複合材中のセルロースナノファイバー（CNF）三次元解析

セルロースナノファイバー（CNF）／樹脂複合材における、CNFの形状、配向や分布は力学特性などに影響するため、三次元的な評価が重要となります。

CNF樹脂複合材をX線CT測定し、CNFをセグメンテーション（領域分割）しました（図a）。ボクセルサイズ2μmで認識できるバンドル状CNFの体積分率は0.7％で、極端な凝集はありませんでした。長さは6〜160μm、平均は14μm（図b）、アスペクト比（技術資料「三次元粒子形状評価」参照）は5.6以下、平均1.6（図c）と求まりました。

次に、CNFの配向角度を評価します。Z軸からの傾斜角度θと、水平（XY面）内での回転角φで表します（図d、図e）。角度θについては80°付近、角度φについては360°付近が多いことが分かります。CNFは概ねX軸方向に配向していると考えられ、複合材成型時の影響と推察されます。

最後にCNF間の距離を調査しました。各CNFの表面から最近接に存在する他のCNFまでの距離分布を求めたところ（図f）、2〜34μmの分布が認められ、平均距離9μmで分散していると考えられます。

CNFなどフィラーの形状、配向、分布の三次元解析は、材料設計へのフィードバックなどのお役に立てると考えます。

図：（a）個別CNF、（b）繊維長分布、（c）アスペクト比分布、
（d）配向角度分布θ、（e）配向角度分布φ、（f）最近接距離分布