2013 Fiscal Year Annual Research Report
熱可塑CFRPの直接その場成形プロセスの解明と実用展開
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25220914
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
石川 隆司 名古屋大学, ナショナルコンポジットセンター, 教授 (90358630)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐宗 章弘 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40215752)
池田 忠繁 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40273271)
田邊 靖博 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70163607)
酒井 武治 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90323047)
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| Project Period (FY) |
2013-05-31 – 2018-03-31
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| Keywords | 複合材料・物性 / 航空宇宙工学 / 炭素繊維強化熱可塑樹脂プラスチック / テーププレイスメント / 衝突破壊 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1)直接その場成形法の実現可能性評価：直接その場成形テーププレイスメント装置の主要部分を抽出した簡易装置を製作した。市販の炭素繊維のサイジング剤などを除去した後、熱処理、紫外線処理、シラン処理の表面処理を施し、真空樹脂含浸成形法によりナイロン6樹脂を含浸させた炭素繊維強化熱可塑プラスチック（CFRTP）を製作し、使用予定のナイロン6樹脂に適した表面処理法の検討を行った。また、樹脂、繊維の熱伝導、レーザーエネルギー吸収性能等を計測し、成形条件の検討を行った。さらに、ある成形条件においてテーププレイス中のCFRTP板内部の温度分布とホットプレス機により製作したCFRTP板の低温から高温にわたる応力―歪関係から得られる材料定数を用い、数値解析により、ローラーの押しつけ圧力を推定した。
(2)CFRTPの成形プロセスの解明：テーププレイスメント機を用いて熱可塑樹脂を含浸した炭素繊維を積層し、CFRTP板を製作した。これまでに、いくつかの成形条件で製作を行ってきたが、層間が十分に融着せず、成形プロセス状態を観測するに至らなかった。
(3)CFRPの破壊プロセスの解明：高速衝突試験装置の整備（射出性能向上、排気性能向上、試験部の計測システム整備）を行った。また、別の小型衝突試験装置を用いて、φ15mm、長さ10～20mmウレタンゴムを飛翔体としてCFRTPに衝突させる衝突試験を行ない、表面処理の違いにより生ずる破壊強度の違いを検討した。
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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
(1)直接その場成形法の実現可能性評価：ローラーの押しつけ圧力の数値解析に関しては、結果の妥当性評価までは至らなかったが、その他の研究は計画通り順調に進展している。
(2)CFRTPの成形プロセスの解明：ホットプレスではなく直接テーププレイスメント機を用いて、いくつかの成形条件でCFRTP板の製作を行ったが、成形プロセス状態を観察できるに値するCFRTP板を製作することはできなかった。ただし、成形プロセス状態を観察するための試料の製作準備は進めた。
(3)CFRPの破壊プロセスの解明：鋼球を飛翔体として衝突試験を行う計画であったが、先に柔軟なウレタンを飛翔体として衝突試験を行った以外は、計画通りであり、ウレタンの飛翔体の衝突試験は全体計画を遅延させるものではない。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)直接その場成形法の実現可能性評価：ローラーの押し付け圧力推定に関してその妥当性評価と問題点の抽出を行い、解析手法の改良を行う。また、温度、押し付け力、送り速度等の成形条件のいくつかの組み合わせに対して、樹脂の繊維への含浸や樹脂同士の融着程度に及ぼす影響を粘弾性や強度等のマクロ的特性を調べることにより評価する。
(2)CFRTPの成形プロセスの解明：まずはホットプレス機を使用し、成形各段階に相当するCFRTP 板を製作し、成形プロセス各段階における含浸具合やボイドのミクロ観察を行う。
(3)CFRPの破壊プロセスの解明：鋼球を飛翔体とした衝突試験も行う。繊維の表面処理と高速衝撃に伴う材料内部の応力波伝播形態ならびに材料の変形挙動との関係を計測し、内部応力状態あるいは変形と試料内部の剥離・損傷との関係についての知見を得る。
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