ポリマー系繊維強化複合材料の一貫セルフモニタリング機能解明と信頼性・耐久性向上

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26820002
• Research Institution: Japan Aerospace Exploration Agency
• Principal Investigator: 竹田 智 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 航空本部, 研究員 (70451531)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 複合材料力学 / スマート複合材料 / カーボンナノチューブ / 高分子材料 / 破壊 / 損傷 / 電気伝導 / モニタリング

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、スマートポリマー複合材料（カーボンナノチューブ（CNT）分散ポリマー接着層を有する繊維強化複合材料）の一貫セルフモニタリング機能を理論・実験両面から解明し、信頼性・耐久性向上を図るものである。本年度は、主にき裂を有するスマートポリマー複合材料の静的破壊・損傷モニタリング機能に関する実験的研究を行い、き裂挙動および電気抵抗挙動について検討を加えた。得られた成果を要約すると以下の通りである。
1. CNT分散ポリマー接着層内部にき裂を有するスマートポリマー複合材料（炭素繊維強化プラスチック（CFRP）／CNT分散ポリマー接着層／CFRP）のモードI破壊試験（双片持ちはり（DCB）試験）・その場き裂観察・電気抵抗測定（上下CFRP表面に電極を作製し、DCB試験片厚さ方向の電気抵抗を測定）を行った。接着層は、ビスフェノールF型エポキシ樹脂に多層CNT（MWNT）を分散させたものであり、接着層CNT含有量および接着層厚さの異なるスマートポリマー複合材料試験片を作製した。スマートポリマー複合材料試験片の電気抵抗は、き裂長さの増大に伴い増大した。また、き裂進展に伴う電気抵抗変化に及ぼす接着層CNT含有量および接着層厚さの影響やき裂進展メカニズム等について考察中である。
2. スマートポリマー複合材料試験片のき裂進展に伴う電気抵抗変化に関する実験結果に理論的検討を加えるため、CNT分散ポリマー接着層の電気伝導メカニズムを考慮した電気抵抗変化予測手法を検討中である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

カーボンナノチューブ（CNT）分散ポリマー接着層を有する炭素繊維強化プラスチック（CFRP）の接着部におけるき裂挙動や電気抵抗挙動に関する実験的研究を行い、順調に成果を挙げている。また、き裂進展に伴う電気抵抗変化の予測手法に関する検討も進めており、良好な見通しを得ている。

Strategy for Future Research Activity

実験を継続して行い、着実にデータを取得していく。また、き裂進展に伴う電気抵抗変化に関する実験結果と予測結果を比較し、予測手法の妥当性・合理性を検証していく。さらに、本年度の成果を踏まえ、疲労破壊・損傷モニタリング機能等について検討を進める予定である。

Causes of Carryover

次年度使用額は、本年度の研究を効率的に進めたことに伴い発生した未使用額である。

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度使用額については、今後の実験に用いる試験片や消耗品等の購入経費として効果的に使用する予定である。