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CFRP/CFRTPの界面制御、成形加工技術と部材応用

CFRP/CFRTPの界面制御、成形加工技術と部材応用

CFRP/CFRTPの界面制御、成形加工技術と部材応用の画像

概要

本書では、樹脂、繊維間のぬれ性・接着性向上、複雑形状に対応した成形技術と部材への適用事例を詳解いたします。

ご案内

  • 母材樹脂の特性と選定、プリプレグ材の作製
    • ピッチ系、PAN系炭素繊維の特性
    • ミルド炭素繊維 (MCF) を高濃度に分散したエポキシ樹脂
    • TriA-X樹脂を適用したCFRP
    • 炭素繊維強化UDテープ/シート
  • 母材樹脂、炭素繊維間の界面制御
    • 樹脂と繊維の界面の接着性を補う相溶化剤
    • 水溶性高分子を用いた化学+物理的結合
    • コロイド吸着による界面特性の向上
    • マイクロバブル処理による極性基の付与
  • 物性、強度、寿命評価
    • CFRP積層板の層間剥離特性
    • トランスバースクラック、マトリックスクラックの進展特性
    • レーザー超音波、渦電流探傷試験による非破壊検査
    • き裂の発生、進展、破壊の観察
  • ハイサイクルな成形、接着接合技術
    • CFRTPのハイブリッド成形
    • ハイブリッド成形品のそり変形の抑制
    • 3Dプリンティングとレーザの複合による高強度化
    • CFRPのステアリング積層技術
    • 超音波溶着条件、穴あけ加工における工具選定
  • CFRP、CFRTPの部材応用、開発事例
    • 自動車バックドアへの適用
    • 発泡体とCFRPのサンドイッチ構造
    • 航空分野、マルチコプター機体へのCFRP適用
    • 吸音体、建物の補強材への応用

目次

第1章 炭素繊維の特性と製織、開繊技術

第1節 炭素繊維のモノフィラメントまたは数本のフィラメントによる特性評価
  • 1. 繊維径の測定と引張試験および動的ねじり試験
    • 1.1 繊維径の測定
    • 1.2 引張試験
    • 1.3 動的ねじり試験
  • 2. 単繊維圧縮試験
    • 2.1 繊維軸直角方向圧壊試験 (横方向圧縮試験)
    • 2.2 軸方向圧縮試験
  • 3. 三点曲げ試験
  • 4. 炭素繊維の軸方向および径方向の熱膨張の測定
第2節 PAN系炭素繊維の現状と将来
  • 1. アクリロニトリル (PAN) 系炭素繊維および炭素繊維樹脂複合材料 (CFRP) の特徴
  • 2. PAN系炭素繊維の現状
    • 2.1 製造工程
    • 2.2 PAN系炭素繊維品種
  • 3. PAN系炭素繊維に係る最近の技術動向と将来
    • 3.1 弾性率350から500GPa領域の高強度化
    • 3.2 ラージトウ炭素繊維
    • 3.3 太径炭素繊維
第3節 ピッチ系炭素繊維の現状と将来
  • 1. ピッチ系炭素繊維の製造方法とその性質
  • 2. 等方性ピッチ系炭素繊維の特徴と用途例
    • 2.1 クレカ製品体系
    • 2.2 「クレカ」の用途例
  • 3. 異方性ピッチ系炭素繊維の特徴と用途例
    • 3.1 高剛性
    • 3.2 高熱伝導性
    • 3.3 低熱膨張率
  • 4. 今後の課題と展望
第4節 炭素繊維強化プラスチックからの炭素繊維の回収技術の開発と今後の展望
  • 1. 炭素繊維市場の今後の展望
  • 2. 使用済みCFRP処理の現状
  • 3. CFRPからの炭素繊維回収
    • 3.1 熱分解法
    • 3.2 ソルボリシス
    • 3.3 超・亜臨界溶媒
    • 3.4 電解酸化や機械的粉砕を用いた炭素繊維の回収法
  • 4. 回収した炭素繊維の評価法の開発と標準規格化

第2章 熱硬化樹脂の母材樹脂としての選定技術とCFRP化

第1節 ミルド炭素繊維 (MCF) を高濃度に分散したエポキシ樹脂の開発と応用
  • 1. ミルド炭素繊維の安定分散
  • 2. ミルド炭素繊維の優位性
  • 3. ミルド炭素繊維添加によるその他の効果
  • 4. ミルド炭素繊維添加による接着特性
第2節 TriA-Xポリイミド樹脂を適用したCFRPの材料開発
  • 1. CFRP母材用熱硬化性ポリイミドの分子設計とその発展
  • 2. TriA-Xポリイミド樹脂の特徴と特性発現要因
  • 3. TriA-XポリイミドCFRPの成形法

第3章 熱可塑性樹脂の選定とCFRP化のポイント

第1節 複合材料用マトリックス樹脂の開発動向
  • 1. 合成樹脂の分類
  • 2. 熱硬化性樹脂の種類と特徴
    • 2.1 エポキシ樹脂
    • 2.2 ジシクロペンタジエン (DCPD) 樹脂
  • 3. 現場重合型熱可塑性樹脂の種類と特徴
    • 3.1 連鎖重合型と逐次重合型
    • 3.2 結晶性と非晶性
  • 4. 動的共有結合含有熱硬化性樹脂の種類と特徴
第2節 ポリアミド樹脂を母材としたCFRPの機械的特性と結晶性の影響
  • 1. 供試材料および実験方法
    • 1.1 供試材料
    • 1.2 示差走査熱量測定 (DSC測定)
    • 1.3 結晶化度の算出
    • 1.4 静的曲げ試験
  • 2. PA6の結晶状態の把握
  • 3. 結晶化度が静的曲げ特性に及ぼす影響
  • 4. 結晶化度が破壊に及ぼす影響
  • 5. CFRTPの結晶状態
第3節 ポリ乳酸を母材とした炭素繊維強化プラスチックスの引張特性と曲げ特性に及ぼす母材結晶化の影響
  • 1. CF/PLA複合材料の引張特性に及ぼす成形時の冷却速度及び熱処理の影響
    • 1.1 実験方法
      • 1.1.1 試験片成形
      • 1.1.2 引張試験
      • 1.1.3 結晶化度測定
    • 1.2 実験結果及び考察
  • 2. CF/PLA複合材料の曲げ特性に及ぼす熱処理時間の影響
    • 2.1 実験方法
      • 2.1.1 成形方法
      • 2.1.2 曲げ試験
    • 2.2 実験結果及び考察

第4章 熱可塑性プリプレグ材の作製と成形加工性

第1節 成形加工性に優れたポリオレフィン系炭素繊維強化UDテープ/シートの開発
  • 1. 熱可塑性樹脂繊維強化複合材料の成形加工と用途
  • 2. PPマトリックス由来の特長
  • 3. CF/PP-UDテープを用いた成形加工・部材設計
  • 4. CF/PP-UDテープの成形加工事例と用途
    • 4.1 テープワインディング成形
    • 4.2 テーププレースメント成形、部分補強
    • 4.3 積層
    • 4.4 ランダムスタンパブルシート
    • 4.5 サンドウィッチパネル
第2節 PP/PA多層フィルムを用いたCFRTPシートの作製とプレス成形性
  • 1. 試料および作製方法
    • 1.1 試料
    • 1.2 作製方法
    • 1.3 プレス成形
  • 2. 結果および考察
    • 2.1 多層フィルムの厚み比率
    • 2.2 CFRTPシートのプレス成形性
    • 2.3 金型の温度制御効果
    • 2.4 CFRTPシートの作製条件再検討
  • 3. 結論とまとめ
第3節 ミシンステッチを利用した繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープの自動積層法
  • 1. ミシンステッチを利用した細幅テープ基材プレースメント法
  • 2. ミシンステッチ細幅テープ自動積層機の開発
  • 3. ミシンステッチ積層した積層板の曲げ特性評価
  • 4. 生産性向上効果の検討
第4節 プレス成形CFRTP用の中間材料としての炭素繊維不織布の開発
  • 1. 不織布とは
    • 1.1 不織布の概要
    • 1.2 炭素繊維不織布の種類
  • 2. 炭素繊維不織布の特徴
    • 2.1 炭素繊維長
    • 2.2 樹脂含浸性
    • 2.3 リサイクルCFの活用
    • 2.4 成形性・賦形性
  • 3. 炭素繊維不織布の成形
    • 3.1 コールドプレス成形
    • 3.2 ヒート&クール成形
  • 4. 開発の取り組み
  • 5. 基本的物性
  • 6. 用途展開

第5章 樹脂、炭素繊維間の界面接着性および含浸性向上技術

第1節 炭素繊維の表面処理の現状と課題,界面接着力の評価
  • 1. 炭素繊維の表面処理の現状
  • 2. 炭素繊維と樹脂間の界面接着の重要性とその評価
  • 3. 表面処理,界面接着の観点からみたCFRTPの課題
第2節 新規相溶化剤を用いたポリプロピレンと炭素繊維の界面接着性の改善
  • 1. 相溶化剤
    • 1.1 無水マレイン酸変性ポリプロピレン
    • 1.2 イソタクチックポリプロピレン-ポリアクリル酸共重合体
  • 2. 相溶化剤を添加したPP/相溶化剤樹脂の作製
  • 3. 界面接着性の評価
    • 3.1 フラグメンテーション試験 (Fragmentation test:FT)
    • 3.2 マイクロドロップレット試験 (Micro-Droplet test:MD)
  • 4. 結晶性の評価
  • 5. 相溶化剤を添加したCFRPの力学物性
    • 5.1 PP/相溶化剤とCFの複合化
    • 5.2 引張試験
    • 5.3 シャルピー衝撃試験
第3節 MWCNTの炭素繊維への結合被覆による高分子複合体の力学特性向上
  • 1. CFRTPの界面設計
  • 2. CFRTPの界面設計
    • 2.1 反応性を有するオキサゾリンの特色
    • 2.2 新規な水系反応性分散性高分子の合成
  • 3. 炭素繊維 (短繊維) 強化複合材の作製と機械的特性
    • 3.1 炭素繊維 (短繊維) 強化複合材の作製
    • 3.2 炭素繊維 (短繊維) 強化複合材の作製と機械的特性
  • 4. 凍結破断面の電子顕微鏡観察
  • 5. 複合材料界面の精密設計への基盤技術
  • 6. まとめ
第4節 コロイド技術を利用したマルチマテリアル構造用途CFRTPの作製
  • 1. ポリマーコロイドが金属と熱可塑性樹脂界面に与える影響
    • 1.1 金属と熱可塑性樹脂の接着
    • 1.2 実験試料
    • 1.3 金属表面の修飾と樹脂との接着性の評価方法
    • 1.4 表面修飾が接着性に与える影響
  • 2. ポリマーコロイドが異種熱可塑性樹脂界面を持つ積層CFRTPに与える影響
    • 2.1 界面接着性と積層CFRTPの力学物性
    • 2.2 積層CFRTPの作製と物性評価方法
    • 2.3 炭素繊維とPP樹脂またはPA6樹脂との界面接着性とCFRTPの力学物性の関係
    • 2.4 積層CFRTPの力学物性
第5節 マイクロバブルによる炭素繊維/ポリプロピレン界面の接着性改善
  • 1. マイクロバブルの特性と有用性
  • 2. マイクロバブル処理の効果
    • 2.1 マイクロバブル処理
    • 2.2 表面形態と比表面積
    • 2.3 表面組成
    • 2.4 界面せん断強度 (界面接着性)
    • 2.5 成形体の力学物性
    • 2.6 樹脂含浸性と成形体力学物性の関係
  • 3. 電気集泡式マイクロバブル表面処理
    • 3.1 マイクロバブルの電気的集泡手段
    • 3.2 グラファイトの表面形態とぬれ性
    • 3.3 電気集泡式処理における界面接着性と成形体の力学物性

第6章 CFRP、CFRTPにおける層間強度向上、剥離対策

第1節 CFRPにおける界面制御技術
  • 1. 材料および実験方法
    • 1.1 材料
    • 1.2 CNT析出
    • 1.3 単繊維での引張試験
    • 1.4 単繊維-樹脂の界面せん断強度試験
    • 1.5 複合材料での引張試験
    • 1.6 複合材料でのせん断試験
  • 2. 実験結果および考察
    • 2.1 CNT析出状態
    • 2.2 単繊維での引張試験
    • 2.3 単繊維-樹脂界面せん断強度試験
    • 2.4 複合材料での引張試験
    • 2.5 複合材料でのせん断試験
第2節 セルロースナノファイバーシートの複合化によるCFRPの強度向上
  • 1. はじめに
    • 1.1 地球温暖化とCFRPの適用
    • 1.2 セルロースナノファイバーとCFRPの複合化
  • 2. 試料と方法
    • 2.1 試料
    • 2.2 製法
    • 2.3 三点曲げ試験
  • 3. 結果及び考察
    • 3.1 製作したCFRP/CNF試料
    • 3.2 CNF重量含有率と比剛性及び比強度の関係
第3節 繊維-樹脂界面の評価手法とその強化
  • 1. 繊維強化熱可塑性プラスチック射出成形品のウエルド強さ
  • 2. 繊維強化熱可塑性プラスチック射出成形品の界面強さ改善手法
    • 2.1 ポリマーブレンド
    • 2.2 ナノ繊維分散
第4節 フッ素技術によるCFRTPの改良技術
  • 1. Fluon+ (フルオンプラス)
  • 2. エンジニアリングプラスチックの改質技術
    • 2.1 ポリアミド樹脂の改質技術
    • 2.2 PEEK樹脂の改質技術
  • 3. Fluon+の炭素繊維複合材料への応用
    • 3.1 熱可塑性CFRTPの改質技術
    • 3.2 Fluon+TM ADHESIVEを用いたCFRTP
    • 3.3 Fluon+TM ADHESIVEを用いたCFRP、CFRTPの表面修飾技術

第7章 CFRPの成形技術と繊維配向制御

第1節 CFRPのバキング、オートクレーブ成形技術とその注意点
  • 1. 複合材料成形用のオートクレーブと構成要素の役割
    • 1.1 オートクレーブ成形における加圧と真空減圧の役割
    • 1.2 オートクレーブ成形で用いられる成形素材
    • 1.3 オートクレーブ用成形治具
      • 1.3.1 オートクレーブ成形用治具の準備
  • 2. オートクレーブ成形工程
    • 2.1 プリプレグの裁断
    • 2.2 プリプレグの積層
    • 2.3 バギング
      • 2.3.1 バギング時の注意点
      • 2.3.2 真空バッグのリークチェック
    • 2.4 オートクレーブ成形
      • 2.4.1 マトリクス樹脂の特徴を捉える
      • 2.4.2 オートクレーブ硬化サイクルの設定
    • 2.5 脱型と検査
第2節 炭素繊維プリプレグテープの自動積層機の開発と展望
  • 1. ロボットAFPの構成
    • 1.1 クリール
    • 1.2 ロボット
    • 1.3 トウガイド
    • 1.4 積層ヘッド
  • 2. ロボットAFPの制御技術
    • 2.1 積層経路設計
    • 2.2 高い位置精度と積層品質を実現する制御
      • 2.2.1 ロボット制御
      • 2.2.2 積層ヘッドのフィード制御とカット制御
      • 2.2.3 積層ヘッドのヒータ加熱制御
第3節 熱硬化性CFRPのプレス成形性向上に向けた樹脂の力学的挙動のマルチスケール解析
  • 1. 熱硬化性樹脂の機械的挙動のモデル化の概要
  • 2. 塑性変形を受ける熱硬化性樹脂の現象論的モデリング
    • 2.1 エポキシ樹脂の応力-ひずみ関係の自由体積依存性成分
    • 2.2 自由体積依存項と非依存項の結合
    • 2.3 複合則を用いたCFRP板材の応力-ひずみ曲線の表現
  • 3. 微視的メカニズムに基づいた熱硬化性樹脂のモデリング
    • 3.1 定式化
    • 3.2 分子動力学シミュレーションによるパラメータ決定手法
    • 3.3 実験によるパラメータ決定
  • 4. 成形シミュレーションへの適用事例
    • 4.1 シミュレーション条件
    • 4.2 結果と考察
第4節 CFRPの3D造形技術の紹介
  • 1. 製造業での3Dプリンタ利用の現状
  • 2. コンポジット3Dプリンタ
  • 3. 堅牢で改良なパーツ造形の仕組み
  • 4. 連続繊維材料
  • 5. プラスチック材料
  • 6. スライスソフト「Eiger」
  • 7. まとめ
  • 8. 造形例
第5節 刺繍機と電着樹脂含浸法を用いた成形技術
  • 1. ファイバー縫付機 (TFP) によるプリフォームの作製
  • 2. 電着樹脂含浸法
  • 3. 供試体の作製と実験結果
第6節 難燃化CFRPへの引抜成形法の適用
  • 1. 引抜成形とは
  • 2. 炭素繊維と難燃化樹脂とを引抜成形に適用する場合の課題
  • 3. 課題解決へのアプローチ
  • 4. 計算の検証
  • 5. 成形品の実証

第8章 CFRTPの成形技術と繊維配向制御

第1節 熱可塑性CFRPの量産・再利用のための多様な製造技術
  • 1. 熱可塑性CFRPの量産技術
    • 1.1 熱可塑性CFRPの多様な製造法
    • 1.2 射出成形
    • 1.3 加熱プレス成形
    • 1.4 加熱圧縮成形
    • 1.5 自動テープ/ファイバ積層成形
    • 1.6 連続テープ積層成形
    • 1.7 テープ引抜成形
  • 2. 熱可塑性CFRPの再利用技術
    • 2.1 熱可塑性CFRPの再利用の特徴と課題
    • 2.2 熱可塑性CFRPの再利用のための破砕・混練
    • 2.3 熱可塑性CFRPの再利用材の押出し成形
  • 3. ロボットによる自動化と熱可塑性CFRPの適用事例
    • 3.1 多様なロボットヘッドシステム
    • 3.2 ロボットワイヤーソーによる自動切断
    • 3.3 熱可塑性カーボンSMCによる加熱プレス成形と再利用
    • 3.4 航空機用ブラケットの加熱プレス成形
    • 3.5 小型航空機の多様な製造技術の適用例
第2節 3Dプリンティングされた炭素繊維強化樹脂製品におけるレーザ加熱による高強度化
  • 1.3Dプリンティングされた部材への炭素繊維挟込み1)
  • 2. レーザ加熱による高強度化
    • 2.1 接合に及ぼす樹脂厚さの影響
    • 2.2 樹脂色の影響
    • 2.3 レーザ照射条件の影響
    • 2.4 部材の強度
    • 3.3次元形状製品の製造
第3節 連続繊維熱可塑性複合材料のハイブリッド成形
  • 1. 製品情報
    • 1.1 製品形状
    • 1.2 材料
      • 1.2.1 樹脂
      • 1.2.2 繊維
      • 1.2.3 採用材料
  • 2. 材料サイズ選定方法
    • 2.1 初期選定
    • 2.2 初期選定結果
    • 2.3 変更後材料寸法
    • 2.4 変更後結果
  • 3. システム概要
  • 4. 加熱炉
    • 4.1 種類
    • 4.2 温度制御
    • 4.3 加熱時間
      • 4.3.1 通常加熱
      • 4.3.2 暖気加熱
    • 4.4 均一加熱
  • 5. 金型
    • 5.1 温度斑対策
    • 5.2 摺動対策
    • 5.3 シャーエッジ部クリアランス
  • 6. 搬送装置
    • 6.1 ロボット
    • 6.2 搬送ハンド
      • 6.2.1 バキューム
      • 6.2.2 ニードルチャック
  • 7. プレス機械
    • 7.1 成形速度
    • 7.2 加圧保持
    • 7.3 位置制御
      • 7.3.1 繰り返し位置精度
      • 7.3.2 任意位置での成形
      • 7.3.3 周辺装置との同期
    • 7.4 グラフィックシステム
第4節 熱可塑性樹脂とFRTPシートの特性がハイブリッド成形品の成形性に及ぼす影響
  • 1. 実験概要
    • 1.1 使用材料
    • 1.2 ハイブリッド成形品の作製及びそり変形の評価
  • 2. 実験結果および考察
    • 2.1 熱可塑性樹脂の成形収縮率および曲げ弾性率がそり変形に及ぼす影響
    • 2.2 FRTPシートの線膨張係数および曲げ弾性率がそり変形に及ぼす影響
第5節 射出成形における強化繊維の挙動について
  • 1. 射出成形機での繊維折損と繊維分散性の関係
    • 1.1 射出成形機における課題
    • 1.2 繊維折損と繊維分散
    • 1.3 繊維折損および繊維分散の要因分析
  • 2. 繊維強化熱可塑性樹脂に対するスクリュ形状の最適化
    • 2.1 スクリュ形状最適化の考え方
    • 2.2 スクリュ形状最適化の検証
  • 3. 繊維長と繊維分散が機械的特性に及ぼす影響
    • 3.1 GF強化PP樹脂の場合
    • 3.2 CF強化PA樹脂の場合

第9章 CFRP・CFRTPの物性 (界面分析、残留応力、破壊強度など) 評価手法

第1節 CFRP積層板の層間剥離、トランスバースクラックの進展特性評価
  • 1. CFRP積層板の損傷観察と損傷形態
    • 1.1 CFRP積層板の損傷観察技術
    • 1.2 CFRP積層板の損傷発達観察
  • 2. 層間剥離進展特性評価
    • 2.1 層間剥離進展評価手法の概要
    • 2.2 試験方法および結果
  • 3. トランスバースクラック進展特性評価
    • 3.1 層間剥離進展評価手法の概要
    • 3.2 トランスバースクラック進展特性評価の結果
第2節 CFRPの機械的特性評価方法
  • 1. 引張試験方法
  • 2. 圧縮試験方法
  • 3. 疲労試験
    • 3.1 引張-引張疲労試験方法
    • 3.2 引張-引張疲労試験の実例
第3節 レーザー超音波を用いたCFRPの非破壊検査と欠陥解析技術
  • 1. レーザー超音波可視化法によるCFRP構造の検査
    • 1.1 レーザー超音波による非破壊検査
    • 1.2 レーザー超音波可視化技術
    • 1.3 ラム波の挙動変化による欠陥検出
    • 1.4 欠陥識別明瞭化のための進行波除去法
    • 1.5 レーザー超音波の発生・伝播の数値シミュレーション手法
  • 2. CFRP構造部材の欠陥検出
    • 2.1 CFRP平板における衝撃損傷の検出
    • 2.2 CFRP平板における層間剥離の検出
    • 2.3 複雑形状のCFRP構造部材における層間剥離の検出
    • 2.4 ハニカムサンドイッチ構造への適用
  • 3. CFRPの非破壊検査に適したレーザー波長
    • 3.1 CFRP積層板における励起超音波のレーザー波長依存性
    • 3.2 樹脂塗装CFRP積層板におけるレーザー波長依存性
    • 3.3 1次元モデルによる樹脂塗装効果の解析
第4節 放射光X線顕微鏡を用いたCFRPにおけるき裂の発生、進展の観察
  • 1. X線顕微鏡によるCFRPの非破壊観察の特徴
  • 2. X線顕微鏡を用いたCFRPのマルチスケール観察
  • 3. X線顕微鏡を用いたCFRPのき裂のマクロスケール観察
  • 4. X線顕微鏡を用いたCFRPのき裂のミクロ・ナノスケールの観察
第5節 炭素繊維強化複合材料を対象とする電磁非破壊評価
  • 1. 渦電流探傷試験の原理
    • 1.1 電磁誘導と渦電流分布
    • 1.2 渦電流の表皮深さ
    • 1.3 渦電流探傷試験装置の構成
      • 1.3.1 渦電流試験プローブ
      • 1.3.2 渦電流探傷試験装置
  • 2. CFRPを対象とする渦電流探傷試験
    • 2.1 CFRPに発生する欠陥
    • 2.2 CFRPの電気伝導率
    • 2.3 CFRPの渦電流分布の数値解析と渦電流経路
    • 2.4 CFRPの渦電流探傷試験
      • 2.4.1 繊維配向
      • 2.4.2 繊維うねり
第6節 超音波疲労試験技術の繊維強化プラスチック積層板への適用
  • 1. 超音波疲労試験法
  • 2. 繊維強化プラスチックの繰返し負荷による発熱について
  • 3. 試験片の設計と準備
    • 3.1 試験片の設計
    • 3.2 試験片の準備
    • 3.3 試験片の寸法例
  • 4. 試験片の発熱抑制について
  • 5. 超高サイクル域までの疲労試験の実施例
第7節 CFRPの物性評価と破壊観察例の紹介
  • 1. CFRPの物性評価
    • 1.1 CFRPの圧縮試験 (ASTM D6641)
    • 1.2 CFRPの有孔圧縮試験
    • 1.3 CFRPの衝撃後圧縮試験
  • 2. CFRPの破壊観察
    • 2.1 CFRPの静的引張試験における破壊観察
    • 2.2 CFRPの高速引張試験における破壊観察
    • 2.3 複合材料の層間せん断所劇試験における3D-DIC解析
    • 2.4 CFRPハット材の圧縮試験
第8節 CFRPの振動特性とその評価
  • 1. 振動試験機を用いた共振探索
  • 2. CFRP板材の共振周波数
  • 3. シミュレーションと実測定の比較
第9節 CFRPテキスタイル複合材料の熱伝導特性評価
  • 1. CFRP熱伝導の特徴
  • 2. 熱伝導率の実験的評価及び解析モデル
    • 2.1 熱伝導性の実験的評価方法
    • 2.2 CFRP複合材料の熱解析モデル
  • 3. CFRP複合材料の熱伝導解析
    • 3.1 一方向CFRP複合材料
      • 3.1.1 定常熱伝導解析
      • 3.1.2 一方向CFRP複合材料の熱伝導率
      • 3.1.3 熱応力分布
    • 3.2 平織物CFRPCFRP複合材料
    • 3.3 三次元織物CFRP複合材料
第10節 引抜成形FRP部材支圧接合部の疲労強度評価
  • 1. はじめに
    • 1.1 土木分野におけるFRPの利用
    • 1.2 FRP部材の接合方法
    • 1.3 FRP部材機械式継手の疲労強度
  • 2. 疲労試験
    • 2.1 試験体
    • 2.2 材料特性
    • 2.3 試験方法
    • 2.4 試験結果
  • 3. 有限要素解析
    • 3.1 解析手法
    • 3.2 解析結果
    • 3.3 最大主ひずみ範囲による疲労強度評価

第10章 CFRP・CFRTPの強度評価シミュレーション

第1節 分子動力学シミュレーションの炭素繊維複合材への適用と引張試験解析
  • 1. 分子シミュレーションを行う上で必要な事柄
    • 1.1 樹脂および炭素繊維を模擬したグラフェンシートの各分子のモデル作成
    • 1.2 作成したモデルをMD計算できるように分子のパラメータ設定
    • 1.3 炭素繊維複合材料を模擬したモデル作成
    • 1.4 MD計算による引張シミュレーション
  • 2. MD計算による引張シミュレーション
    • 2.1 架橋構造を変化した場合の引張シミュレーション
    • 2.2 樹脂を変化した場合のシミュレーション
    • 2.3 樹脂単体において歪み速度を変化させた引張シミュレーション
  • 3. 計算ソルバーおよび計算リソースについて

第11章 CFRP、CFRTPの金属・異材材料との接着・接合技術

第1節 鋼部材へのCFRP接着技術とはく離の評価
  • 1. 引張を受けるCFRP接着鋼板の応力伝達と定着長の設計
    • 1.1 引張を受けるCFRP接着鋼板の応力伝達
    • 1.2 CFRPのマトリックス樹脂の影響を考慮したCFRP接着鋼板の応力伝達
    • 1.3 複数のCFRPが接着された鋼板
    • 1.4 CFRPの必要定着長の設計
  • 2. CFRP接着鋼板のはく離に対するエネルギー解放率
    • 2.1 CFRP接着鋼板のはく離によるエネルギー解放率
    • 2.2 複数のCFRPが接着された鋼板に対するはく離によるエネルギー解放率
    • 2.3 CFRPのはく離破壊に対する照査
第2節 超音波溶着による結晶性CFRTPと非結晶性CFRTPの異種材接合技術
  • 1. 超音波溶着によるCFRTPの接合の概要
    • 1.1 超音波溶着とは
      • 1.1.1 超音波溶着機
      • 1.1.2 超音波溶着の原理
    • 1.2 マトリックス樹脂とは
      • 1.2.1 結晶性樹脂
      • 1.2.2 非結晶性樹脂
      • 1.2.3 樹脂の温度特性
  • 2. 試験片および実験方法
    • 2.1 超音波溶着用CFRTP試験片
    • 2.2 超音波溶着による同種材接合
      • 2.2.1 溶着条件と評価方法
      • 2.2.2 温度履歴測定
      • 2.2.3 引張せん断強度測定
      • 2.2.3.1 加振時間と溶着強度の関係
      • 2.2.3.2 加振時間と溶着エネルギーの関係
      • 2.2.3.3 溶着エネルギーと溶着強度の関係
      • 2.2.4 破断面観察
    • 2.3 超音波溶着による異種材接合
      • 2.3.1 溶着条件と評価方法
      • 2.3.2 温度履歴測定
      • 2.3.3 引張せん断強度測定
      • 2.3.3.1 加振時間と溶着強度の関係
      • 2.3.3.2 試験片の上下を入れ替えた異種材接合品の溶着強度
      • 2.3.3.3 加振時間と溶着エネルギーの関係
      • 2.3.3.4 溶着エネルギーと溶着強度の関係
      • 2.3.4 破断面観察
第3節 熱可塑性CFRPの熱膨張を利用した金属との接合技術
  • 1. 技術の概要
  • 2. CFRTPとAl片の接合
    • 2.1 試験片
    • 2.2 Al片加熱によるCFRTPとの接合方法
    • 2.3 実験結果
      • 2.3.1 ストレート溝を有するAl片加熱によるCFRTPとの接合および接着剤による接合
      • 2.3.2 テーパー溝を有するAl片加熱によるCFRTPとの接合
  • 3. CFRTPの加熱膨張
第4節 一方向熱可塑性CFRP製リベットを使用したサーボプレスによるリベット締結プロセスの開発
  • 1. UD-CFRTP製リベットの材料
  • 2. 加熱源
  • 3. 電動サーボプレス
  • 4. UD-CFRTP製リベットの製作と締結プロセス
    • 4.1 UD-CFRTP製リベットのヘッド成形プロセス
    • 4.2 UD-CFRTP製リベットの締結プロセス
  • 5. UD-CFRTP製リベットの締結装置
  • 6. リベットヘッド成形時の温度分布
    • 6.1 高周波誘導加熱と赤外線加熱の比較
    • 6.2 赤外線加熱の加熱位置比較
  • 7. UD-CFRTP製リベットのリベットヘッド断面観察
  • 8. UD-CFRTP製リベットの締結挙動
  • 9. 接合強度
第5節 CFRP接着構造におけるき裂進展挙動評価
  • 1. CFRP接着構造の破壊様式
  • 2. CFRP接着構造におけるはく離挙動評価
  • 3. 破壊じん性試験
    • 3.1 破壊じん性試験の基礎
    • 3.2 CFRP接着構造の破壊じん性試験
      • 3.2.1 モードI破壊じん性試験
      • 3.2.2 モードII破壊じん性試験
      • 3.2.3 混合モード破壊じん性試験
    • 3.3 CFRP接着構造におけるき裂進展挙動評価の実例
  • 4. CFRP接着構造のき裂進展シミュレーション
    • 4.1 結合力モデル (CZM)
    • 4.2 き裂進展シミュレーションの実例
第6節 ゴムと炭素繊維の複合素材CFR (Carbon Fiber rubber) の開発と展望
  • 1. 開発の経緯
  • 2. CFRの構造概要
    • 2.1 CFRの構造
    • 2.2 CFRの主な特徴
  • 3. CFRの用途検討とその展望
  • 4. CFRの改良と発展
    • 4.1 CFRの量産化
    • 4.2 CFRの多種化
    • 4.3 CFRの2次加工
  • 5. CFRの物性評価
    • 5.1 引張試験 (強度と伸び率)
    • 5.2 突き刺し試験 (強度と最大変位量)
    • 5.3 落錘試験 (強度、最大変位量、衝撃吸収エネルギー)
    • 5.4 面圧強度
    • 5.5 比重
    • 5.6 電磁波シールド性
    • 5.7 屈曲繰り返し試験
第7節 CFRPの穴加工と専用工具
  • 1. CFRP穴あけの難しさ
  • 2. CFRPの穴加工でのトラブル
  • 3. FRP用ドリル
    • 3.1 各種CFRP用ドリル
    • 3.2 工具径
    • 3.3 ダイヤコート
  • 4. CFRTPの穴あけ
    • 4.1 CFRTP穴あけにおける留意点
    • 4.2 CFRTP穴あけ用ドリル
  • 5. その他の穴あけ
    • 5.1 CFRP/金属スタック材の穴あけ
    • 5.2 薄板加工
    • 5.3 大径穴加工
第8節 短パルスレーザーを用いたCFRPの微細加工技術
  • 1. はじめに
  • 2. レーザー波長・パルス幅依存性
    • 2.1 加工部周辺への熱影響
    • 2.2 加工効率の評価
      • 2.2.1 加工効率の物理的評価
      • 2.2.2 加工効率の経済的評価
  • 3. 効率的なレーザー加工法
    • 3.1 CFRP加工効率の改善策
    • 3.2 複合パルス加工
      • 3.2.1 炭素繊維に対して垂直方向の加工
      • 3.2.2 炭素繊維に対して平行方向の加工
  • 4. 連続発振 (CW) kW級レーザーを用いた加工
    • 4.1 CWレーザーによる連続繊維の加工
    • 4.2 CWレーザーによる長繊維ペレットの加工
  • 5. 次なる挑戦:超短パルスレーザーを用いた極薄CFRPの微細加工
第9節 CFRP・CFRTPのトリミングの難しさと専用工具
  • 1. CFRPの切削加工の難しさ
  • 2. CFRPの切削加工でのトラブル
  • 3 工具の選定
    • 3.1 ダイヤモンドコーティング
    • 3.2 各種トリミング工具と選定
    • 3.3 CFRTP-炭素繊維強化熱可塑性樹脂
    • 3.4 工具を効果的に使う
      • 3.4.1 工具径の選定
      • 3.4.2 アップカットとダウンカット
      • 3.4.3 閉ループでの工具の貫通

第12章 航空機、自動車、土木用途などCFRP・CFRTPの応用事例

第1節 AFPによるCFRP製ステアリング積層パネルの設計、試作及び評価
  • 1. ステアリング積層技術
  • 2. 研究事例紹介:ステアリング積層パネルの設計、試作及び強度評価
    • 2.1 設計対象部位と供試体概要
    • 2.2 ステアリング積層パネルの設計
    • 2.3 ステアリング積層パネルの試作
    • 2.4 ステアリング積層パネルの評価
第2節 CFRPを用いたクロージャーパネル開発
  • 1. 開発背景
    • 1.1 自動車における軽量化の重要性
    • 1.2 これまでのCFRP開発
    • 1.3 車両企画
  • 2. 技術開発
    • 2.1 軽量化の考え
    • 2.2 製法の比較・材料選定
    • 2.3 CFRPの特徴を活かした開発~マルチマテリアルボデー
  • 3. 構造検討
    • 3.1 設計検討
    • 3.2 重点補強部位選定~R/F部形状
    • 3.3 接着構造
    • 3.4 リブによる部分補強
  • 4. CFRP化による効果
    • 4.1 軽量化効果
    • 4.2 コスト効果
    • 4.3 低重心化効果
    • 4.4 後方視界の拡大
  • 5. 生産技術
    • 5.1 生産拠点
    • 5.2 ボデー工程
    • 5.3 プレス工程 (成形)
      • 5.3.1 CFRP成形
  • 6. 今後の展望と課題
    • 6.1 新車CO2ゼロ
    • 6.2 ライフサイクルCO2ゼロ
第3節 硬質プラスチック独立気泡発泡体を使用したCFRPサンドイッチ構造と応用事例
  • 1. なぜサンドイッチ構造
  • 2. 硬質プラスチック独立気泡発泡体とハニカム
  • 3. Rohacell (ロハセル)
    • 3.1 グレードの選択法
    • 3.2 機械特性
    • 3.3 乾燥 (dry) と熱処理 (heat treatment)
    • 3.4 セルサイズと樹脂吸収量
    • 3.5 用途
    • 3.6 成形
  • 4. Airex (エアレックス)
    • 4.1 用途
    • 4.2 成形
  • 5. 構造用バルサ
    • 5.1 用途
    • 5.2 成形
  • 6. まとめ
第4節 連続繊維によるCFRP製マルチコプター機体の製作
  • 1. ドローン機体の素材としてのCFRP
  • 2. 実施内容
  • 3. トポロジー最適化による材料配置の最適化
    • 3.1 初期形状と解析用モデル
    • 3.2 解析条件
    • 3.3 トポロジー最適化結果
  • 4. TFPプリフォームの作製
    • 4.1 TFPプリフォームの設計
    • 4.2 TFPプリフォームの縫製
  • 5. VaRTM法によるCFRP成形
  • 6. 機体の組立と評価
    • 6.1 CFRP製機体の組立
    • 6.2 飛行実験
第5節 航空宇宙構造体への先進複合材料適用
  • 1. 航空分野におけるFRPの適用
    • 1.1 航空機へのFRPの適用の歴史
    • 1.2 ボーイングB787、エアバスA380、A350における複合材料の適用
  • 2. 宇宙分野におけるFRPの適用
    • 2.1 比剛性、比弾性率を活かした宇宙適用
    • 2.2 CFRPハニカムコア/CFRPサンドイッチパネル
    • 2.3 CFRPハニカムコアの国内製造の模索
第6節 光学部品へのCFRTP適用と展望
  • 1. CISカバーガラスとは
    • 1.1 CISカバーガラスの外観
    • 1.2 CISカバーガラスの基本機能
    • 1.3 CISカバーガラス仕様
  • 2. 樹脂材料
    • 2.1 BMCの特徴 (長所、短所)
    • 2.2 樹脂材料評価・選定
  • 3. 部品設計のポイント
    • 3.1 CISカバーガラス設計のポイント
  • 4. 金型設計・製作、成形法、品質評価
    • 4.1 金型設計・製作
    • 4.2 成形法
      • 4.2.1 CISカバーガラスの成形
      • 4.2.2 CFRTP (PES系導電材料) の成形
    • 4.3 品質評価
  • 5. CISカバーガラスへのCFRTP適用結果
  • 6. 展望
第7節 CFRP製吸音パネルの試作開発
  • 1. 吸音パネルの試作
    • 1.1 CFRP製多孔板の製作
    • 1.2 大型パネルの製作
  • 2. 吸音率の測定
    • 2.1 吸音試験片の切り出しとインピーダンスチューブによる吸音率の測定
    • 2.2 残響室 (無響室) における吸音率の測定
    • 2.3 AM造形による音響試験片の製作と音響測定結果
  • 3. 吸音パネルの衝撃試験と非破壊検査
  • 4. 考察
  • 5. まとめ
第8節 CFRTPの緊張力を活用した建築物の構造への応用と有効性
  • 1. 既往の熱硬化性樹脂を用いた高強度繊維複合材を骨組ブレースに耐震補強活用した工法
    • 1.1 ACMブレース工法の概要
      • 1.1.1 工法の概要
      • 1.1.2 定着部耐力試験概要
      • 1.1.3 施工概要
    • 1.2 耐震ブレースX工法の概要
      • 1.2.1 工法の概要
      • 1.2.2 水平載荷試験概要
  • 2. 熱可塑性エポキシ樹脂を用いた炭素繊維複合材の開発と建設部材への活用
    • 2.1 CFRTPの構造概要
      • 2.1.1 構造の概要
      • 2.1.2 芯・鞘構造
      • 2.1.3 成形概要
      • 2.1.4 撚りの効果
      • 2.1.5 使用材料の機械的性質
      • 2.1.6 引張試験
      • 2.1.7 試験速度の違いによる引張試験
      • 2.1.8 試験区間 (供試体試験部長さ) の違いによる引張試験
      • 2.1.9 耐候性試験
      • 2.1.10 温度依存性試験
    • 2.2 構造設計概要
      • 2.2.1 構造性能の特徴
      • 2.2.2 具体的な建物の構造設計および施工概要
      • 2.2.3 施工概要
  • 3. CFRTPの緊張力を活用した建築物の構造への応用と有効性について
    • 3.1 CFRTPの撚り性能に関する検討
      • 3.1.1 撚り性能に関する検討
    • 3.2 数値解析による緊張材の比較検討
      • 3.2.1 解析モデルの概要
      • 3.2.2 解析結果
    • 3.3 立体骨組みモデルでの検討
      • 3.3.1 解析概要
      • 3.3.2 解析結果

執筆者

  • (国研) 産業技術総合研究所 岩下哲雄 岩下哲雄
  • 三菱ケミカル 株式会社 杉浦直樹 杉浦直樹
  • 株式会社 クレハ 小野丈樹 小野丈樹
  • (国研) 産業技術総合研究所 加茂徹 加茂徹
  • 株式会社 T&KTOKA 斎藤彰信 斎藤彰信
  • (国研) 宇宙航空研究開発機構 石田雄一 石田雄一
  • 金沢工業大学 西田裕文 西田裕文
  • 埼玉大学 坂井建宣 坂井建宣
  • サレジオ工業高等専門学校 坂口雅人 坂口雅人
  • 三井化学 株式会社 伊崎健晴 伊崎健晴
  • (地独) 大阪産業技術研究所 奥村俊彦 奥村俊彦
  • 広島県立総合技術研究所 河野洋輔 河野洋輔
  • 株式会社 ユウホウ 太田善久 太田善久
  • 名古屋大学 入澤寿平 入澤寿平
  • 金沢工業大学 山下博 山下博
  • 山形大学 後藤晃哉 後藤晃哉
  • 名古屋大学 山本徹也 山本徹也
  • 岐阜大学 高橋紳矢 高橋紳矢
  • (国研) 物質・材料研究機構 内藤公喜 内藤公喜
  • (地独) 大阪産業技術研究所 片桐一彰 片桐一彰
  • 山形大学 高山哲生 高山哲生
  • AGC 株式会社 細田朋也 細田朋也
  • 津田駒工業 株式会社 西村勲 西村勲
  • 慶應義塾大学 大家哲朗 大家哲朗
  • 株式会社 ファソテック 川瀬康樹 川瀬康樹
  • 北海道大学 本田真也 本田真也
  • 三菱重工業 株式会社 武内幸生 武内幸生
  • 近畿大学 西籔和明 西籔和明
  • 東京工業大学 中川佑貴 中川佑貴
  • 株式会社 アミノ 村井裕城 村井裕城
  • 三重県工業研究所 藪谷祐希 藪谷祐希
  • 同志社大学 田中達也 田中達也
  • 早稲田大学 細井厚志 細井厚志
  • 日鉄テクノロジー 株式会社 古山昌利 古山昌利
  • 東京大学 岡部洋二 岡部洋二
  • 大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 木村正雄 木村正雄
  • 東北大学 小助川博之 小助川博之
  • 静岡大学 島村佳伸 島村佳伸
  • 株式会社 島津製作所 矢野文彬 矢野文彬
  • 名古屋市工業研究所 吉村圭二郎 吉村圭二郎
  • 信州大学 倪慶清 倪慶清
  • 名古屋大学 清水優 清水優
  • 伊藤忠テクノソリューションズ 株式会社 森一樹 森一樹
  • 関西大学 石川敏之 石川敏之
  • 岐阜県産業技術総合センター 西垣康広 西垣康広
  • 太陽工業 株式会社 小平裕也 小平裕也
  • 第一電通 株式会社 江口剛志 江口剛志
  • 東京都立大学 大島草太 大島草太
  • 株式会社 ハリガイ工業 遊佐孝彦 遊佐孝彦
  • オーエスジー 株式会社 滝川義寛 滝川義寛
  • (財) レーザー技術総合研究所 藤田雅之 藤田雅之
  • 株式会社 羽生田鉄工所 松峯拓郎 松峯拓郎
  • (国研) 宇宙航空研究開発機構 青木雄一郎 青木雄一郎
  • トヨタ自動車 株式会社 岩野吉宏 岩野吉宏
  • サンワトレーディング 株式会社 馬場俊一 馬場俊一
  • 長野県工業技術総合センター 相澤淳平 相澤淳平
  • 明星大学 小山昌志 小山昌志
  • 大塚技術士事務所 大塚正彦 大塚正彦
  • 株式会社 先進技術研究所 深川仁 深川仁
  • 立命館大学 持田泰秀 持田泰秀

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ISBNコード

978-4-86104-811-1

発行年月

2020年12月

販売元

tech-seminar.jp

価格

80,000円 (税別) / 88,000円 (税込)

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