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Elucidation of micro / nano particle phenomena in welding process of carbon fiber reinforced thermoplastics near the fiber / polymer interface

Research Project

Project/Area Number 20K05120
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 26030:Composite materials and interfaces-related
Research InstitutionKindai University

Principal Investigator

Nishiyabu Kazuaki  近畿大学, 理工学部, 教授 (30208235)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 田邉 大貴  神戸市立工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (70792216)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywords熱可塑性CFRP / 融着接合 / 接合界面 / 引張せん断強度 / 超音波融着接合 / 抵抗融着接合
Outline of Research at the Start

本研究は,炭素繊維強化熱可塑性プラスチック(熱可塑性CFRP)の繊維/樹脂界面近傍での融着接合過程の現象解明を目的とし,融着接合部に添加するマイクロ・ナノ粒子の影響を解明する.具体的には,金属粉末冶金技術および樹脂射出成形技術を融合したマイクロ・ナノプロセッシングの研究成果を,熱可塑性複合材料の各種融着接合におけるプロセス研究の成果に応用し,分野横断型の学際的な研究を目指す.

Outline of Final Research Achievements

This study aims to revealed that the phenomenon in fusion joining process near fiber/polymer interface in carbon fiber reinforced thermoplastic (CFRTP). Specifically, the effect of micro-nanoparticles added to the fusion joint was experimentally investigated. In the experiments, single-walled and multi-walled carbon nanotubes were homogeneously melt-kneaded with the thermoplastic polymer of the fusion joining layer and used as joining layers for ultrasonic welding and electric resistance welding.
As a result of evaluating the fusion joining behavior and tensile shear strength, the addition of carbon nanotubes promoted the polymer melting of the fusion joining layer. In addition, it was found that the tensile shear strength is improved due to the three-dimensional network structure of carbon nanotubes.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の成果は,熱可塑性樹脂複合材料の融着接合プロセスにおける普遍的な影響因子を明らかにするものであり,熱可塑性CFRP等の先進材料の融着接合プロ セスの高度化に貢献できる.これにより,熱可塑性複合材料の用途拡大をより進めることが可能となり,学術的な独創性や工業的有用性は極めて高いと考えられる.また,マイクロ・ナノテクノロジーとCFRPの成形加工技術を融合した先進的な技術分野を開拓し,普遍性の高い研究成果が産業応用につながると考えられる.

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Reinforcing Effect by Carbon Fibers for Energy Director on Ultrasonic Spot Welding of Woven-CF/PPS Laminates2022

    • Author(s)
      TANABE Daiki, HORIUCHI Tokiyuki, NISHIMURA Souma, NISHIYABU Kazuaki
    • Journal Title

      Journal of the Society of Materials Science, Japan

      Volume: 71 Issue: 6 Pages: 495-500

    • DOI

      10.2472/jsms.71.495

    • ISSN
      0514-5163, 1880-7488
    • Year and Date
      2022-06-15
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Joining of CFRTP and Metal2022

    • Author(s)
      Tanabe Daiki, Nishiyabu Kazuaki
    • Journal Title

      Seikei-Kakou

      Volume: 34 Issue: 2 Pages: 51-55

    • DOI

      10.4325/seikeikakou.34.51

    • NAID

      130008161791

    • ISSN
      0915-4027, 1883-7417
    • Year and Date
      2022-01-20
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Journal Article] 織物CF/PPS積層板の超音波スポット融着接合に及ぼすエネルギダイレクタの炭素繊維強化の影響2022

    • Author(s)
      田邉 大貴,堀内 睦之,西村 壮真,西籔 和明
    • Journal Title

      日本材料学会 材料

      Volume: Vol.71, No.6 Pages: 495-500

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effects of Thickness of Polymer Based Energy Director on Ultrasonic Spot Welding Behavior of Woven-CF/PPS Laminates2020

    • Author(s)
      田邉大貴, 堀内睦之, 西籔和明
    • Journal Title

      Journal of the Society of Materials Science, Japan

      Volume: 69 Issue: 5 Pages: 373-378

    • DOI

      10.2472/jsms.69.373

    • NAID

      130007844448

    • ISSN
      0514-5163, 1880-7488
    • Year and Date
      2020-05-15
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] CF/PPS積層板の抵抗融着接合挙動に及ぼすCNT添加抵抗発熱体の影響2023

    • Author(s)
      田邉大貴, 高橋省吾, 西籔和明
    • Organizer
      第14回 日本複合材料会議(JCCM-14)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] CNT添加エネルギーダイレクタを用いたCF/PPS積層板の超音波融着接合挙動と健全性モニタリング評価2023

    • Author(s)
      西村壮真,田邉大貴,西籔 和明
    • Organizer
      第14回 日本複合材料会議(JCCM-14)
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 織物CF/PPS積層板の抵抗融着接合挙動に及ぼす抵抗発熱体のマイクロ・ナノ繊維添加の影響2022

    • Author(s)
      田邉大貴, 竹澤 明日也, 西籔和明
    • Organizer
      第13回 日本複合材料会議(JCCM-13)
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 織物CF/PPS積層板の抵抗融着接合挙動に及ぼす抵抗発熱体のCNT添加の影響2022

    • Author(s)
      田邉大貴, 高橋省吾, 西籔和明
    • Organizer
      日本複合材料学会 第47回複合材料シンポジウム(2022)
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ナノ繊維添加エネルギーダイレクタを用いた織物CF/PPS積層板の超音波融着接合挙動2022

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      西村壮真,田邉大貴,西籔 和明
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      日本複合材料学会 第47回複合材料シンポジウム(2022)
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Ultrasonic welding behavior of woven-CF/PPS laminates by using carbon nanotube added energy director2022

    • Author(s)
      Soma Nishimura, Daiki Tanabe, Kazuaki Nishiyabu
    • Organizer
      JSME International Conference on Materials and Processing 2022
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      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effects of carbon nanotube added resistance heating element on resistance welding behavior of Woven-CF/PPS laminates2022

    • Author(s)
      Daiki Tanabe, Soma Nishimura, Kazuaki Nishiyabu
    • Organizer
      JSME International Conference on Materials and Processing 2022
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      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 織物CF/PPS積層板の抵抗融着接合挙動に及ぼす抵抗発熱体のマイクロ・ナノ繊維添加の影響2022

    • Author(s)
      田邉 大貴, 竹澤 明日也, 西籔 和明
    • Organizer
      第13回日本複合材料会議(JCCM-13)
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] マイクロ・ナノ繊維添加エネルギーダイレクタを用いた織物CF/PPS積層板の超音波融着接合挙動2022

    • Author(s)
      西村 壮真, 田邉 大貴, 西籔 和明
    • Organizer
      第13回日本複合材料会議(JCCM-13)
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 織物CF/PPS積層板の高周波誘導融着接合における積層板表面の過熱の抑制と融着接合挙動の評価2022

    • Author(s)
      長谷川 晴海, 田邉 大貴, 西籔 和明
    • Organizer
      第13回日本複合材料会議(JCCM-13)
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 超音波加熱を用いた一方向CF/Ep積層板とAl板の接合挙動に及ぼすエネルギーダイレクタの影響2022

    • Author(s)
      裏野 葵生, 田邉 大貴, 西籔 和明
    • Organizer
      第13回日本複合材料会議(JCCM-13)
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 熱可塑性CFRPの融着接合挙動に及ぼす融着層へのマイクロ・ナノ粒子添加の影響2021

    • Author(s)
      田邉 大貴, 谷 悠希, 早稲田 一嘉, 西籔 和明
    • Organizer
      日本材料学会 第70期学術講演会 講演論文集
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 織物CF/PPS積層板の超音波融着接合部に及ぼすCNT添加エネルギーダイレクタの影響2021

    • Author(s)
      西村 壮真, 河田 孝平, 田邉 大貴, 西籔 和明
    • Organizer
      日本機械学会 機械材料・材料加工部門 第29回機械材料・材料加工技術講演会(M&P2021)
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 熱可塑性CFRPの融着接合挙動に及ぼす融着接合層へのマイクロ・ナノ粒子添加の影響2021

    • Author(s)
      田邉 大貴, 西籔 和明
    • Organizer
      JCOM若手ウェビナー2021
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] CNT添加エネルギダイレクタを用いた織物CF/PPS積層板の超音波融着接合挙動2021

    • Author(s)
      西村 壮真, 田邉 大貴, 西籔 和明
    • Organizer
      JCOM若手ウェビナー2021
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 種々の加熱法を用いた熱可塑性CFRPの接合技術と接合強度評価2020

    • Author(s)
      田邉大貴
    • Organizer
      2020年度 JCOM若手 ウェビナー予稿集
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 熱可塑性CFRPの融着接合挙動に及ぼす融着層へのマイクロ・ナノ粒子添加の影響2020

    • Author(s)
      田邉大貴,谷悠希,早稲田一嘉,西籔和明
    • Organizer
      日本材料学会 第70期学術講演会
    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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