2016 Fiscal Year Research-status Report
熱可塑性炭素繊維強化複合材料CFRTPのIH加熱による界面修復技術の開発
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16K06743
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
三宅 卓志 岐阜大学, 工学部, 教授 (70503275)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 炭素繊維強化複合材料 / 界面はく離 / 界面修復 / 顕微ラマン分光法 / 劣化・損傷 / 熱可塑性マトリックス / CFRTP / 電磁誘導加熱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
まず，簡易な試験片を用いて一連の実験手順を試し，実験実施における課題を抽出した．具体的には，厚さ40μmの無延伸ポリプロピレン（PP）フィルムで単繊維を挟んで熱プレスによりモデル試験片を作製し，引張りを加えて界面はく離を生じさせた後，繊維加熱により界面が再溶着できたがどうか確認した．顕微ラマン分光測定器の顕微鏡試料台に積載可能な小型治具により試験片に引張力を加えながら，繊維に発生している応力を顕微ラマン分光により評価した．得られた繊維応力の分布から界面せん断応力を算出し，界面が溶着しているかはく離しているかを判定した．
その結果，単繊維モデル試験片の界面に，繊維端から約2,000μm範囲にはく離を発生させることができた．繊維加熱については，電磁誘導加熱（IH）では繊維の発熱が十分でないことが判明したため，集光型ハロゲンランプによる加熱に変更した． 1.2kWヒータで7sec加熱後に，加熱前と同様の方法ではく離範囲を特定したところ，繊維端部の数十μmを除いて界面を再溶着できた．また，せん断応力分布から求めた界面せん断強さは，剥離前とほぼ同じ10MPaであることが明らかとなった．
このように繊維の直接加熱により界面修復可能であり，提案の方法で溶着・はく離の判定や修復範囲を特定できることが明らかとなった．その一方，周囲の未溶融の樹脂からの拘束により発生すると想定している界面への圧力の効果を確認するためには，試験片の詳細，特に厚みについて検討が必要であり，そのためにマトリックス樹脂や試験片作製方法について更なる検討が必要である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
簡易型の試験片ではあるが，炭素繊維を直接加熱することにより界面を再溶着でき，提案した方法が有効であることが確認できた．しかし，試験片の形状や炭素繊維の加熱方法については，まだ十分に確定できておらず，測定値の変動もこれに起因していると考えている．したがって，次年度以降の研究を迅速に進めるためには，この部分が既に確立出来ていることが望ましいと考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
加熱による界面修復における界面溶着強度や再溶着範囲は，加熱条件により大きく変化すると予測されるから，単繊維モデル試験片を用いて加熱条件を変化させ，加熱条件と溶着状態の関係を求める．しかし，単繊維モデル試験片で得られた結果を，積層板や実成形体に適用するためには，形態の異なるため単純な加熱条件ではなく，界面近傍の樹脂の昇温速度と加熱温度を見積もることが必要となる．このため，単繊維モデル試験片の詳細な温度測定を行い，表面温度から界面近傍の温度を見積もる方法を検討する．
また，積層板や実成形体では不透明なため，電磁誘導加熱（IH）による炭素繊維直接加熱によることなる．したがって，IHによる繊維加熱を実施し，単繊維モデル試験片で見積もられた最適な界面近傍の温度条件を実現できるIH加熱条件や加熱コイル形状を検討し，これを決定する．
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| Causes of Carryover |
UV硬化型の樹脂をマトリックスに使用する予定であったためこれの硬化用UVランプを購入予定であった．しかし，UV硬化型樹脂は，実際の熱可塑樹脂複合材料CFRTPにはあまり使用されていない樹脂であることから，これを通常使用されるポリプロピレンに変更した．これに伴い，硬化用のUVランプが不要となったため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
モデル試験片中の単繊維を加熱するためには，電磁誘導加熱（IH）では昇温が遅いため，赤外域のランプによる加熱を試みた．今年度の予備実験で加熱可能であることが判明したので，次年度に赤外域の加熱ランプの購入に充てる予定である．
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