2015 Fiscal Year Research-status Report
FRTPのスタンピング成形における樹脂・繊維流動挙動の解明
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26870260
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
久米 裕二 山形大学, 理工学研究科, 准教授 (30377890)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 熱可塑性樹脂複合材料 / スタンピング成形 / その場観察 / 可視化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、次世代の軽量化材料として有望なFRTP（Fiber Reinforced Thermoplastic、熱可塑性樹脂複合材料）において、スタンピング成形時の樹脂および繊維の流動挙動の可視化とその場観察、プロセス因子の解明を目的としている。
H27年度は、スタンピング成形の基礎的な知見を得るために、H26年度に構築した可視化とその場観察システムのブラッシュアップと次年度に向けた実験環境の検討を行った。具体的には、可視化実験中に映り込む各種装置の反射像の除去とX線透過下での実験の可否である。
可視化実験によって得た映像は、定量的な評価のために画像処理を行う場合、実験機器の映り込みにより，困難が生じていた。このため、画像クオリティの向上を目指し、光源周りを再検討し、その場観察システムのブラッシュアップを行った。その結果、赤色光源を用いることにより、画像二値化処理の際のコントラストを向上させることに成功した。また、光源とカメラの両方に偏光フィルターを用いることで、照明や金型部品などからの映り込みを大幅に減らすことができた。
また、成形中の繊維の流動を可視化するためには、X線透過下での実験が必要となるが、X線装置の利用は事前検討を十分に行う必要がある。利用予定の装置と金型方案などを検討した結果、装置の改修費用が高額になることが予想された。そのため、繊維流動の可視化は、すでに開発した可視化システムを応用したモデル実験を実施することにした。
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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
H27年度は、H26年度に構築したその場観察システムのブラッシュアップと、H28度に実施予定のX線観察下での実験の事前検討を行った。
可視化実験によって得た映像は、目視では問題無く樹脂の流動挙動を確認できるが、定量的な評価のために画像解析を行う場合、撮影用のカメラや照明装置、金型部品などが映り込み、障害となって自動で画像解析が行えない。手動で行うことも出来るが、一回の実験で数十枚の画像を解析する必要があるため非常に手間がかかる。このため、根本的な画像クオリティの向上と自動画像解析システムの開発を行う必要がある。そこで、光源や偏光フィルターに着目し、その場観察システムのブラッシュアップを行った。その結果、赤色光源を用いることにより、画像二値化処理の際のコントラストを向上させることに成功した。また、光源とカメラの両方に偏光フィルターを用いることで、照明や金型部品などからの映り込みを大幅に減らすことができた。
成形中の繊維の流動を可視化するためには、X線透過下での実験が必要となるが、X線装置はその危険性から慎重に取り扱う必要があり、事前検討を十分に行う必要がある。検討した装置はX線CT装置であり、X線は側方から照射される。その場観察のためには、現状の成形治具を90度回転させる必要がある。また、樹脂成形は温度に敏感であるため加熱装置を組み込む必要があるが、X線装置の仕様上、型の設置や配線には大幅な改修が必要となり、費用が高額になると予想された。そのため、繊維流動の可視化は、可視化システムを応用して金属繊維と透明な樹脂を用いたモデル実験を行う方が有効であると判断した。
以上のように、可視化システムの構築とブラッシュアップは概ね順調に進んでいる。しかしながら、ブラッシュアップに注力した結果、平板以外の形状の成形は型設計の段階であるため、継続的に研究を行う予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も引き続き，初年度に構築したその場観察システムを活かして各種成形因子の解明を行う。具体的には、平板成形から発展させた突起形状の成形と突起部への流動挙動の可視化、モデル材料を利用した繊維流動のその場観察である。突起形状の成形は、型設計までは終えており、型作製と具体的な成形を実施し、樹脂流動挙動を観察する予定である。また、繊維流動の可視化に関しては、H27年度にX線透過下での実験の可否について検討した結果、実験設備や費用等の面から現状では困難であるため、金属繊維と透明樹脂を利用したモデル実験を行い、繊維の長さと繊維配向挙動の関連性などを検討していく。
また、H29年度は研究期間の最終年度となるため、対外的な発表を行い、研究成果を幅広く発信していく。
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