Creation of thermoplastic CFRP with interlaced structure between layers compound in braid and press technology
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21K03804
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
喜成 年泰 金沢大学, 設計製造技術研究所, 教授 (90195321)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
立野 大地 金沢大学, 設計製造技術研究所, 准教授 (30714159)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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| Keywords | 繊維強化複合材料 / 組紐構造 / プレス成形 / 熱可塑性樹脂 / 軸糸 / 炭素繊維 / マルチブレイダ / 中立糸 / 組紐 / 熱間プレス |
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| Outline of Research at the Start |
熱可塑性炭素繊維樹脂（以下CFRTP）含浸テープを数十層重ねたパイプ状の組紐を加熱溶融・圧着・固化させてCFRTP中空パイプを作成する。しかも組紐の層とその上下層の間にCFRTPテープが交錯する構造を導入し、同一質量の鋼構造物と比較して６～７倍の機械的性質を示すCFRTPパイプを製造する。この技術の第１の特徴はCFRTPを用いた軽量性である。第２の特徴はCFRTPを用いることによる再加工・補修・リサイクルの容易性である。そして第３の特徴は、組紐成形とプレス成形の連動による量産性・寸法安定性である。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の申請時には、一方向に並べた炭素繊維に熱可塑性樹脂を含浸させたシート素材をテープ状に細く裁断した中間素材（以下CFRTPテープ）を用いて、組紐成形によって中空パイプ状のプリプレグを編組し、その後加熱加圧によりFRPとして成形する予備実験により、4点曲げ試験による曲げ強度400MPa、弾性率50GPaを示す組紐製造条件を見出し、CFRTPの製造方法としての有望性は確認できていた。本研究では何層にも重ねる組紐の上層と下層の間にCFRTPテープの交錯構造を導入することで、樹脂の接着効果だけでなく、強化繊維による層間の補強効果を期待して曲げ強度1,000MPa、弾性率125GPaを目指した。これに対して最終年度では、上層と下層の間にCFRTPテープの交錯構造を導入することには成功したものの、現有するマルチブレイダでは全ての組紐層間に組紐構造を導入することはできず、目標とする曲げ強度・弾性率の80％達成となった。すなわち、組紐1層の被覆率（カバーファクタ）を考慮して製紐条件を決定する手法を導入し、また、中空パイプの曲げ強度や弾性率を向上させるためにはパイプの軸方向に挿入する糸（軸糸）を可能な限り多く配置することが有効であることを定量的に明らかにし、これにより、曲げ強度800MPa、弾性率100GPaを示す組紐製造条件を見いだしたに留まった。
しかしながら、本研究を遂行する過程において、CFRTPテープを用いたプリプレグ作製に際して軸糸の割合や組糸の角度の重要性を定量的に把握し、最終年度において、マルチブレイダにおけるや配置マルチブレイダにおけるキャリア経路シミュレーションや組角度に関連する査読付き論文を4編公表（または先行出版）でき、マルチブレイダを用いて実現可能なこと、実現不可能なことの範囲を明確にできた。加えて、当初目標とした曲げ強度・弾性率の達成目処も立った。
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Report
(3 results)
Research Products
(20 results)
