| 研究課題/領域番号 |
21K03758
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| 研究機関 | 大阪産業大学 |
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研究代表者 |
和田 明浩 大阪産業大学, 工学部, 教授 (60321460)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | FRP / RTM成形 / 超音波 / 振動付与 / 力学特性 |
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| 研究実績の概要 |
FRPの製造方法として近年注目されているRTM（Resin Transfer Molding）成形法は，樹脂含浸前のドライ繊維を成形型内にあらかじめ配置して型締めした後，注入口から液体状樹脂を加圧注入して樹脂含浸させ，樹脂硬化後に脱型して成形品を得る手法である．本研究では，樹脂注入過程および硬化過程において金型に超音波振動を付与することで，繊維束への樹脂含浸促進，および繊維／樹脂界面の密着性向上を試みる．今年度は，模擬RTM成形を行うための簡易型を設計製作し，樹脂注入工程における繊維束への樹脂含浸状態をモニタリングする手法について検討した．成形型は，樹脂含浸状態が視認できるように上面をアクリル板とし，顕微鏡カメラによる撮影画像と成形型外からの超音波計測結果の対応関係を調査した．その結果，両者の対応関係が良好であることを確認し，上下ともに金属型で樹脂含浸状態の目視確認が困難な場合においても，超音波計測により樹脂含浸評価が可能であることを明らかにした．次に，成形型に圧電型振動子を取り付け，成形型の一部に超音波振動を付与しながら樹脂含浸過程の観察を行い，超音波振動が樹脂含浸に影響を及ぼすことを確認した．しかし，成形型が振動付与に適した形状でないため，超音波振動による十分な含浸促進効果を確認することはできなかった．当初は成形型の振動様式を非接触のレーザ変位計で計測する計画であったが，振動振幅が想定より小さく計測が困難であったため，成形型の振動状態を把握するには至らなかった．
以上のように，今年度は，本研究課題を進めるために必要となるRTM成形システムの構築，および樹脂含浸状態の定量化に必要となるモニタリング手法の確立を達成できた．また，超音波振動を付与しない標準的な成形条件におけるリファレンスデータを取得できた点は意義深い．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
今年度は，本研究課題の遂行に必要となるRTM成形システムの構築，および繊維束への樹脂含浸状態の定量化に必要なモニタリング手法の確立を行った．RTM成形型は1次元的な樹脂流れを実現できるように設計製作し，超音波振動を付与しない標準成形において，安定した成形品を得ることに成功した．また，顕微鏡カメラ観察と成形型外部からの超音波計測結果の比較により，樹脂含浸状態を超音波計測により定量化できることを確認した．本研究では，成形型の外部に超音波探触子を設置して型内のFRP層に向けて超音波を入射し，FRP層の上下面からの反射波を分析することで繊維束への樹脂含浸状態をモニタリングできることを示した．また，同システムを用いて，樹脂含浸後の樹脂硬化過程のモニタリングも可能であること確認した．
当初計画では，成形型に圧電型振動子を取り付けて成形型の振動状態を計測する予定であったが，成形型の振動変位が想定よりも小さかったため，レーザ変位計による振動計測は困難であった．しかし，局所的な超音波振動を付与したRTM成形実験において，顕微鏡カメラによる樹脂含浸過程の観察を行った結果，超音波振動が繊維束への樹脂含浸に影響を与えることを確認することができた．今年度は定量的な評価には至っていないが，この実験を通して次年度以降の検討の基礎となる知見を得た．また，成形型の振動状態を定量評価するために新たな計測器の選定を行い，次年度以降の検討に目途をつけた．
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| 今後の研究の推進方策 |
初年度に確立したRTM成形システムに加えて，超音波振動付与に適した成形型を新たに設計製作する．新たに製作する成形型では型中央から樹脂注入し，放射状に樹脂を流動させる方式を採用する．振動を付与しない標準成形では強化繊維形態で決まる対称形の樹脂流れとなるが，成形型の一部に超音波振動を付与した場合，樹脂流れの対称性が崩れることが予想される．この流動様式の相違を利用して超音波振動の効果を定量的に評価することを試みる．
成形型の振動状態評価に関しては，今年度新たに購入予定のレーザドップラ振動計を用いて，成形型全体の振動状態を定量的に評価する．購入予定の振動計は計測対象の前面にアクリルなど光透過性の材料がある場合でも振動計測が可能であることから，アクリル板を上型とする成形型を組み立てた状態で型内部の振動状態を計測する．成形型に対する圧電型振動子の取り付け位置や入力信号強度と成形型振動状態の関係を調べるとともに，複数の圧電型振動子で振動を付与した場合の振動様式についても調査する．ここでは，各種振動条件において，入力信号電圧と成形型の振動強度の校正曲線を取得することを目標とする．
RTM成形実験では，使用する繊維基材の種類（マット材，クロス材，一方向材など）や繊維体積含有率によって樹脂流動状態が変化することが予想されるため，これらの条件を変化させて実験を繰り返し，繊維形態ごとに樹脂含浸に適した超音波振動条件の探索を行う．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本研究課題の遂行には，成形型の振動状態を非接触計測するための計測器が不可欠である．当初は，レーザ変位計を用いて成形型の振動状態を評価する予定であったが，成形型の振動振幅が想定したよりも小さかったため，正確な振動評価ができなかった．そこで，新たに微小振動計測に適したレーザドップラ振動計を購入し，成形型の振動評価を行う予定である．購入予定のレーザドップラ振動計は高額であり，単年度の交付補助金では購入できないため，今年度の残予算と次年度予算を合算して購入する予定である．
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