第1章 炭素繊維・炭素繊維複合材料技術の現状

• 1.1 炭素繊維の製造方法
  • 1.1.1 PAN系炭素繊維
    • 1. 炭素繊維の発明
    • 2. PAN系炭素繊維の誕生
    • 3. PAN系炭素繊維の製造方法
    • 4. PAN系炭素繊維の物性
    • 5. PAN系炭素繊維の構造変化と物性の発現
  • 1.1.2 ピッチ系炭素繊維
    • 1. 歴史
    • 2. 製造方法
    • 3. ピッチ系炭素繊維の構造、組織および物性
    • 4. 用途
• 4.1 長繊維異方性ピッチ系炭素繊維の用途
  • 4.1.1 高引張弾性率を利用した用途
  • 4.1.2 高熱伝導性を利用した用途
  • 4.1.3 低熱膨張を利用した用途
• 4.2 短繊維等方性ピッチ系炭素繊維の特徴と用途
  • 4.2.1 ミルド繊維
  • 4.2.2 チョップド繊維
  • 4.2.3 カーボンペーパー、カーボンシート
  • 4.2.4 吸音軽量断熱材
  • 4.2.5 カーボンフェルト断熱材、成形断熱材
    • 5. おわりに
• 1.2 国内の研究開発動向
  • 1. 自動車軽量化炭素繊維強化複合材料の研究開発
  • 2. 炭素繊維製造エネルギー低減技術の研究開
  • 3. サステナブルハイパーコンポジット技術の開発
  • 4. 革新炭素繊維基盤技術開発
  • 5. 革新炭素繊維製造プロセス開発
  • 6. 革新的新構造材料等技術開発
  • 7. プロジェクトの背景
• 1.3 海外の研究開発動向
  • 1.3.1 炭素繊維
    • 1. 米国UT-Battelle, LLC (Oak Ridge National Laboratory)
• 1.1 プリカーサー
• 1.2 耐炎化工程
• 1.3 炭素化工程
• 1.4 日米プロジェクトの比較
  • 2. ヨーロッパ
  • 3. 台湾
  • 4. オーストラリア
  • 5. その他
• 1.3.2 炭素繊維複合材料
  • 1. オートメーション (自動化)
  • 2. マルチマテリアル/ハイブリッドデザイン
  • 3. プレイスメント技術
  • 4. 産学連携
  • 5. 複合材料の開発体制

第2章 炭素繊維の評価技術

• 2.1 炭素繊維の異方性力学特性の評価・解析
  • 2.1.1 単繊維引張試験
    • 1. ワイブル分布に基づく単繊維強度分布の解析
    • 2. 樹脂中での単繊維引張試験
    • 3. 液体中での単繊維引張試験
    • 4. 表面ノッチを導入した繊維の単繊維引張試験
  • 2.1.2 単繊維の三点曲げ試験
    • 1. はじめに
    • 2. 実験方法
    • 3. 結果と考察
    • 4. まとめ
  • 2.1.3 単繊維のねじり試験
    • 1. はじめに
    • 2. 試験条件の影響
• 2.1 慣性モーメント
• 2.2 初期歪の影響
• 2.3 測定周期
• 2.4 ガラス管の影響
• 2.5 空気抵抗および内部摩擦
• 2.6 繊維径の影響
• 2.7 ねじり試験の条件の影響のまとめ
  • 3. ねじり-引張試験
• 2.1.4 単繊維の軸方向圧縮試験
  • 1. 緒言
  • 2. 単繊維の軸方向圧縮試験法
  • 3. 圧縮弾性率を測定する方法
  • 4. マイクロコンプレッション法を用いた圧縮試験例
• 4.1 圧縮強度の評価
• 4.2 圧縮弾性率の評価
  • 5. まとめ
• 2.1.5 単繊維の横方向圧縮試験
  • 1. はじめに
  • 2. 試験および解析方法
  • 3. 結果と考察
  • 4. まとめ
• 2.1.6 単繊維の到達可能強度の評価
  • 1. 緒言
  • 2. 強度ポテンシャルを表す指標について
  • 3. 到達可能強度の推定方法～ノッチ導入引張試験～
  • 4. 到達可能強度の評価例
• 4.1 炭素繊維の異方性を考慮した応力集中係数の計算
• 4.2 炭素繊維の力学的異方性評価
• 4.3 ノッチ導入引張試験
• 4.4 Point Stress Criterionを用いた到達可能強度
  • 5. まとめ
• 2.1.7 単繊維の疲労試験
  • 1. はじめに
  • 2. 炭素繊維の疲労
  • 3. 単繊維試料で疲労試験を行う目的
  • 4. 単繊維疲労試験の方法
  • 5. 単繊維疲労試験から得られるデータの解析について
  • 6. おわりに
• 2.1.8 炭素繊維の線熱膨張係数の測定
  • 1. はじめに
  • 2. 熱膨張特性評価システムの構成
  • 3. 測定試料および測定条件
  • 4. 測定結果
• 4.1 繊維軸方向の測定結果
• 4.2 径方向の測定結果
  • 5. まとめ
• 2.2 炭素繊維の構造と力学特性の関係
  • 1. 炭素繊維の構造
  • 2. 炭素繊維の引張弾性率
  • 3. 炭素繊維の横方向圧縮弾性率・横方向圧縮強度
  • 4. 炭素繊維の繊維軸方向圧縮強度
• 2.3 母材の影響を含めた炭素繊維の評価
  • 1. はじめに
  • 2. 炭素繊維の直接圧縮挙動とシングルファイバーモデルコンポジットにおける炭素繊維の圧縮挙動
  • 3. 材料および試験片
  • 4. 試験方法
  • 5. 炭素繊維の電気抵抗測定による圧縮破壊の検出方法
  • 6. ワイブル分布による破断ひずみのばらつきの評価
  • 7. シングルファイバーモデルコンポジットの圧縮負荷における炭素繊維の電気抵抗変化
  • 8. 圧縮破壊の観察
  • 9. 圧縮破断ひずみ
  • 10. 直接圧縮試験により得られる炭素繊維の圧縮挙動との比較
  • 11. おわりに

第3章 炭素繊維複合材料の評価技術

• 3.1 炭素繊維複合材料の力学的特性の実験的評価法
  • 3.1.1 汎用樹脂系 (PP/CF,PA/CF)
    • 1. はじめに
    • 2. 繊維方向圧縮強度の理論検討
    • 3. 実験方法
      • 3.1 繊維初期不整配向やキンクバンドの内部撮像
      • 3.2 従来の圧縮試験法の問題点
      • 3.3 新しい圧縮試験法の提案と温度制御下での圧縮試験
    • 4. 結果と考察
      • 4.1 初期不整配向角の観察
      • 4.2 温度依存パラメータの抽出と圧縮強度予測
      • 4.3 圧縮強度とキンクバンド角
      • 4.4 温度と圧縮強度
      • 4.5 繊維初期不整配向とひずみ硬化指数の影響
    • 5. 結言
  • 3.1.2 熱可塑性ポリイミド系 (PI/CF)
    • 1. 熱可塑性ポリイミド「オーラムR」の概要
    • 2. 熱可塑性ポリイミド事業開発の背景
    • 3. 熱可塑性ポリイミドの分子設計
    • 4. 熱可塑性ポリイミド「オーラムR」の特長
    • 5. 製品の用途展開例及び主要銘柄の物性
      • 5.1 自動車用途での応用事例 (シール部品)
      • 5.2 電気電子・事務機器用途での応用事例
    • 6. 熱可塑性複合材料 (CFRTP) での検討事例
      • 6.1 中間成形体 (プリプレグ) 向けの原料形態
      • 6.2 パウダー含浸法での検討事例
      • 6.3 樹脂フィルム含浸法
    • 7. 今後の展開
  • 3.1.3 液晶ポリマー系 (LCP/CF)
    • 1. 緒言
    • 2. 液晶性高分子
    • 3. 炭素繊維複合材料の3点曲げ特性
    • 4. 実験
      • 4.1 LCP/CF-UD材の3点曲げ試験
      • 4.2 LCP/CF-QI材の3点曲げ試験
      • 4.3 LCP/CF系の単糸引抜試験による界面せん断強度評価
    • 5. 結果と考察
    • 6. 結言
  • 3.1.4 高機能樹脂系 (熱硬化型導電性樹脂/CF)
  • 3.1.5 特殊樹脂系 (熱可塑エポキシ樹脂/CF,PA/CF)
    • 1. はじめに
    • 2. 熱可塑エポキシ樹脂
    • 3. 現場重合ナイロン6
    • 4. まとめ
• 3.2 炭素繊維複合材料の界面評価法
  • 3.2.1 マイクロ・ドロップレット法
    • 1. はじめに
    • 2. “単繊維/樹脂”の界面のせん断強度評価法
    • 3. マイクロ・ドロップレットの試験法と実験装置
    • 4. マイクロ・ドロップレット法による実験評価の事例
    • 5. おわりに
  • 3.2.2 ピンホール式単糸引抜き法
    • 1. ピンホール式単糸引抜き法とは
    • 2. ピンホール法試験機の概要
    • 3. 試験片作成手順、試験手順
      • 3.1 試験手順
    • 4. 炭素繊維/ポリプロピレン (CF/PP ) の引抜き試験結果
    • 5. CF/PP荷重変位線図による引抜き成分の分離
    • 6. 樹脂・繊維界面の剥離進展機構の解明
    • 7. 樹脂結晶の観察
    • 8. 界面せん断強度の温度依存性
    • 9. ナイロン6 (PA6) の吸湿試験
    • 10. マイクロコンポジット (CF/PP) による引抜き試験
      • 10.1 マイクロコンポジット引抜き試験片
      • 10.2 試験結果
    • 11. 終わりに
  • 3.2.3 フルスケール引張試験片を用いたフラグメンテーション試験と解析法
    • 1. 緒言
    • 2. 破断繊維長分布関数F (l) と評価式?の導出
    • 3. 実験
      • 3.1 目的
      • 3.2 供試体
      • 3.3 試験片の作製
      • 3.4 フラグメンテーション試験
      • 3.5 単繊維引張試験
    • 4. 結果
      • 4.1 単繊維引張試験
      • 4.2 フラグメンテーション試験
    • 5. 解析
    • 6. 考察
      • 6.1 破断繊維長のヒストグラムと臨界繊維長
      • 6.2 界面せん断強度
      • 6.3 ワイブルプロット
    • 7. 結言
    • 8. 補遺

第4章 リサイクル技術

• 4.1 リサイクル技術の動向
  • 1. はじめに
  • 2. 廃棄CFRPのリサイクル手法
  • 3. CFRPのリサイクル技術開発の動向
• 4.2 種々のCFRPに対するリサイクル手法の探索
  • 1. はじめに
  • 2. エポキシ樹脂を母材とするCFRPのリサイクル手法
  • 3. 汎用性熱可塑樹脂 (ポリアミド6) を母材とするCFRTPのリサイクル手法
  • 4. 耐熱性熱可塑樹脂 (ポリエーテルサルフォン) を母材とするCFRTPのリサイクル手法
• 4.3 過熱水蒸気を利用したリサイクル炭素繊維回収と繊維表面改質
  • 1. はじめに
  • 2. 過熱水蒸気とは
  • 3. 過熱水蒸気を利用したCFRPからの炭素繊維回収検討
  • 4. 炭素繊維の強度変動におよぼす過熱水蒸気処理時のPO2の影響
  • 5. 過熱水蒸気処理による炭素繊維の表面改質
  • 6. 省エネ型高品位リサイクル炭素繊維連続回収装置の開発
  • 7. おわりに
• 4.4 リサイクル炭素繊維のCFRPへの展開
  • 1. はじめに
  • 2. 不連続炭素繊維を用いた高強度・高弾性率CFRPの製造技術
    • 2.1 絞込み押出しによる不連続炭素繊維配向体の製造技術
    • 2.2 不連続炭素繊維配向CFRPの機械特性
  • 3. 不連続炭素繊維CFRP製造プロセスへのマイクロ波利用
    • 3.1 マイクロ波による不連続炭素繊維CFRP加熱に伴う消費エネルギー、機械特性
    • 3.2 不連続炭素繊維の長さがCFRPのマイクロ波加熱に与える影響
  • 4. おわりに

第5章 成形技術

• 5.1 成形技術開発動向
  • 5.1.1 技術コンソーシアム
    • 1. AZLの概要
    • 2. AZLの特徴
    • 3. AZLにみる技術コンソーシアムが機能する要因
      • 3.1 費用分担という考え方
      • 3.2 川上から川下までの連携とマーケット検証を含めたビジネスの考慮
      • 3.3 NDAを締結した後の各社、各研究機関のオープンな議論
      • 3.4 短中期スパンでのプロジェクト管理
    • 4. 日本における技術コンソーシアムであるICC
    • 5. ICCの取り組みの特徴
    • 6. 日本における技術コンソーシアムの課題と解決に向けたICCでの取り組み
    • 7. おわりに
  • 5.1.2 オートメーション化
    • 1. 炭素繊維複合材料を用いた製品の生産工程
    • 2. 裁断のオートメーション化と課題
    • 3. 積層のオートメーション化と課題
    • 4. 成形のオートメーション化と課題
    • 5. 加工のオートメーション化と課題
    • 6. 検査のオートメーション化と課題
    • 7. おわりに
  • 5.1.3 カスタマイズドプリプレグ
    • 1. 熱可塑性プリプレグの特徴
    • 2. 熱可塑性プリプレグの製造
    • 3. 顧客要望に応じた材料作製概要
    • 4. カスタマイズドプリプレグ設計に関する議論のポイント
    • 5. 熱可塑性プリプレグ材料から一歩前に行くアプローチ
    • 6. おわりに
  • 5.1.4 ヒート&クールプレス成形 (GMS仕様)
    • 1. はじめに
    • 2. GMS (Go Molding System) 概要
      • 2.1 フルH&C成形
      • 2.2 セミH&C成形
      • 2.3 コールドプレス (スタンピング成形)
    • 3. 技術の実績
      • 3.1 軽量化
      • 3.2 量産化
      • 3.3 設計
    • 4. 技術の課題
    • 5. おわりに
  • 5.1.5 ポリマー微粒子による炭素繊維の表面修飾 – 熱可塑性樹脂含浸性・界面接着性の向上 –
    • 1. 炭素繊維強化熱可塑性樹脂 (CFRTP)
    • 2. ポリマー微粒子による炭素繊維束の表面修飾技術の開発
    • 3. 電着操作による炭素繊維表面へのポリマー微粒子吸着量の制御
    • 4. 表面修飾による炭素繊維と熱可塑性樹脂の界面接着性の向上
    • 5. CFRTPの作製とその曲げ物性の評価
    • 6. 本技術の今後の展望
• 5.2 次世代成形技術:連続炭素繊維3Dプリント
  • 1. はじめに
  • 2. 連続炭素繊維3Dプリンター
    • 2.1 3Dプリンタ装置概要
    • 2.2 3Dプリントの流れ
    • 2.3 連続炭素繊維含浸フィラメント作製
    • 2.4 炭素繊維切断機構の導入
    • 2.5 ヒーターブロックとノズル及びフィラメント送り機構の改造
  • 3. 連続炭素繊維3DプリンターによるCFRTP成形物の評価
    • 3.1 引張試験機及び試験条件
    • 3.2 試験片作製
    • 3.3 引張試験結果
  • 4. おわりに

第6章 アプリケーション技術

• 6.1 用途展望
  • 1. はじめに
  • 2. PAN系炭素繊維を用いた複合材料
  • 3. ピッチ系炭素繊維を用いた複合材料
  • 4. C/C,MMC
  • 5. スマートマテリアル&ストラクチャとしての複合材料
    • 5.1 複合材料への適用
      • 5.1.1 ヘルスモニタリング・ヘルスマネジメント
      • 5.1.2 高性能材料・構造システム
      • 5.1.3 海洋ドローン
    • 5.2 複合材料成形プロセスへの応用
  • 6. おわりに
• 6.2 航空機
  • 6.2.1 耐雷撃技術
    • 1. はじめに
    • 2. 航空機の雷環境
      • 2.1 航空機の被雷頻度
      • 2.2 日本における冬季雷の発生状況
      • 2.3 被雷による航空機への影響
      • 2.4 航空機開発における雷試験規格
      • 2.5 雷電流試験
    • 3. CFRPの雷損傷
      • 3.1 CFRPの電気的特性
      • 3.2 CFRP雷損傷のメカニズム
      • 3.3 CFRPの雷損傷メカニズムに対する様々な物理現象の影響
      • 3.4 種々の物理現象の影響評価
        • 3.4.1 光ファイバセンサによる温度・ひずみの計測
        • 3.4.2 衝撃波の可視化
• 3.5 導電率の影響
• 3.6 樹脂の力学的、熱的特性の影響
  • 4. さいごに
• 6.2.2 ロシアにおける複合材とVaRTM法による旅客機主翼製造
  • 1. ロシアの炭素繊維複合材産業
  • 2. ロシアの旅客機・輸送機の開発と複合材
  • 3. MC-21
  • 4. MC-21の開発生産体制
    • 4.1 胴体
    • 4.2 主翼
    • 4.3 尾翼
    • 4.4 最終組立
  • 5. MC-21の主翼製造
    • 5.1 MC-21の複合材製主翼の意義
    • 5.2 アエロコンポジット社
    • 5.3 アエロコンポジット・ウリヤノフスク社と生産内容
    • 5.4 MC-21の主翼生産
      • 5.4.1 概略
      • 5.4.2 材料
      • 5.4.3 積層
      • 5.4.4 バギング
      • 5.5.5 樹脂注入・硬化
      • 5.5.6 脱型、トリミング、検査
      • 5.5.7 組立
  • 6. まとめ
• 6.3 自動車 (マルチマテリアル)
  • 1. 自動車を取り巻く環境の変化と自動車 (2030年)
  • 2. 自動車構成材料の動向
  • 3. 自動車構成材料の今後 (～2030年)
  • 4. 自動車構成材料の今後 (2030年)
    • 4.1 本格的なLCAの追求
    • 4.2 将来自動車構成材料への取り組み
      • 4.2.1 低コスト良LCA材料の開発
      • 4.2.2 マルチマテリアルの必要性
      • 4.2.3 マルチマテリアルの課題
  • 5. まとめ
• 6.4 熱可塑性複合材料のエコカー (HEV, PHEV, BEV) 用途への展開可能性
  • 1. 緒言
  • 2. 炭素繊維複合材料の量産化技術
    • 2.1 熱可塑性樹脂炭素繊維複合材料の成形加工と用途
    • 2.2 CFRP UDテープの基本物性
    • 2.3 CF/PP UDテープを用いた部材設計
    • 2.4 成形加工CAE・部品デザイン
  • 3. 自動車構造部材への可能性
    • 3.1 板材 (積層材及びサンドウィッチ材) の設計
    • 3.2 金属/樹脂接合部材の設計
  • 4. リチウムイオン電池筺体部材への可能性
    • 4.1 エコカー向けリチウムイオン電池
    • 4.2 リチウムイオン電池筺体の設計
    • 4.3 リチウムイオン電池筺体へのCFRP可能性
  • 5. 終わりに
• 6.5 建築・土木
  • 1. はじめに
  • 2. FRPの適用動向
    • 2.1 建築分野への利用例
    • 2.2 土木分野への利用例
  • 3. 成形法及び材料開発
    • 3.1 建築・土木分野のFRP成形技術
    • 3.2 建築・土木分野のFRP材料技術
  • 4. 日本が建築・土木分野へ取り組むために
    • 4.1 熱可塑性FRPと連続成形技術による汎用構造部材
  • 5. まとめ
• 6.6 光ファイバを用いたCFRPヘルスモニタリングとその応用