Creation of thermoplastic CFRP with interlaced structure between layers compound in braid and press technology

采用编织和压制技术制造具有层间交错结构的热塑性 CFRP

基本信息

批准号：
21K03804
负责人：
喜成年泰
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kanazawa University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の申請時には、一方向に並べた炭素繊維に熱可塑性樹脂を含浸させたシート素材をテープ状に細く裁断したテープ（以下CFRTPテープ）を用いて、組紐成形によって中空パイプを編組し、その後加熱加圧によりFRPとして成形する予備実験により、4点曲げ試験による曲げ強度400MPa、弾性率50GPaを示す組紐製造条件を見出し、CFRTPの製造方法としての有望性は確認できていた。これに対して、組紐構造およびプレス成形のメカニズム解明と組紐の組糸経路を自由に設定できるマルチブレイダを用いた工程改善により2.5倍以上の曲げ強度と弾性率を示す製紐条件およびプレス条件を見出すことを目標としている。初年度の問題点であった「入手可能な市販のCFRTPテープの厚みが0.044mmと薄いため、数層重ねただけではじゅうぶんな厚みを有するFRP製品が得られない」状況を改善するため、ポリアミド(PA)母材のCFRTPテープに加え、テープの厚みが0.15mmのポリプロピレン(PP)母材のCFRTPテープによる組紐・プレス成形に取り組み、曲げ強度500MPa、弾性率80GPa以上を示す組紐・プレス条件を見出した。加えて、マルチブレイダにおいて多数の軸糸を重ねて編組するために必要な機構を導入し、組紐層1層の厚みを増加させることもできた。PA母材のCFRTPテープによる機械的性質の到達点は前年度に達成した曲げ強度800MPa、弾性率100Gpaのままだが、今年度の「製造範囲の拡張」の成果と組み合わせて、最終年度では曲げ強度1,000MPa、弾性率125GPa以上を示す製紐条件およびプレス条件を見出す。

在申请本研究时，使用带子（以下简称CFRTP带）编织中空管，该带子是将碳纤维沿一个方向排列并浸渍有热塑性树脂的片材切割成薄壁而制成的。通过对FRP进行加热加压成型的预实验，找到了在四点弯曲试验中弯曲强度为400MPa、弹性模量为50GPa的编织物的制造条件，确认了其有望成为生产 CFRTP 的一种方法。另一方面，通过阐明编织结构和压制成型的机理，并使用可自由设定编织物编织路径的多编织机改进工艺，我们实现了表现出弯曲强度和弹性模量的编织和压制条件目标是找出答案。为了改善第一年存在的问题，“市售的CFRTP带材厚度薄至0.044毫米，仅通过层叠几层不可能获得足够厚度的FRP产品。” (PA) 基材C除了FRTP带之外，我们还对带厚度为0.15mm的聚丙烯（PP）基材的CFRTP带进行了编织和压制成型，并找到了弯曲强度为500MPa、弹性模量为80GPa的编织和压制条件。或更高。此外，我们能够通过引入在多编织机中重叠和编织多个轴丝所需的机制来增加单个编织帘线层的厚度。 PA基材的CFRTP胶带实现的机械性能与去年实现的800 MPa的弯曲强度和100 Gpa的弹性模量相同，但结合了今年“扩大制造范围”的成果”，最后一年将提高弯曲强度。找到表现出 1,000 MPa 和弹性模量 125 GPa 或更高的制弦条件和压制条件。