によるLCNFの製造
2.2　化学処理によるLCNFの製造
3. LCNFの表面組成と特性解析
3.1　水晶振動子マイクロバランス(QCM)法
3.2　QCMによるLCNF表面組成の解析
3.3　QCMを用いたLCNFと親和性を示す物質の探索
4. LCNFによるプラスチックの補強
4.1　CNFとLCNFの補強効果の比較
4.2　マスターバッチ法を用いたLCNFによるPPの補強
4.3　固相せん断処理法を用いたLCNFによるPPの補強
5. おわりに

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竹繊維とリサイクルカーボン繊維を用いたスタンパブルシートの機械的特性に及ぼすニードルパンチングの効果―グリーン材料の応用事例紹介―
Eff ect of Needle Punching on Flexural Properties of Stampable Sandwich Sheet Fabricated with Bamboo Fiber and Recycled Carbon Fiber MAT

大窪和也　(同志社大学)
藤井透　(同志社大学)

　リサイクルカーボン繊維と竹繊維を用いたスタンパブルシートの軽量化を前提に, 曲げ特性を向上させるための有効な構造および製作方法を紹介する。表面材およびコア材の目付(単位面積あたりの質量)および剛性がスタンパブルシートの曲げ特性に与える影響を調べた後, ニードルパンチングの技術を応用した場合のその効果を調べた。

【目次】
1. 緒論
2. 材料および成形方法
2.1　材料
2.1.1　竹繊維
2.1.2　バインダー繊維
2.1.3　リサイクルカーボン繊維
2.2　スタンパブルシートの成形方法
2.2.1　不織布の作成
2.2.2　成形条
3. 試験方法
3.1　4点曲げ試験
3.2　引張せん断試験
3.3　繊維配向測定
4. 実験データおよび考察
4.1　スタンパブルシートの曲げ特性に与える表面材とコア材の目付の影響
4.2　破壊形態および座屈応力の理論値との比較
4.3　スタンパブルシートの曲げ特性に対するニードルパンチングの効果
5. おわりに

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繊維強化プラスチックのリサイクル技術
Recycling Technologies for Fiber Reinforced Plastics

柴田勝司　((元)日立化成(株))

　2010年以降, GFRPリサイクル技術に関する研究開発には大きな進展はなく, 当時すでに実用化されていたセメントの原燃料化事業のみが稼働中である。一方, 急速に需要が増えたCFRPについては, 様々なリサイクル技術が開発された。海外では以前から研究されていた熱分解法を用いた技術が進展し, 回収CFが再びCFRPに使用されつつある。

【目次】
1. はじめに
2. GFRPリサイクル技術
2.1　国内の2010年以降の動向
2.2　海外の動向
3. CFRPリサイクル技術
3.1　回収技術
3.2　再利用技術
4. その他の繊維強化プラスチックのリサイクル技術
5. おわりに

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量子ドットとは
What is Quantum Dot?

森良平　(冨士色素(株))

　原子, 分子数が100〜10000個といわれる超微細構造を有する量子ドットの概要を説明する。量子ドットの歴史から始まり, 粒子径サイズ依存性, 相転移, ドーピング, アロイ化による構造依存性, そして封止膜化(有機物, 無機物でのキャッピング, Passivationなどの表面処理による)表面構造依存性を説明する。さらに量子閉じ込め効果などの物理化学的特徴, 合成方法の概要, 太陽電池, バイオ医学用途などへの量子ドットの応用例もいくつか述べる。

【目次】
1. 量子ドットの歴史
2. 量子ドットの構造
2.1　DOSに対するサイズ依存性
2.2　相と相転移
2.3　量子ドットにおけるドーピング
3. 量子ドットの表面構造
3.1　量子ドット表面の封止膜化(Passivation)
3.2　有機物でキャッピングした量子ドット
3.3　無機物でキャッピングした量子ドット
4. 量子ドットの物理化学的特徴
4.1　量子閉じ込め効果とバンドギャップ
4.2　有効近似モデル(EMA:Eff ective Mass Approximation)
4.3　Linear Combination of Atomic Orbital Theory-Molecular Orbital Theory (LCAO-MO法)
4.4　発光特性
5. 合成方法
5.1　エピタキシャル法
5.2　非エピタキシャル法
6. 量子ドットの応用
6.1　太陽電池
6.2　生体イメージング(バイオ, 医学用途)
6.3　エレクトロニクス・フォトニクス
6.4　その他
7. 当社においての量子ドットビジネス

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CFRPの市場動向
Market Trend of CFRP

【目次】
1. CFRPの市場概況
1.1　現在の需要実績
1.2　用途別需要実績と予測
1.3　炭素繊維の価格推移
2. CFRPの国内動向
3. CFRPの海外動向