研究課題
基盤研究(A)
本研究は、炭素繊維、ガラス繊維などによる先進複合材料の加工技術を活用しつつ、天然に見られる竹の特性に学んで構造を成形するとともにこれを用いた構造設計システムの確立をはかることを目的としている。研究は、平成7年度後期より始まり、平成9年度までの予定で、次の2つの項目の研究が行われた。(1) 補強節を有するCFRPパイプのFW成形による試作と曲げ性能評価(2) 熱可塑性樹脂マトリックスのFW成形によるパイプの試作(1)については、補強節を有するCFRPパイプについて、補強節とFW成形の繊維配向角とを変化させた条件で試作し、4点曲げ試験により曲げ剛性、曲げ強度の評価を行った。その結果、補強節によりパイプの断面形状変形が抑えられて曲げ負荷に対し、剛性、強度、共に、大きく向上することが実験的に確かめられた。さらに、エネルギー論の応用により、補強が無い場合のパイプの断面変形についての理論的解析を行い実験とよく合うことを確認した。本研究は平成9年度で終了となるが、今後さらに多くの試作パラメータを変化させた試作評価データを蓄積し、より完備した補強節付きパイプ材あるいは殻材の設計システムの構築へと進むこととしたい。(2)については、熱可塑性樹脂マトリックスのFW成形の諸装置が、平成7年度末に購入され、平成8年度に作動調整が行われ、平成9年度FW成形運転が開始された。FW成形は熱可塑性樹脂PEEKをマトリックスとする炭素繊維テープを600-900℃の高温窒素ガスを使って軟化させてマンドレルに巻き付けた後、直ちに冷却して硬化させることにより進められた。その結果、高温ガスにより、熱可塑性樹脂マトリックスの炭素繊維パイプの成形が達成できることが確認された。ただし、高温窒素ガスと樹脂との接触で、いくらか臭いのあるガスが発生するので、その点の対策を立てることが、この研究項目継続のため必要である。
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