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熱可塑性CFRPの機能的・力学的性能評価手法に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 15J09735
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 複合材料・表界面工学
研究機関東京大学

研究代表者

山下 慎一郎  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2015-04-24 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2016年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2015年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード熱可塑性CFRP / 薄層プリプレグ / 不連続繊維 / 衝撃試験 / 雷撃試験 / 被雷後力学特性 / 超音波探傷 / 熱可塑性CFRP / 体積抵抗率 / 耐雷性 / 引張破壊 / 評価手法 / メカニズム
研究実績の概要

平成27年度に行った以下の①~③について英文誌への投稿を行い,論文が掲載された。これらの知見をもとに,より安全な複合材料構造の実現に向けて有益な知見を得るため,当初の予定を変更して④・⑤の検討を行った。
①炭素繊維テープ強化熱可塑性樹脂(CTT)の引張破壊挙動
②熱可塑性CFRPの電気伝導率
③熱可塑性CFRPの被雷時損傷メカニズム
④CTTの曲げ衝撃荷重下における挙動/高速度カメラを用いて衝撃荷重下における破壊挙動を観察,CTTを構成するテープの厚さと破壊挙動,およびエネルギー吸収量との関係について検討した。その結果,テープを薄くするほど衝撃強度は向上する一方,脆性的な破壊挙動になりエネルギー吸収量は低下することがわかった。これらの成果により,CTTを適用する部材の要求性能に応じて適切な厚みのプリプレグを使い分ける必要があるという,実用面で重要な知見を得た。
⑤熱可塑性CFRPの被雷後力学特性/プリプレグの薄層化による損傷の低減効果が被雷後の力学特性に与える影響について検討するため,熱可塑性CFRPの連続繊維積層板とCTT,さらには熱硬化性CFRPの連続繊維積層板を用い,模擬雷撃試験を行った。試験後の供試体については,超音波探傷や断面の顕微鏡観察を通じて損傷評価を行った後,4点曲げ試験により被雷後の力学特性評価を行った。得られた成果は以下の通りである。(1)熱硬化性CFRPでは大きな層間はく離が発生して力学特性が大幅に低下したが,熱可塑性CFRPでは層間はく離が発生せず,力学特性の保持率も向上した。(2)熱可塑性CFRPの連続繊維積層板とCTT,いずれにおいてもプリプレグの薄層化により残留力学特性が向上した。以上の成果から,薄層プリプレグの適用によって力学特性と耐雷性を兼ね備えた熱可塑性CFRPを実現し,採用することが実用上の雷対策における一つの有効な手段であることが示された。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2017 2016 2015

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 7件)

  • [雑誌論文] 炭素繊維薄層テープ強化熱可塑性樹脂の引張弾性率評価試験におけるバラツキに関する研究2017

    • 著者名/発表者名
      菅沼啓史, 山下慎一郎, 大澤勇, 髙橋淳
    • 雑誌名

      日本複合材料学会誌

      巻: 43 ページ: 18-24

    • NAID

      130006507361

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of thin-ply on damage behaviour of continuous and discontinuous carbon fibre reinforced thermoplastics subjected to simulated lightning strike2017

    • 著者名/発表者名
      S. Yamashita, T. Sonehara and J. Takahashi
    • 雑誌名

      Composites Part A

      巻: 95 ページ: 132-140

    • DOI

      10.1016/j.compositesa.2017.01.010

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Experimental characterization of the tensile failure mode of ultra-thin chopped carbon fiber tape reinforced thermoplastics2016

    • 著者名/発表者名
      S. Yamashita, K. Hashimoto, H. Suganuma and J. Takahashi
    • 雑誌名

      Journal of Reinforced Plastics and Composites

      巻: 35 号: 18 ページ: 1342-1352

    • DOI

      10.1177/0731684416651134

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Volume resistivity of ultra-thin chopped carbon fiber tape reinforced thermoplastics2016

    • 著者名/発表者名
      S. Yamashita, Y. Nakashima, J. Takahashi, K. Kawabe and T. Murakami
    • 雑誌名

      Composites Part A

      巻: 90 ページ: 598-605

    • DOI

      10.1016/j.compositesa.2016.08.027

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Evaluation of Lightning Resistance of Chopped Carbon Fiber Tape Reinforced Thermoplastics2016

    • 著者名/発表者名
      S. Yamashita, T. Sonehara, J. Takahashi, K. Kawabe and T. Murakami
    • 学会等名
      17th European Conference on Composite Materials
    • 発表場所
      International Congress Center Munich, Munich, Germany
    • 年月日
      2016-06-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of Flexural Modulus of Ultra-thin Carbon Fiber Tape Reinforced Thermoplastics2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakashima, H. Suganuma, S. Yamashita and J. Takahashi
    • 学会等名
      17th European Conference on Composite Materials
    • 発表場所
      International Congress Center Munich, Munich, Germany
    • 年月日
      2016-06-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Influences of water absorption on the mechanical properties of discontinuous CF/PA6 and CF/PP2016

    • 著者名/発表者名
      H. Piao, Y. Kiryu, L. Chen, S. Yamashita, H. Wei, I. Ohsawa and J. Takahashi
    • 学会等名
      17th European Conference on Composite Materials
    • 発表場所
      International Congress Center Munich, Munich, Germany
    • 年月日
      2016-06-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of Flexural Modulus of Ultra-thin Chopped Carbon Fiber Tape Reinforced Thermoplastics2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakashima, H. Suganuma, S. Yamashita and J. Takahashi
    • 学会等名
      17th European Conference on Composite Materials
    • 発表場所
      International Congress Center Munich, Munich, Germany
    • 年月日
      2016-06-26
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Influences of Water Absorption on the Mechanical Properties of Discontinuous CF/PA6 and CF/PP2016

    • 著者名/発表者名
      H. Piao, Y. Kiryu, L. Chen, S. Yamashita, H. Wei, I. Ohsawa and J. Takahashi
    • 学会等名
      17th European Conference on Composite Materials
    • 発表場所
      International Congress Center Munich, Munich, Germany
    • 年月日
      2016-06-26
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Tape Length Dependence of the Electrical Conductivity of Ultra-thin Chopped Carbon Fiber Tape Reinforced Thermoplastics2015

    • 著者名/発表者名
      S. Yamashita, Y. Nakashima, J. Takahashi, K. Kawabe and T. Murakami
    • 学会等名
      14th Japan International SAMPE Symposium and Exhibition
    • 発表場所
      Shiinoki Cultural Complex, Kanazawa, Ishikawa, Japan
    • 年月日
      2015-12-06
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 炭素繊維薄層テープ強化熱可塑性樹脂の引張強度における繊維長依存性2015

    • 著者名/発表者名
      山下慎一郎, 橋本幸治, 菅沼啓史, 髙橋淳, 川邊和正, 村上哲彦
    • 学会等名
      第40回複合材料シンポジウム
    • 発表場所
      金沢工業大学 扇が丘キャンパス(石川県金沢市)
    • 年月日
      2015-09-18
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Influence of Dispersion Method to Dispersibility and Mechanical Properties of Ultra-thin Carbon Fiber Tape Reinforced Thermoplastics2015

    • 著者名/発表者名
      H. Suganuma, S. Yamashita, X. Zhang, K. Hashimoto, I. Ohsawa and J. Takahashi
    • 学会等名
      20th International Conference on Composite Materials
    • 発表場所
      Bella Center, Copenhagen, Denmark
    • 年月日
      2015-07-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2015-11-26   更新日: 2024-03-26  

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