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表面処理

プラズマ照射による炭素繊維複合体の強度向上

島根県

エステック株式会社

2020年3月19日更新

プロジェクトの基本情報

プロジェクト名 高強度・軽量で低コストの炭素繊維複合体作製を可能とするプラズマ照射技術・装置の開発
基盤技術分野 表面処理
対象となる産業分野 環境・エネルギー、航空・宇宙、自動車、産業機械
産業分野でのニーズ対応 高機能化(新たな機能の付与・追加)、高性能化(既存機能の性能向上)、高性能化(耐久性向上)、高効率化(同じ生産量に対するリソースの削減)、高効率化(工程短縮)、低コスト化
キーワード CFRTPの強度向上、プラズマ照射、樹脂の含浸性向上
事業化状況 実用化に成功し事業化に向けて取り組み中
事業実施年度 平成27年度~平成29年度

プロジェクトの詳細

事業概要

炭素繊維にプラズマを照射して表面を活性化し、樹脂との科学結合力を増強して超高強度・軽量で長寿命の炭素繊維複合体を作製するため、中真空プラズマ照射技術・装置の開発を行う。不活性な炭素繊維でも、プラズマによって表面に高密度の活性基が形成される。複合体を作製する工程で炭素繊維と樹脂との結合力が格段に向上し、層間破壊の防止、うねり、蛇行、ボイド、変形等の低減ができて、強度が高まり、コストの低減も図れる。

開発した技術のポイント

以下の目標のもとプラズマ照射による炭素繊維表面を活性化し、樹脂と接合させる技術の研究開発を実施した
・目標の官能基密度:10^14/cm2以上
・目標の最適照射エネルギー密度:0.1~10kW・min/m2

(新技術)
炭素繊維表面にプラズマを照射して活性化させて、樹脂含浸性を高め、さらに樹脂との接合力を強化する技術

(新技術のポイント)
炭素繊維表面にプラズマを照射することにより、表面に官能基を形成し、樹脂と接合して界面の強度が強化される

具体的な成果
XCP 巻取式プラズマ照射装置

・プラズマ照射による炭素繊維表面活性化技術の開発
‐官能基密度:10^14/cm2以上
‐最適照射エネルギー密度:3.0kW‐min/m2

・実用化プラズマ照射装置及び電極の開発
‐型式:真空チャンバー式
‐処理能力:両面一括処理速度0.5~18m/min
‐処理幅:500mm

・プラズマ照射炭素繊維と樹脂の複合体の機械強度の評価と接合機構の解明
‐曲げ強度、曲げ弾性率、層間剪断強度を測定
‐プラズマ照射後表面にOH基とCOOH基の形成を確認
‐接合界面ではエーテル結合が確認でき、接合機構は脱水縮合反応が推定される

知財出願や広報活動等の状況

特許出願:特願2018-107633 積層体の製造方法
商標登録:第6166045号 マイルドプラズマ(MILD PLASMA)

【展示会出展】
2019年 第1回ファーマラボEXPO ビックサイト
2018年 第2回バイオ医薬EXPO ビックサイト

研究開発成果の利用シーン

・自動車部材(CFRTP)
・ハイブリッド鋼材(金属+炭素繊維複合体)

実用化・事業化の状況

事業化状況の詳細

大学から炭素繊維及び炭素繊維複合体へのプラズマ照射可能な装置の開発依頼があり、現在進行中
鉄鋼メーカから鉄板と炭素繊維複合体の接合に関する共同研究依頼有り

提携可能な製品・サービス内容

設計・製作、製品製造、共同研究・共同開発、技術ライセンス

製品・サービスのPRポイント

・軽量化
・高強度化
・弾性のコントロール
・靱性が付与されたCFRTP

今後の実用化・事業化の見通し

自動車用途向けに、薄い鉄板とCFRTPの接合について検討し、ハイブリット材としての展開を検討

実用化・事業化にあたっての課題

人材不足

事業化に向けた提携や連携の希望

鉄鋼メーカと鋼板と炭素繊維複合体のハイブリットについて研究進行中

プロジェクトの実施体制

サポイン事業者 エステック株式会社
事業管理機関 公益財団法人中国地域創造研究センター
研究等実施機関 APC株式会社 與倉 三好
国立大学法人岐阜大学

サポイン事業者 企業情報

企業名 エステック株式会社(法人番号:5280001000850 )
事業内容 試料調製装置製造・販売各種省力・自動化機器開発・製作・販売
社員数 40 名
生産拠点 島根県松江市
本社所在地 〒699-0101 島根県松江市東出雲町揖屋2797-3
ホームページ https://www.stc-jp.co.jp
連絡先窓口 技術部 崔源煥
メールアドレス gijutsu@stc-jp.co.jp
電話番号 0852-52-6100