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Costlessly manufactured CFRP laminates with CNTs-toughened interlayer for aircraft structures

Research Project

Project/Area Number 17K06948
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Aerospace engineering
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

UDA Nobuhide  九州大学, 工学研究院, 教授 (20160260)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 藤ヶ谷 剛彦  九州大学, 工学研究院, 教授 (30444863)
永井 弘人  九州大学, 工学研究院, 助教 (50510674)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2017: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywords航空宇宙工学 / 航空機構造 / 複合材料 / 低コスト成形 / 熱可塑性樹脂 / CNT
Outline of Final Research Achievements

Carbon fiber/polyphenylene sulfide (CF/PPS) composites were fabricated using varying cooling rates. These rates ranged from 1 to 300 deg-C/min. The degree of crystallinity in the CF/PPS composites was determined and mode-I and II fracture toughnesses were evaluated. The crystallinity of the CF/PPS was decreased from 34% to 23% with increasing the cooling rate. The mode-I and II toughnesses of the CF/PPS with the highest cooling rate were 3.4 and 2.1 times greater than those with the lowest cooling rate, respectively. CFRP laminates were manufactured by VaRTM method with relatively high viscous resin. CAI properties, which are important characteristics in the aircraft structures, of the laminates were evaluated. The mode-II fracture toughness of the VaRTM CFRP laminates was increased by factors of 2.5 and 3 by introducing SWCNTs-toughened interlayer with PBI polymer.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

結晶性熱可塑樹脂CFRPの成形時の冷却速度が増加すると、CFRP積層板の層間破壊じん性値が上昇することを明らかにした。また、低コスト成形法として注目されているVaRTM法は粘性が高い樹脂でも適用できることを示し、VaRTM積層板の層間高じん化が単層CNTによって可能であることも示した。これらの研究成果は、製造・成形コストやリサイクル等の活用コストの大幅な削減が期待できる結晶性熱可塑樹脂CFRPを、航空機構造に適用することの可能性を示すものであり、この研究で得られたCNTによる層間高じん化の結果を考えると、低コスト成形結晶性熱可塑樹脂CFRPの航空機一次構造への適用も現実的なものになると考える。

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (22 results)

All 2019 2018 2017

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (20 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] CF/PPS熱可塑性複合材料のモードI,II層間破壊特性に与える成形冷却速度の影響2019

    • Author(s)
      中川雄太, 小田壮士, 宇田暢秀, 新本康久, 永井弘人, 小野幸生, 武田真一
    • Journal Title

      日本複合材料学会誌

      Volume: 45 Pages: 242-250

    • NAID

      130007942510

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Effect of micro in-plane fiber waviness on compressive properties of unidirectional fabric composites2017

    • Author(s)
      Bo Wang, Nobuhide Uda, Kousei Ono, Hiroto Nagai
    • Journal Title

      Journal of Composite Materials

      Volume: 51 Issue: 15 Pages: 1-10

    • DOI

      10.1177/0021998317740197

    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 複合材料の壊れ方への興味2019

    • Author(s)
      宇田暢秀
    • Organizer
      第61回構造強度に関する講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 高じん性CFRPのENF試験によるモードII層間破壊じん性評価2019

    • Author(s)
      柏原岳人, 宇田暢秀, 新本康久, 平川裕一
    • Organizer
      日本航空宇宙学会西部支部講演会(2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Evaluation of Mode II Interlaminar Fracture Toughness by ENF Test for Toughened Carbon/Epoxy Composite2019

    • Author(s)
      Takehito Kashiwabara, Nobuhide Uda, Yasuhisa Shinmoto
    • Organizer
      11th Kyushu Univ.-KAIST Symposium on Aerospace Engineering
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] CFRTP積層板のモードI,II層間破壊特性に与える成形冷却速度の影響2018

    • Author(s)
      小田壮士, 宇田暢秀, 永井弘人, 平川裕一, 永安忠
    • Organizer
      第60回構造強度に関する講演会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] CT試験を用いたCFRPの界面特性評価2018

    • Author(s)
      松川杏平, 宇田暢秀, 永井弘人, 平川裕一, 永安忠
    • Organizer
      第60回構造強度に関する講演会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] CFRP補強板におけるガイド波の伝播挙動2018

    • Author(s)
      森史子, 横関智弘, 森智紀, 武田真一, 宇田暢秀
    • Organizer
      第60回構造強度に関する講演会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] CFRTP積層板の混合モードI/II層間破壊特性に与える成形冷却速度の影響2018

    • Author(s)
      小田壮士, 宇田暢秀, 新本康久, 平川裕一, 永安忠, 小野幸生, 武田真一
    • Organizer
      第43回複合材料シンポジウム
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 繰り返し負荷を受けるCFRP-CT試験片の界面剥離進展特性2018

    • Author(s)
      松川杏平, 宇田暢秀, 新本康久, 平川裕一, 永安忠
    • Organizer
      第43回複合材料シンポジウム
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  • [Presentation] CT試験による炭素繊維強化複合材料の破壊靱性評価2018

    • Author(s)
      松川杏平, 宇田暢秀, 新本康久, 平川裕一, 永安忠
    • Organizer
      日本航空宇宙学会西部支部講演会(2018)
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  • [Presentation] 速い冷却速度で成形したPPS炭素繊維複合材料の層間破壊靱性値2018

    • Author(s)
      小田壮士, 宇田暢秀, 新本康久, 平川裕一, 永安忠, 小野幸生, 武田真一
    • Organizer
      日本航空宇宙学会西部支部講演会(2018)
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  • [Presentation] 反応性高分子被覆単層CNT複合材料の引張特性2018

    • Author(s)
      藤田拓己, 宇田暢秀, 新本康久, 平川裕一, 永安忠, 利光史行, 藤ヶ谷剛彦
    • Organizer
      日本航空宇宙学会西部支部講演会(2018)
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  • [Presentation] Damage Identification of Composite Laminate Using Lamb Waves2018

    • Author(s)
      Hiroyuki Harada, Nobuhide Uda, Yasuhisa Shinmoto
    • Organizer
      10th KAIST-Kyushu University Symposium on Aerospace Engineering
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Lamb波を用いたCFRP積層板の剥離損傷検出2018

    • Author(s)
      森智紀, 武田真一, 宇田暢秀, 永井弘人, 神田淳
    • Organizer
      第9回日本複合材料会議
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  • [Presentation] CFRP積層板ボルト機械継手のKnee Point強度における面圧損傷形態2018

    • Author(s)
      古賀拓也, 宇田暢秀, 永井弘人, 平川裕一, 永安忠
    • Organizer
      第9回日本複合材料会議
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] CFRP積層板の破壊靭性Rカーブ挙動に及ぼす負荷速度の影響2018

    • Author(s)
      吉武大就, 宇田暢秀, 永井弘人, 平川裕一, 永安忠
    • Organizer
      第9回日本複合材料会議
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] CFRP積層板ボルト機械継手の低応力域における面圧損傷形態2017

    • Author(s)
      古賀拓也, 宇田暢秀, 永井弘人, 平川裕一, 永安忠
    • Organizer
      第59回構造強度に関する講演会
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 複合材積層板におけるLamb波伝播特性と損傷同定2017

    • Author(s)
      森智紀, 宇田暢秀, 永井弘人, 武田真一, 神田淳
    • Organizer
      第59回構造強度に関する講演会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] CFRP積層板機械継手のKnee Point強度と面圧損傷に対するボルト締め付けトルクの影響2017

    • Author(s)
      古賀拓也, 宇田暢秀, 永井弘人, 平川裕一, 永安忠
    • Organizer
      第42回複合材料シンポジウム
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] CFRP積層板の層間破壊靭性とファイバーブリッジングの速度依存性2017

    • Author(s)
      吉武大就, 宇田暢秀, 永井弘人, 平川裕一, 永安忠
    • Organizer
      第42回複合材料シンポジウム
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] Vortex-Induced Vibration Analysis of a Brimmed-Diffuser Shroud for a Wind Turbine2017

    • Author(s)
      Taeyoung Kim, Hiroto Nagai, Nobuhide Uda, Yuji Ohya
    • Organizer
      9th Kyushu Univ.-KAIST Symposium on Aerospace Engineering
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2017-04-28   Modified: 2021-02-19  

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