Electrical conductivity tailoring and lightning strike damage behavior of CFRP for aerospace application

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16H02424
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Aerospace engineering
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: Ogasawara Toshio 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20344244)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 後藤 晃哉 山形大学, 有機材料システム研究推進本部, 研究員 (10570864) ; 石田 雄一 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 (20371114) ; 横関 智弘 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (50399549) ; 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) ; 平野 義鎭 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 (90425786)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 構造・材料 / 複合材料 / 雷撃 / 導電性高分子 / ポリアニリン / カーボンナノチューブ / シミュレーション

Outline of Final Research Achievements

Structure integrity for lightning strike is important for carbon fiber composite aircraft structures. The objective of this study is to establish the basic technology to control the electrical conductivity of CFRP composites by applying electrical conductive polymer (poly aniline, PAN), and aligned carbon nanotube sheet. It was demonstrate to control the electrical conductivity of CFRP without affecting the mechanical properties, and processability. Lightning strike damage was successfully suppressed by controlling the electrical conductivity of CFRP. Coupled thermal, electrical, and mechanical analysis methodology was demonstrated using finite element method, and the relation between the electrical conductivity of CFRP and lightning strike damage was analytically revealed.

Free Research Field

航空宇宙工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

近年、CFRPは比強度・比剛性に優れた構造材料として航空宇宙分野、輸送機器、一般産業分野への適用が拡大している。本研究では、ポリアニリン系導電性樹脂や配向カーボンナノチューブの適用という新しい観点からの技術によりCFRPに対して「導電性制御」という機能の付与を実現したもので学術的な意義は高い。また、耐雷性向上や電磁シールド性・損傷センシング機能の付与など、CFRPの多機能化への応用が可能となったことから社会的な意義も大きい。