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2012 年度 実績報告書

一体型多機能光ファイバセンサの創生と複合材料硬化モニタリングへの適用

研究課題

研究課題/領域番号 22560088
研究機関高知工科大学

研究代表者

高坂 達郎  高知工科大学, 工学部, 准教授 (80315978)

研究期間 (年度) 2010-10-20 – 2013-03-31
キーワード複合材料・物性 / 機械材料・材料力学 / 硬化モニタリング / 知的材料 / 光ファイバセンサ / 硬化度 / FBGセンサ / 成形ひずみ
研究概要

本研究は,成形モニタリングに適した多機能光ファイバセンサの開発とそのFRP成形への適用を目的として行われた.まず,FBGひずみセンサ,そして硬化度測定用の屈折率センサとラマン分光型センサについて成形モニタリングへの適用性の検討を行った.その結果,成形ひずみの測定にはFBGセンサが,そして硬化度の測定には精度の観点から屈折率センサが適していることが分かった.さらに,二つの光源を用いて一本の光ファイバにFBGセンサと屈折率測定センサを統合し,ひずみと硬化度が同時測定できるセンサシステムを開発した.このシステムを,FRP積層板のホットプレス成形と,織物FRPのVaRTM成形に適用した.その結果,ホットプレス成形の屈折率測定結果からは,硬化度だけでなく,樹脂の軟化とボイドの発生の観測も可能であることが示された.この多機能性はVaRTM成形のモニタリングにおいても発揮され,樹脂注入中のボイドの流動が測定された.また,どちらの成形においても硬化度は低ノイズで測定できることが示された.FRP積層板のひずみ測定結果からは,樹脂の軟化によるひずみ緩和を確認することができ,それが製造後の残留ひずみに大きな影響を与えることが分かった.織物FRPのひずみ測定結果からは,脱型後のポストキュア過程での加熱成形時のひずみが残留ひずみを生じさせることが分かった.
以上より,提案されたセンサシステムによって,FRP成形品の硬化度,硬化ひずみ,樹脂流動,そしてボイドの発生のモニタリングが可能であることが示された.μmオーダーの局所的な測定が可能な本手法は,新たなFRPの開発における成形時の材料状態の観察に大きく役立つことから,学術的な意義だけでなく工業的な意義も高い.さらに,少量の試料を用いた従来の手法と異なり実際の製品サイズで適用可能であり,FRPの製造手法をより高度化に大きく貢献する重要な技術である.

現在までの達成度 (区分)
理由

24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

24年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (15件)

  • [雑誌論文] FBGセンサを用いた樹脂のポストキュア過程のモニタリング2012

    • 著者名/発表者名
      高坂達郎
    • 雑誌名

      材料

      巻: 61 ページ: 648-653

    • DOI

      10.2472/jsms.61.648

    • 査読あり
  • [学会発表] 統合型光ファイバセンサシステムによるGFRP積層板の 成形モニタリング2013

    • 著者名/発表者名
      高坂達郎
    • 学会等名
      第4回日本複合材料合同会議(JCCM-4)
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      20130307-20130309
  • [学会発表] FRP積層板の成形における硬化度・ボイドモニタリング2013

    • 著者名/発表者名
      松本明大
    • 学会等名
      日本機械学会 中国四国支部 第 51 期総会・講演会
    • 発表場所
      高知工科大学
    • 年月日
      20130307-20130308
  • [学会発表] 屈折率センサによるCNT複合材料の成形モニタリング2012

    • 著者名/発表者名
      高坂達郎
    • 学会等名
      日本機械学会第20 回機械材料・材料加工技術講演会(M&P2012)
    • 発表場所
      大阪工業大学
    • 年月日
      20121201-20121202
  • [学会発表] 光ファイバ屈折率センサを用いたFRP積層板の成形モニタリング2012

    • 著者名/発表者名
      松本明大
    • 学会等名
      日本機械学会第20 回機械材料・材料加工技術講演会(M&P2012)
    • 発表場所
      大阪工業大学
    • 年月日
      20121201-20121202
  • [学会発表] 光ファイバセンサを用いたFRP成形プロセスにおける硬化度・ひずみ測定2012

    • 著者名/発表者名
      梶川拓矢
    • 学会等名
      日本機械学会第20 回機械材料・材料加工技術講演会(M&P2012)
    • 発表場所
      大阪工業大学
    • 年月日
      20121201-20121202
  • [学会発表] FBG・屈折率センサを用いたFRP積層板の成形モニタリング2012

    • 著者名/発表者名
      高坂達郎
    • 学会等名
      日本機械学会 M&M2012 材料力学カンファレンス
    • 発表場所
      愛媛大学
    • 年月日
      20120921-20120924
  • [学会発表] 光ファイバ屈折率センサを用いたFRP積層板の成形モニタリング2012

    • 著者名/発表者名
      高坂達郎
    • 学会等名
      2012年度 日本機械学会年次大会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      20120910-20120912
  • [学会発表] Process monitoring of hot-press molding of FRP laminates by fiber-optic index sensor2012

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Matsumoto
    • 学会等名
      Ninth Joint Canada-Japan Workshop on Composites
    • 発表場所
      Kyoto
    • 年月日
      20120730-20120801
  • [学会発表] Cure monitoring of FRP by FBG and Refractive-Index Sensors, Ninth Joint Canada-Japan Workshop on Composites2012

    • 著者名/発表者名
      Takuya Kajikawa
    • 学会等名
      Ninth Joint Canada-Japan Workshop on Composites
    • 発表場所
      Kyoto
    • 年月日
      20120730-20120801
  • [学会発表] Process Monitoring of CNT Composites by Optical Fibers2012

    • 著者名/発表者名
      Tatsuro Kosaka
    • 学会等名
      Ninth Joint Canada-Japan Workshop on Composites
    • 発表場所
      Kyoto
    • 年月日
      20120730-20120801
  • [学会発表] Cure Monitoring of FRP Laminates During Hot-Press Molding by Fiber Optic Strain and Cure Index Sensors Using Dual Light Sources2012

    • 著者名/発表者名
      T. Kosaka, T. Kajikawa, A. Matsumoto, K. Kusukawa
    • 学会等名
      15th US-Japan Conference on Composite Materials
    • 発表場所
      Arlington, Texas
    • 年月日
      20120000
  • [学会発表] 光ファイバセンサを用いたFRP積層板の硬化度・ボイドモニタリング

    • 著者名/発表者名
      松本明大
    • 学会等名
      第1回オートモーティブ・コンポジットシンポジウム
    • 発表場所
      岐阜
  • [学会発表] 光ファイバセンサによるFRPの成形モニタリング

    • 著者名/発表者名
      高坂達郎
    • 学会等名
      第1回オートモーティブ・コンポジットシンポジウム
    • 発表場所
      岐阜
  • [学会発表] 光ファイバセンサによるVaRTM成形モニタリング

    • 著者名/発表者名
      寺町智宏
    • 学会等名
      第1回オートモーティブ・コンポジットシンポジウム
    • 発表場所
      岐阜
  • [学会発表] FRP 積層板の成形ひずみシミュレーション

    • 著者名/発表者名
      堀内貴文
    • 学会等名
      日本機械学会 中国四国支部 第43回学生員卒業研究発表講演会
    • 発表場所
      高知工科大学

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公開日: 2014-07-24  

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