2018 Fiscal Year Research-status Report
Fabrication of fusion gradient interphase by nano particle between thermoplastic CFRP and dissimilar materials and its characteristic evaluation
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17K06070
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| Research Institution | Kindai University |
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Principal Investigator |
西籔 和明 近畿大学, 理工学部, 教授 (30208235)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田邉 大貴 和歌山工業高等専門学校, 知能機械工学科, 助教 (70792216)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 熱可塑性ＣＦＲＰ / 接合 / 融着界面 / 異種材 / 電気式融着 / 引張せん断強度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，生産性や耐衝撃性および再利用性に優れる熱可塑性CFRPと異種材との融着接合の高度化を実現する革新的な材料設計とそのプロセスを提案し，異種材と熱可塑性CFRPの融着界面現象の解明を目的としている．具体的には，熱可塑性CFRP間および異種材との融着界面にナノ粒子傾斜相を創製するよう，開繊や織物の炭素繊維を抵抗発熱体として用いて通電加熱による熱エネルギーを利用して融着面の樹脂を溶融させる接合技術を開発する．また，抵抗発熱体に通電した際に生じる問題点である熱可塑性CFRPへの漏電等の回避方法や安定した加熱条件を探索し，熱可塑性CFRPおよび異種材間の融着接合部のせん断強度評価を実施することを目指している．
本年度は，熱可塑性CFRPの異種材融着接合を行うために，織物炭素繊維を抵抗発熱体に用いて，織物CF/PPS積層板と一方向CF/Ep積層板の異種材接合を実施した．また，融着接合中に抵抗発熱体の炭素繊維からCFRP積層板中の炭素繊維に通電する「漏電」を抑制するために，織物ガラス繊維や一方向ガラス繊維を抵抗発熱体の最外層に配置し，漏電を抑制することで均一加熱と樹脂溶融挙動の安定化を試みた．その結果，ガラス繊維を抵抗発熱体に配置した場合では，通電挙動が安定し，接合面を均一に加熱できることが分かった．また，一方向ガラス繊維の繊維方向を引張せん断方向に配置した場合では，融着層が引張方向に強化されたため，接合強度が約2.2倍に向上することが分かった．今後は，ガラス繊維のみならず，ナノ粒子等の複合化により，抵抗発熱体の絶縁性および熱伝導性の向上と，破面・断面観察による微視観察が必要である．一方，熱硬化性CFRPの接合面にアンカー効果を付与するために，熱硬化性CFRPの接合面をレーザー照射し，表層のエポキシ樹脂を除去することで接合部のアンカー効果を発現することが可能となった．
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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
本年度は，異種材接合を実現するために，熱可塑性CFRP（織物CF/PPS積層板）と熱硬化性CFRP（一方向CF/Ep積層板）の抵抗融着接合を試みた．抵抗発熱体には織物炭素繊維とPPS樹脂またはフェノキシ樹脂（熱可塑性エポキシ樹脂）を含侵し，最外層にガラス繊維による絶縁層を配置した抵抗発熱体を用いて，異種材接合を行った．また，融着接合中に抵抗発熱体の炭素繊維からCFRP積層板中の炭素繊維に通電する「漏電」を抑制するために，織物ガラス繊維や一方向ガラス繊維を抵抗発熱体の最外層に配置し，漏電を抑制することで均一加熱と樹脂溶融挙動の安定化を試みた．その結果，ガラス繊維を抵抗発熱体に配置した場合では，通電挙動が安定し，接合面を均一に加熱できることが分かった．抵抗融着接合に関する結果について，学術論文に投稿・掲載済みで，国際会議3件，国内会議2件以上の口頭発表を行っている．一方で，抵抗発熱体中に含有予定のナノ粒子の入手と混練・フィルム化に時間を要している．次年度は融着界面ナノ粒子傾斜相を発現可能な抵抗発熱体を新規に創製し，異種材融着接合を試み，界面の評価および接合強度を明らかにする．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度までの研究成果により，熱可塑性CFRPと熱硬化性CFRP等の異種材料を融着接合するための抵抗発熱体の開発を行った結果，抵抗発熱体にガラス繊維を挿入することで，抵抗発熱体から接合対象物への漏電を抑制することができ，均一加熱と融着挙動の安定化を実現できることが分かった．しかし，ガラス繊維では融着層の肉厚化や接合強度が低いため，ナノ粒子添加等による融着界面ナノ粒子傾斜相の創製が求められる．今後は，ボロンナイトライド粒子や窒化アルミニウム，シリカ粒子等を入手し，それらの粒子と熱可塑性樹脂を混練し，フィルム化することで高い絶縁性と熱伝導性を確保可能な抵抗発熱体を創製する．また，新規に開発する抵抗発熱体を用いて，熱可塑性CFRPと熱硬化性CFRPの異種材融着接合を試み，融着界面および断面の観察を実施し，接合強度を明らかにする．
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