2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of reversible joining process of CFRP using oxide semiconductor and electrical heating and its joining behavior evaluation
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19K14852
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| Research Institution | Kobe City College of Technology |
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Principal Investigator |
田邉 大貴 神戸市立工業高等専門学校, その他部局等, 講師 (70792216)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | CFRP / 金属酸化物半導体 / 接合 / 引張せん断強度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，金属酸化物半導体と炭素繊維の直接加熱を用いたCFRPの可逆的接合プロセスを提案し，接合層の接合・分離・再接合メカニズムの解明を目的としている．具体的には，接合層に各種炭素繊維と金属酸化物半導体粒子が含有された炭素繊維発熱体を配置し，炭素繊維発熱体への直接通電加熱による熱エネルギーを利用して，接合層の硬化促進と繊維強化を行う．また，酸化クロム等の金属酸化物半導体による触媒反応を利用して接合層の分解を高効率で局所的に行うことで，分離および再接合を可能とする高度な可逆的接合プロセスを探求することを目指している．本研究で提案する金属酸化物半導体と炭素繊維の直接加熱による可逆的接合プロセスにより修復や解体が容易になり，マルチマテリアル部材やCFRP部材の持続的な利用に貢献できる．
これまでの研究により，金属酸化物半導体が接合挙動および接合層の分解挙動に及ぼす影響を調査するため，酸化クロム粉末を一方向炭素繊維強化エポキシ樹脂（UD-CF/Ep）積層板に塗布し，CO2レーザー加熱を用いて，金属酸化物半導体による母材樹脂の酸化・熱分解挙動を評価した結果，酸化クロム粉末を塗布してレーザー加熱処理を行った場合では，炭素繊維周囲のエポキシ樹脂が効率的に熱分解されることが電子顕微鏡観察および重量測定により判明した．
また，UD-CF/Ep積層板に酸化クロム粉末を塗布してレーザー加熱処理を行った表面に熱可塑性エポキシ樹脂（フェノキシ樹脂）フィルムを加熱プレスにより含浸させて抵抗融着接合を行った結果，処理無しの場合と比較して，引張せん断強度が向上することが確認され，再接合の際に有用であることが確認された．
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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
本年度では，金属酸化物半導体の有無が炭素繊維周囲の樹脂の分解挙動に及ぼす影響と，超音波振動を用いた接合面の加熱挙動を調査した．その結果，以下のような知見が得られた．
(1)酸化クロム粉末を一方向炭素繊維強化エポキシ樹脂積層板の表面に塗布してCO2レーザー加熱処理を行った場合では，炭素繊維周囲のエポキシ樹脂が効率的に熱分解されることが電子顕微鏡観察と重量測定により明らかになった．
(2)UD-CF/Ep積層板に酸化クロム粉末を塗布してレーザー加熱処理を行った表面に熱可塑性エポキシ樹脂（フェノキシ樹脂）フィルムを加熱プレスにより含浸させて抵抗融着接合を行った結果，処理無しの場合と比較して，引張せん断強度が向上することが確認され，再接合の際に有用であることが確認された．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度で得られた知見をさらに応用展開させ，次年度以降は酸化クロム粉末の接合層への添加および複合化を行い，抵抗加熱や超音波加熱を用いて，熱硬化性CFRPや熱可塑性CFRPの接着または融着接合を実施し，本接合プロセスのモデル化を行う．
一方，接合層に添加する酸化クロム粉末は，強化粒子としての作用を発現することは考えにくく，接合層内部で介在物となり，接合強度を低下させることが懸念されるため，接合層に開繊炭素繊維やカーボンナノチューブ等の強化繊維を添加させ，接合層の強化方法を提案する．引張せん断試験や引き剥がし試験を随時行い，接合層の強化の効果を明らかにしていく予定である．
上記で得られる成果を，積極的に論文投稿や学協会で発表していく予定である．
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由として，研究遂行に必要な治具等の消耗品の納期が年度を超える恐れがあったため，翌年度分として使用することとした．
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Research Products
(2 results)
