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導電性樹脂を用いた落雷保護層による耐雷複合材構造の創出

Research Project

Project/Area Number 23K21001
Project/Area Number (Other) 21H01525 (2021-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2021-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

横関 智弘  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (50399549)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 岡田 孝雄  国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 主任研究開発員 (50392858)
高橋 辰宏  山形大学, 大学院有機材料システム研究科, 教授 (60344818)
後藤 晃哉  山形大学, 有機エレクトロニクスイノベーションセンター, プロジェクト教員(助教) (10570864)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Keywords導電性複合材 / 航空機構造材料 / 耐雷構造 / 複合材構造 / 導電性樹脂 / 複合材料 / 導電性
Outline of Research at the Start

導電性ポリマーを用いたCFRP構造の落雷保護システムの開発を目指している。成形性と高導電性を両立した導電性ポリマーを開発し、それをコーティング層としてCFRP構造の表面に塗布し、雷撃時にCFRP構造を守ることが可能な耐雷システムの開発を進めている。コーティング性能の評価試験、コーティングサンプルの試作と力学性能評価、コーティング層付きのCFRPサンプルの耐雷試験評価等を実施することで、落雷保護層としての実現性を検証する。

Outline of Annual Research Achievements

昨年度までに開発した、高い導電性と成形性を両立した導電性樹脂を用い、CFRPの表面に耐雷コーティング層として塗布した試験片を作成し、表面塗工したCFRP試験片のコーティング接着特性評価、コーティングの耐切り欠き性能評価、力学特性評価、HotWet環境(高温・高湿)での特性評価、模擬雷撃を与えた場合のコーティングサンプルの損傷挙動評価を実施した。
開発した樹脂の性能は概ね良好で、コーティングとして適用可能な特性を示していることを確認できた。また、雷撃試験の結果から、耐雷コーティングを施すことにより、コーティングは損傷するものの、CFRP構造内の雷撃時損傷が低減すること、雷撃後のCFRP構造の力学特性低下がほとんど生じないことを確認した。
また、雷撃後の試験片について、コーティングを修復する方法の検討をはじめた。雷撃時に損傷した部位の除去や新たにコーティングを塗布する方法について、その面積や塗工条件について検討し、修復サンプルを作成した。修復部の導電性評価や初期欠陥評価を行い、優れた特性を示す条件を数種選定し、その修復サンプルの雷撃試験も実施し、修復後の耐雷性能を評価した。最大電流20kAまでの評価を完了し、適切な修復条件の修復サインプルでは、雷撃損傷や雷撃後の力学的特性低下は修復前と同程度であることを示した。
導電性樹脂をコーティングすることにより、CFRP構造の耐雷性能を確保可能であることを示し、修復可能な耐雷コーティング手法を確立をした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

耐雷コーティングの有用性を示し、その修復方法を検討し、有効な方法を提示している。当初の予定通りの進捗である。

Strategy for Future Research Activity

耐雷性能として、より大電流条件での評価が必要であり、今後、大電流条件での性能実証を進めていく計画である。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2024 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 3 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Oak Ridge National Laboratory(米国)

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  • [Journal Article] Intrinsically conductive resin as a functional repair for ECF/CFRP against simulated lighting strike: an experimental study2024

    • Author(s)
      X. Li, Y Zhou, S. Kamiyama, T. Okada, T. Yokozeki
    • Journal Title

      Composites PartA

      Volume: 177 Pages: 107933-107933

    • DOI

      10.1016/j.compositesa.2023.107933

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    • Author(s)
      Takahashi Kohei、Yaginuma Katsuya、Goto Teruya、Yokozeki Tomohiro、Okada Takao、Takahashi Tatsuhiro
    • Journal Title

      Composites Science and Technology

      Volume: 228 Pages: 109642-109642

    • DOI

      10.1016/j.compscitech.2022.109642

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  • [Journal Article] Development of Electrically Conductive Thermosetting Resin Composites through Optimizing the Thermal Doping of Polyaniline and Radical Polymerization Temperature2022

    • Author(s)
      Takahashi Kohei、Nagura Kazuki、Takamura Masumi、Goto Teruya、Takahashi Tatsuhiro
    • Journal Title

      Polymers

      Volume: 14 Issue: 18 Pages: 3876-3876

    • DOI

      10.3390/polym14183876

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  • [Journal Article] Surface Modification of Carbon Fiber for Enhancing the Mechanical Strength of Composites2022

    • Author(s)
      Tokonami Ryoma、Aoki Katsuhito、Goto Teruya、Takahashi Tatsuhiro
    • Journal Title

      Polymers

      Volume: 14 Issue: 19 Pages: 3999-3999

    • DOI

      10.3390/polym14193999

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  • [Journal Article] Effect of the amount of oxazoline compatibilizer on the mechanical properties of liquid crystalline polymer/polypropylene blends2022

    • Author(s)
      Takasuka Shogo、Takahashi Tatsuhiro
    • Journal Title

      International Polymer Processing

      Volume: 37 Issue: 1 Pages: 38-44

    • DOI

      10.1515/ipp-2021-4110

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Thickness threshold study of polyaniline-based lightning strike protection coating for carbon/glass fiber reinforced polymer composites2022

    • Author(s)
      Das Sukanta、Kumar Vipin、Lee Juhyeong、Yokozeki Tomohiro、Okada Takao
    • Journal Title

      Composite Structures

      Volume: 280 Pages: 114954-114954

    • DOI

      10.1016/j.compstruct.2021.114954

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    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A brief review of modified conductive carbon/glass fibre reinforced composites for structural applications: Lightning strike protection, electromagnetic shielding, and strain sensing2021

    • Author(s)
      Das S.、Yokozeki T.
    • Journal Title

      Composites Part C: Open Access

      Volume: 5 Pages: 100162-100162

    • DOI

      10.1016/j.jcomc.2021.100162

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    • Peer Reviewed / Open Access
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    • Author(s)
      Zhou Yu、Raghu Swathi N.V.、Kumar Vipin、Okada Takao、Yokozeki Tomohiro
    • Journal Title

      Composites Science and Technology

      Volume: 214 Pages: 108971-108971

    • DOI

      10.1016/j.compscitech.2021.108971

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    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] The simulated lightning strike investigation on novel hybrid laminates comprising electrical conductive matrix2023

    • Author(s)
      Y. Zhou, S. Millen, V. Kumar, A. Murphy, T. Yokozeki
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      23rd International Conference on Composite Materials
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    • Author(s)
      阪上元規, 高橋康平, 後藤晃哉, Zhou Yu, 横関智弘, 神山晋太郎, 岡田孝雄, 高橋辰宏
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      第65回構造強度に関する講演会
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  • [Presentation] 黒鉛粒子を用いた厚さ方向に導電性を有する熱硬化型CFRPの開発2023

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      細江佳登, 阪上元規, Ashat Afrin Shaik, Yu Zhou, 横関智弘, 神山晋太郎, 岡田孝雄, 高橋辰宏
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      日本界面学会年次大会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] A novel lightning strike protection system comprising an all-polymeric conductive resin2022

    • Author(s)
      Yu Zhou, Tomohiro Yokozeki
    • Organizer
      20th European Conference on Composite Materials
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  • [Presentation] Effective Layer-by-layer Chemical Grafting of a Reactive Oxazoline Polymer and MWCNTs onto Carbon Fibers for Enhancing Mechanical Properties of Composites using Polystyrene as a Model Thermoplastic Matrix2022

    • Author(s)
      Ryoma Tokonami, Teruya Goto, Tatsuhiro Takahashi
    • Organizer
      International Conference on Carbon Fiber Composite Materials
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      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The Effect of a Reactive Poly (2-Vinyl-2-Oxazoline) Monolayer of Carbon Fiber Surface on the Mechanical Property of Carbon Fiber/Polypropylene Composite Using Maleic Anhydride Grafted Polypropylene2022

    • Author(s)
      Teruya Goto, Tatsuhiro Takahashi
    • Organizer
      International Conference on Carbon Fiber Composite Materials
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      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Lightning strike damage suppression of composite laminates using conductive polymer matrix2021

    • Author(s)
      Tomohiro Yokozeki
    • Organizer
      7th International Conference on Science and Technology
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Simulated lightning strike investigation of CFRP comprising a novel conductive matrix2021

    • Author(s)
      Yu Zhou, Tomohiro Yokozeki
    • Organizer
      17th Japan International SAMPE symposium
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 導電性高分子カプセル及びこれを用いた液状混合物、並びに炭素繊維複合材料の製造方法2022

    • Inventor(s)
      高橋辰宏、後藤晃哉、高橋康平、横関智弘、岡田孝雄、他
    • Industrial Property Rights Holder
      山形大学、東京大学、JAXA
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2022-031542
    • Filing Date
      2022
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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