射出成形品の力学的特性向上を目的とした配向制御手法と部品の軽量化設計手法の構築

开发零件的定向控制方法和轻量化设计方法，以提高注塑产品的机械性能

基本信息

批准号：
20K04201
负责人：
瀬戸雅宏
金额：
$ 2.08万
依托单位：
Kanazawa Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題における主な取り組みは，①繊維配向因子の定量的解明，②繊維配向メカニズムの解明，③力学的特性発現に向けた繊維配向制御手法の確立である．初年度では，繊維配向に直接影響を与える因子を定量的に明らかにするために，繊維強化射出成形中の金型内流動現象の可視化観察を実施した．その結果，繊維配向は，固化層の成長挙動と成形中の樹脂流速分布が大きく影響していることを明らかにした．さらに令和3年度では，成形品の幾何学的形状，特にゲート形状が繊維配向に与える影響を検討した．その結果，ゲート形状は，特に成形品板厚中央層の繊維配向に影響を与えることが示唆された．その一方で，繊維含有率や繊維長によって射出成形品の繊維配向が変化することが示唆されたことから，可視化実験により得られた樹脂流速分布から算出したせん断ひずみエネルギーと実際に成形品の繊維配向度分布を比較した．その結果，せん断ひずみエネルギーが繊維配向の与える影響は，繊維含有率によって異なることがわかってきた．これは，繊維同士の配向に与える相互作用が影響していることが示唆され，新たにこの影響を検討する必要性が生じた．そこで，令和4年度においては，繊維の相互作用が直接観察できる可視化金型の試作（簡易金型）に注力し，繊維1本1本の成形中の配向挙動が観察できるか検討した．具体的には，これまで金型キャビティ内に光を照射しその反射像で樹脂並びに繊維配向の可視化観察を行っていたが，キャビティ内に光を透過させ，その透過画像の観察を試みた．その結果，繊維1本1本の挙動が鮮明に観察でき，従来使われている繊維配向予測モデルと十分比較することができた．また，これまで観察が難しかった，固液界面での繊維配向挙動の観察もできることが確認された．しかしながら，繊維の相互作用の影響までは観察することができず，今後改良する必要があることが示された．

该研究项目的主要工作是（1）定量阐明纤维取向因素，（2）阐明纤维取向机制，以及（3）建立表达机械性能的纤维取向控制方法。第一年，为了定量明确直接影响纤维取向的因素，我们对纤维增强注射成型过程中模具内的流动现象进行了目视观察。结果表明，纤维取向很大程度上受成型过程中固化层生长行为和树脂流速分布的影响。此外，在2021财年，我们研究了成型产品的几何形状，特别是浇口形状对纤维取向的影响。结果表明，浇口形状对成型品中心层的纤维取向影响特别大。另一方面，有人认为，注塑产品的纤维取向会根据纤维含量和纤维长度而变化，因此根据可视化实验获得的树脂流速分布和注塑产品的实际纤维计算出的剪切应变能比较成型品的取向分布。结果发现，纤维取向对剪切应变能的影响根据纤维含量而不同。这表明纤维之间的相互作用影响它们的取向，并且需要重新研究这种效应。因此，在2020财年，我们专注于创建可以直接观察纤维相互作用的原型可视化模具（简单模具），并研究是否可以在成型过程中观察单个纤维的取向行为。具体来说，到目前为止，我们已经能够通过将光照射到模腔中并使用反射图像来可视化树脂和纤维取向，但现在我们尝试将光传输到模腔中并观察传输的图像。因此，我们能够清楚地观察每根纤维的行为，并且能够将其与传统的纤维取向预测模型进行充分比较。还证实可以观察迄今为止难以观察到的固液界面处的纤维取向行为。然而，不可能观察到纤维相互作用的影响，这表明未来需要改进。