2014 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, 学内共同利用施設等, 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)
仙場 淳彦 名城大学, 理工学部, 准教授 (60432019)
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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と成形プロセスの解明
樹脂加圧方向への繊維の移動を考慮した樹脂含浸モデルを構築し、含浸プロセスに要する時間を評価した結果、使用予定の炭素繊維開繊糸に対して1秒程度であった。従って、その場含浸プロセスでは半含浸程度を達成して、風下側の加圧工程を含めてテープ成形を考える必要性があることが分かった。今年度導入した半導体レーザーと前年度のローラー含浸システムを組み合わせて、炭素繊維開繊糸およびポリプロピレン(PP)樹脂フィルムを予め熱融着させた開繊糸－PPラミネートを移動ステージ上で加熱した。炭素繊維開繊糸表面温度は、サイジング剤が揮発するほど十分に高速加熱できること、また、開繊糸－PPラミネートのPPも高速に溶融できる作動条件が本レーザー加熱実験系で構築できることを確認した。既存のテーププレイスメント装置を使用し、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、CFRTPを製作し、曲げ特性を調べることにより、成形条件の最適値を見いだした。また、テーププレイスメントの成形プロセスの数値解析手法を改良した。
２．CFRPの破壊プロセスの解明
炭素繊維織物に各種表面処理を施し、織物への樹脂の含浸性および樹脂と繊維との接着性を検討した。その結果、接着強度を向上させる表面処理に関する重要な知見を得ることができた。さらに、直径4mmの鋼球衝突実験を行い、表面処理の相違がCFRTPの高速変形時の曲げ剛性に大きく影響を及ぼしていることが分かった。厚さ数mmの脆性材料を10μm程度の薄い延性材料（積層化剤）を用いて積層化することで、壊滅的な破壊を抑制できることを見いだした。また、新規購入したフォトニックドップラー速度測定装置を高速衝突試験装置に組み込み、CFRTPの高速衝突破壊の予備試験を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
１．直接その場成形法の実現可能性評価と成形プロセスの解明：その場含浸工程を成立させるための最低条件として、レーザー加熱されている炭素繊維との接触熱で熱可塑性樹脂を溶融させる手法が成立することを実験的に確認できたが、レーザー装置の機種変更等により導入が遅れたこともあり、ローラーを加圧による含浸過程の検討までは到達できなかった。また、ラミネート化の前処理をせずに、PPフィルムと開繊糸を重ねてレーザー加熱を行うと部分的にしか融解せず、熱可塑性樹脂シートと炭素繊維の供給方法についてもさらなる改善が必要である。
２．CFRPの破壊プロセスの解明：予定していた、表面処理と接着強度や変形挙度の関係に関する知見が得られ概ね予定通りに進んでいる。
１、２を総合的に判断し、やや遅れているものと評価した。
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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とCFRTPの成形プロセスの解明：含浸工程を確立するには、熱可塑樹脂－炭素繊維をいかに接触させて樹脂を溶融させローラーに供給するかとローラー加圧・温度の両条件の探索であるので、樹脂に関してフィルム以外にも微粒子を使った供給方法も試し、ローラー素材についても検討を重ねる。また、数値計算により成形中の熱変形やボイドがCFRTP板の形状や強度・剛性に与える影響を予測できるようなモデルを構築する。数値解析に関する研究を加速するために、研究分担者を追加する。
２．CFRPの破壊プロセスの解明：曲げ剛性率と衝撃破壊時のエネルギー吸収能との関係を明らかにし、静的および衝撃破壊特性を同時に向上する炭素繊維の表面処理方法の実現を目指す。さらに、新規導入したフォトニックドップラー速度測定装置を用いた実験および数値計算により、CFRP板に生ずるスポール破壊現象の解明を目指す。
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Research Products
(1 results)
