自己修復型熱可塑性複合材料のスマートマニユファクチャリングに関する研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10555223
• 研究機関: 大阪市立大学
• 研究代表者: 福田 武人 大阪市立大学, 工学部, 教授 (40047155)
• 研究分担者: 北出 真太郎 石川島播磨重工業(株), 技術研究所, 研究員 ; 逢坂 勝彦 大阪市立大学, 工学部, 助教授 (10167299) ; 元木 信弥 大阪市立大学, 工学部, 教授 (40221626)
• キーワード: 自己修復 / 損傷 / 複合材料 / 熱可塑性樹脂 / スマートマニュファクチャリング / 形状記憶合金

研究概要

本研究の目的は、形状記憶合金(SMA)が埋め込まれた熱可塑性樹脂複合材料について、加熱することによってSMAに回復応力を発生させ、構造材料としての使用中に発生したき裂などの損傷を閉じさせると同時に樹脂を溶融して、損傷を自己修復できる材料を製造する技術を確立することである。本年度は以下のような研究成果を得た。
○昨年度までに温度が上昇すると剛性が増加する、通常と全く逆の機能を持った新しいSMA/GF複合材料を開発し、SMAの体積分率と一方向強化GFRP積層板の剛性変化の関係について明らかにした。本年度は、積層板の積層構成とSMAの効果について検討した。また、SMA層を非対称に積層してGFRP積層板を作製し、これまで得られたSMAによる剛性のコントロールを利用して、温度変化に伴ってそりを発生させその解析を行った。その結果、そりを精度よく表現でき、これまで得られた成果を確認し、SMAによる自己修復に関する基礎データを得ることができた。
○昨年度までに自己修復型熱可塑性複合材料の成形過程におけるマトリックス樹脂の状態変化を、誘電センサを用いて測定出来ることを明らかにした。本年度は、誘電センサによる測定データの蓄積及びDSC、レオメータを用いて得られたデータとの詳細な比較検討を行った。その結果、誘電センサにより得られた誘電特性の変化から、熱可塑性樹脂の溶融や硬化などの状態を精度よく検出できることがわかった。
○光ファイバひずみセンサによる欠陥のない成形を実現するため、光ファイバセンサのひずみ測定感度について検討した。ガラス/熱硬化性樹脂複合材料積層板に光ファイバセンサを埋め込み、成形過程における内部ひずみ測定を行った。その結果、光ファイバセンサがマトリックス樹脂の硬化収縮ひずみを測定できるほど感度が高いことがわかった。また、マトリックス樹脂の剛性とセンサひずみ出力の関係を有限要素解析を行い定量的に明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] T.Fukuda & T.Kosaka: "An Overview of Cure Monitoring in Composites Molding Process"Proc.of the Second Asian-Australasian Conference on Composite Materials. Vol.1. 77-86 (2000)
• [文献書誌] K.Osaka,T.Kosaka,Y.Kawasaki & T.Fukuda: "Effects of Discrepancy of Optical Axis in EFPI Sensors on Measurement of Strains in GFRP Laminates"Proc.of the Second Asian-Australasian Conference on Composite Materials. Vol.2. 1097-1102 (2000)
• [文献書誌] K.Osaka,T.Kosaka,Y.Asano & T.Fukuda: "Measurement of Internal Strains in FRP Laminate with EFPI Optical Fiber Sensor during Autoclave Molding ; Measurement in Off-axis Directions"Proc.of the Second Asian-Australasian Conference on Composite Materials. Vol.2. 1117-1122 (2000)
• [文献書誌] T.Kosaka,K.Osaka,M.Sando & T.Fukuda: "Internal Strain Measurement of FW FRP Pipe with Optical Fiber Sensors"Proc.of the Ninth United States-Japan Conference on Composite Materials. 151-158 (2000)
• [文献書誌] 田中基博,元木信弥,福田武人: "SMA層を非対称にもつGFRP積層板の反り"45th FRP CON-EX2000講演要旨集. 173-174 (2000)
• [文献書誌] 田中基博,元木信弥,福田武人: "SMA層を非対称にもつGFRP積層板の温度変化にともなう変形挙動"第30回FRPシンポジウム講演論文集. 155-156 (2000)