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2014 年度 実績報告書

超音波加振を用いた冷間ニードルパンチによるCFRTP層間特性の向上とその評価

研究課題

研究課題/領域番号 25870643
研究機関岡山県立大学

研究代表者

小武内 清貴  岡山県立大学, 情報工学部, 助教 (30614367)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワード複合材料 / 熱可塑性樹脂 / 破壊じん性 / ニードルパンチ / 超音波加振
研究実績の概要

本年度の業績は以下の通りである.
本年度は,超音波加振装置を用いて,成形したCFRTPに対し,特殊な形状の針を繰り返し刺突した.その際,ニードルの形状および刺突間隔は,先に行った,熱間ニードルパンチ処理によって見出した最適条件を用いた.
まず,刺突速度の異なる条件にて超音波ニードルパンチ処理を施したCFRTPに対し,曲げ試験を行った.その結果,熱間ニードルパンチ処理では,熱間ニードルパンチ処理によってCFRTPの曲げ強度および剛性が未処理材のそれに比べ低下したのに対し,超音波ニードルパンチ処理では,CFRTPの曲げ強度および剛性は未処理材のそれとほぼ同程度であった.特に,刺突速度の遅い条件で超音波ニードルパンチ処理を行ったものでは,未処理材に比べ曲げ剛性・曲げ強度の向上が見られた.CFRTP内部の状態を研磨により確認したところ,熱間ニードルパンチ処理では,面内繊維の再配向に伴う繊維の折損が多く見られたのに対し,超音波ニードルパンチ処理では,面内繊維の再配向は少なく,その結果繊維の折損も少なかった.また,超音波ニードルパンチ処理では,柱状の樹脂流れが面外方向に形成されていることがわかった.これらの結果より,超音波ニードルパンチ処理は,面内繊維の折損が少なく,その結果曲げ特性に与える影響が少なかったものと考えられる.
次に,DCB試験によってModeI方向の負荷を層間に与え,CFRTPのModeI層間破壊じん性を定量的に評価したところ,再配向繊維の多い熱間ニードルパンチ処理材には劣るものの,未処理材に対し,60%程度の初期層間破壊じん性の向上が見られた.これは前述の柱状樹脂による面外方向のブリッジング効果によるものだと考えられる.
以上の結果より,本課題にて提案した超音波ニードルパンチ処理は,CFRTPの機械的特性を犠牲にすることなく,層間破壊じん性を向上させることが可能であるとの知見を得た.

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (10件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] 内部空孔にCNTを生成したC/C複合材料の開発とそのトライボロジ特性2014

    • 著者名/発表者名
      小武内清貴,大窪和也,藤井透
    • 雑誌名

      材料

      巻: 63 ページ: 356-361

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Prediction Method of Fracture Strain for Non-Standardized Specimen Based on Local Absorbed Strain Energy Distribution2014

    • 著者名/発表者名
      Tadao Fukuta, Kiyotaka Obunai, Koichi Ozaki, Masato Tsutsui, Takuto Hara
    • 雑誌名

      Journal of JSEM

      巻: 14 ページ: 210-215

    • 査読あり
  • [学会発表] 超音波ニードルパンチ処理を施したCFRTPの層間破壊じん性2015

    • 著者名/発表者名
      小武内清貴,福田忠生,尾崎公一
    • 学会等名
      第6回日本複合材料会議
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2015-03-04 – 2015-03-06
  • [学会発表] CF/PA6積層板への超音波加振したニードルの刺突特性2014

    • 著者名/発表者名
      森川祥文,小武内清貴,福田忠生,尾崎公一
    • 学会等名
      第6回自動車用途コンポジットシンポジウム
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2014-11-22 – 2014-11-22
  • [学会発表] 超音波加振ニードルパンチ処理を施したCF/PA6複合材料の曲げ特性2014

    • 著者名/発表者名
      小武内清貴,福田忠生,尾崎公一
    • 学会等名
      第6回自動車用途コンポジットシンポジウム
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2014-11-22 – 2014-11-22
  • [学会発表] Mode I Interlaminar Fracture Toughness of Hot Needle Punched CFRTP2014

    • 著者名/発表者名
      Kiyotaka Obunai, Tadao Fukuta, Koichi Ozaki, Yoshifumi Morikawa
    • 学会等名
      The 11th China-Japan Joint Conference on Composite Materials
    • 発表場所
      重慶
    • 年月日
      2014-10-18 – 2014-10-23
    • 招待講演
  • [学会発表] Mode I Interlaminar Fracture Toughness of Hot Needle Punched CFRTP2014

    • 著者名/発表者名
      Kiyotaka Obunai, Tadao Fukuta, Koichi Ozaki, Yoshifumi Morikawa
    • 学会等名
      The 9th Asian-Australasian Conference on Composite Materials
    • 発表場所
      蘇州
    • 年月日
      2014-10-14 – 2014-10-17
  • [学会発表] 超音波加振したニードルのCFRTPへの刺突特性2014

    • 著者名/発表者名
      小武内清貴,福田忠生,尾崎公一
    • 学会等名
      2014年度JCOM若手シンポジウム
    • 発表場所
      高知
    • 年月日
      2014-09-01 – 2014-09-02
  • [学会発表] ニードルパンチ処理を施したCF/PA6複合材料のMode I 層間破壊じん性と曲げ強度2014

    • 著者名/発表者名
      森川祥文,小武内清貴,福田忠生,尾崎公一
    • 学会等名
      2014年度JCOM若手シンポジウム
    • 発表場所
      高知
    • 年月日
      2014-09-01 – 2014-09-02
  • [学会発表] 輝度エネルギの保存を考慮した画像補間法の提案と光学的非接触ひずみ計測への応用2014

    • 著者名/発表者名
      原卓土,小武内清貴,福田忠生,尾崎公一
    • 学会等名
      日本実験力学会2014年度年次講演会
    • 発表場所
      姫路
    • 年月日
      2014-08-28 – 2014-08-30
  • [学会発表] 円周切欠き付小型丸棒試験片を用いた破壊じん性試験方法の検討2014

    • 著者名/発表者名
      太才大陸,福田忠生,小武内清貴,尾崎公一
    • 学会等名
      日本実験力学会2014年度年次講演会
    • 発表場所
      姫路
    • 年月日
      2014-08-28 – 2014-08-30
  • [学会発表] 炭素前駆体へのガラス繊維の添加による C/C 複合材料の摩擦係数の温度依存性の低減2014

    • 著者名/発表者名
      藤谷亮平,小武内清貴,大窪和也,藤井透
    • 学会等名
      日本機械学会M&M2014材料力学カンファレンス
    • 発表場所
      福島
    • 年月日
      2014-07-18 – 2014-07-21

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公開日: 2016-06-01  

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