| 研究課題/領域番号 |
21K03804
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分18020:加工学および生産工学関連
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
喜成 年泰 金沢大学, 設計製造技術研究所, 教授 (90195321)
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| 研究分担者 |
立野 大地 金沢大学, 設計製造技術研究所, 准教授 (30714159)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | 繊維強化複合材料 / 組紐構造 / 熱可塑性樹脂 / プレス成形 / キャリア経路 / シミュレーション / 繊維配向 / 組角度 / 軸糸 / 炭素繊維 / マルチブレイダ / 中立糸 / 組紐 / 熱間プレス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
熱可塑性炭素繊維樹脂（以下CFRTP）含浸テープを数十層重ねたパイプ状の組紐を加熱溶融・圧着・固化させてCFRTP中空パイプを作成する。しかも組紐の層とその上下層の間にCFRTPテープが交錯する構造を導入し、同一質量の鋼構造物と比較して６～７倍の機械的性質を示すCFRTPパイプを製造する。この技術の第１の特徴はCFRTPを用いた軽量性である。第２の特徴はCFRTPを用いることによる再加工・補修・リサイクルの容易性である。そして第３の特徴は、組紐成形とプレス成形の連動による量産性・寸法安定性である。
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| 研究成果の概要 |
炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープを何層にも重ねる組紐の上層と下層の間に交錯構造を導入することで、樹脂の接着だけでなく、強化繊維による層間の補強効果を期待して曲げ強度1,000MPa、弾性率125GPaを有するCFRPパイプ成形を目指した結果、上層と下層の間に交錯構造を導入することには成功したが、現有する設備では上層と下層の間の組糸数の差が大きいため、軸糸の割合が減少し、目標とする曲げ強度・弾性率の80％達成に留まった。
しかし組紐構造作製に際して軸糸の割合や組糸の角度の影響を定量的に把握し、自由経路組紐機械におけるキャリア経路シミュレーションや組角度に関連する知見を得ることができた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
炭素繊維強化熱可塑性樹脂を熱成形する前に組紐機械を用いて炭素繊維束を所望の角度に配置する成形方法において、軸糸の割合や組糸の角度を定量的に把握することができた。また、自由に経路を設定可能な組紐機械におけるキャリア経路をシミュレーションし、組角度を設計する方法を明らかにした。以上の2点はますます多様化する炭素繊維強化樹脂の用途拡大に有益な知見を与える。また炭素繊維強化樹脂のような軽量・高強度・高弾性率の機械構造部材の社会実装はドローン等による「必要なモノを必要なときに必要な場所へ」届ける技術の発展に大きく役立つ。
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