2019 Fiscal Year Annual Research Report
Costlessly manufactured CFRP laminates with CNTs-toughened interlayer for aircraft structures
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17K06948
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
宇田 暢秀 九州大学, 工学研究院, 教授 (20160260)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤ヶ谷 剛彦 九州大学, 工学研究院, 教授 (30444863)
永井 弘人 九州大学, 工学研究院, 助教 (50510674)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 航空宇宙工学 / 航空機構造 / 複合材料 / 低コスト成形 / 熱可塑性樹脂 / CNT |
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| Outline of Annual Research Achievements |
航空機構造に現在適用されている炭素繊維強化樹脂(Carbon Fiber Reinforced Plastics, CFRP)には熱硬化性樹脂が用いられているが、本研究では、基材製造や成形コスト、リサイクル等の活用コストを大幅に削減できる可能性がある熱可塑性樹脂を用いたCFRPに関する研究を進めた。熱可塑性樹脂としてPPS(Polyphenylene sulfide)を選定し、成形時の冷却速度が樹脂の結晶化度と炭素繊維PPS複合材料の破壊じん性値に与える影響を調べた。冷却速度を1℃/minから400℃/minへ変化させたところ、樹脂の結晶化度は34%から20%へ低下し、モードIおよびモードII破壊じん性値はそれぞれ3.4倍、2.0倍に上昇することを明らかにした。モードI+II混合モード破壊じん性値についても同様の定量的傾向を示すことを明らかにした。
CFRPの低コスト成形法の一つであるVaRTM(Vacuum assisted Resin Transfer Molding, 真空樹脂含浸成形)法に関する研究も行った。PPS樹脂のような熱可塑性樹脂は熱硬化性樹脂よりも粘度が高くVaRTMには適さないとされてきた。本研究では、VaRTM汎用エポキシ樹脂よりも粘度が6倍以上に上がるエポキシ樹脂を用いたVaRTM成形に成功し、圧縮強度、CAI(Compression-After-Impact, 衝撃後圧縮)強度ともに従来樹脂と同等以上になることを明らかにした。
カーボンナノチューブ(CNT)を用いたCFRP積層板の層間高じん化については、PBI(Polybenzimidazole)被覆単層CNTを層間に0.5重量%添加することによってモードII破壊じん性値が150%向上することを明らかにした。しかしながら、モードI破壊じん性値を向上させることは難しく、PBI被覆単層CNTの製造工程やCNT混練樹脂の作製工程を改良することによって、層間に0.01重量%のCNT添加でも0.5重量%CNTを添加した場合のモードI破壊じん性値を上回る結果を得ることができたが、モードIIじん性値のような向上は得られなかった。
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