極低温における積層板接着継手の力学的特性と燃料漏洩

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13450395
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 青木 隆平 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (00202466)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石川 隆司 航空宇宙技術研究所, 先進複合材評価技術開発センター, センター長(研究職)
• Keywords: 液体燃料タンク / 積層板 / 接着継手 / 継手強度 / 極低温 / 燃料漏洩

Research Abstract

将来の再利用型宇宙往還機の成否は,炭素繊維強化複合材料(CFRP)などの複合材料の機体構造への幅広い適用による重量軽減に大きく依存する.特に,打ち上げ総重量の大部分を占める極低温液体燃料を蓄える燃料タンクの軽量化が最も期待される.この研究では,極低温燃料タンクをCFRPで製作することを視野に入れ,CFRP部材の効率良い結合方法として有望な接着継手について,極低温環境がその力学的特性及び燃料漏洩に与える影響を調べ,これに基いて接着継手の成立性を検討すると共に,継手部分の性能向上手法についての指針を得ることを目的としている.
本年度は研究1年度目として,文献調査から始めて高性能樹脂接着材料として有望な候補材料を選定した,その力学的特性を把握するため,接着層を積層板の間に挟んだDCB試験片を製作してその破壊靭性特性を,熱サイクル負荷(常温と液体窒素温度間で100サイクルまで),試験時の温度環境(常温または液体窒素温度),接着層の厚さなどの条件を変えて調べた.同時にトランスバースクラックなどの微視損傷の発生をモニターした.試験の結果,ここで採用した接着材料の場合,1.熱サイクルの破壊靭性値への影響は小さい2.液体窒素温度までの極低温の破壊靱性値への影響は小さい3.試験片の自由縁近傍では熱サイクルでトランスバースクラックが生じ得ることなどが明らかになった.
さらに,同じ接着材料を使ってシングルラップ及びダブルラップの接着継手試験片を製作し,主に熱サイクル負荷が引張耐荷能力に与える影響を中心に調べたが,熱サイクルにより引張耐荷能力が下がる傾向が見られた.これは熱サイクルが接着部端部の接着材料と母材(積層材)の界面で初期欠陥を誘発して接着部分が剥離することが疑われ,接着構造の耐荷能力に与えるオバーラップ部位端部の欠陥を取除く処置が必要であることが明らかになった.また,初期に予測した接着層のトランスバースクラックは,ランダム繊維強化のマット型接着材料を使うことで発生を抑えられることが確認された.

Research Products

• [Publications] 熊澤寿, 青木隆平, 薄一平: "マトリックスクラックを有するCFRP積層板における漏洩特性"第43回構造強度に関する講演会講演集. 5-8 (2001)
• [Publications] 横関智弘, 林 洋一, 石川隆司, 青木隆平: "CFRP積層板の拡散特性に対する損傷・負荷の影響"第26回複合材料シンポジウム講演要旨集. 87-88 (2001)