熱可塑性ＣＦＲＰの機能的・力学的性能評価手法に関する研究

热塑性CFRP功能与力学性能评价方法研究

• 批准号: 15J09735
• 负责人: 山下 慎一郎
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J09735/
• 关键词: 熱可塑性CFRP; 薄層プリプレグ; 不連続繊維; 衝撃試験; 雷撃試験; 被雷後力学特性; 超音波探傷; 熱可塑性ＣＦＲＰ; 体積抵抗率; 耐雷性; 引張破壊; 評価手法; メカニズム

平成27年度に行った以下の①～③について英文誌への投稿を行い，論文が掲載された。これらの知見をもとに，より安全な複合材料構造の実現に向けて有益な知見を得るため，当初の予定を変更して④・⑤の検討を行った。①炭素繊維テープ強化熱可塑性樹脂（CTT）の引張破壊挙動②熱可塑性CFRPの電気伝導率③熱可塑性CFRPの被雷時損傷メカニズム④CTTの曲げ衝撃荷重下における挙動／高速度カメラを用いて衝撃荷重下における破壊挙動を観察，CTTを構成するテープの厚さと破壊挙動，およびエネルギー吸収量との関係について検討した。その結果，テープを薄くするほど衝撃強度は向上する一方，脆性的な破壊挙動になりエネルギー吸収量は低下することがわかった。これらの成果により，CTTを適用する部材の要求性能に応じて適切な厚みのプリプレグを使い分ける必要があるという，実用面で重要な知見を得た。⑤熱可塑性CFRPの被雷後力学特性／プリプレグの薄層化による損傷の低減効果が被雷後の力学特性に与える影響について検討するため，熱可塑性CFRPの連続繊維積層板とCTT，さらには熱硬化性CFRPの連続繊維積層板を用い，模擬雷撃試験を行った。試験後の供試体については，超音波探傷や断面の顕微鏡観察を通じて損傷評価を行った後，4点曲げ試験により被雷後の力学特性評価を行った。得られた成果は以下の通りである。(1)熱硬化性CFRPでは大きな層間はく離が発生して力学特性が大幅に低下したが，熱可塑性CFRPでは層間はく離が発生せず，力学特性の保持率も向上した。(2)熱可塑性CFRPの連続繊維積層板とCTT，いずれにおいてもプリプレグの薄層化により残留力学特性が向上した。以上の成果から，薄層プリプレグの適用によって力学特性と耐雷性を兼ね備えた熱可塑性CFRPを実現し，採用することが実用上の雷対策における一つの有効な手段であることが示された。

我们于2015年向一家英文期刊提交了以下①至③，并发表了论文。基于这些知识，我们改变了原来的计划，进行了研究④和⑤，以获得实现更安全的复合材料结构的有用知识。 ① 碳纤维带增强热塑性树脂（CTT）的拉伸断裂行为 ② 热塑性 CFRP 的导电性 ③ 雷击时热塑性 CFRP 的损坏机制 ④ 使用高速摄像机观察 CTT 在弯曲冲击载荷/冲击载荷下的行为CTT 下的断裂行为，并研究了构成 CTT 的胶带厚度、断裂行为和吸收能量之间的关系。结果表明，随着胶带变薄，冲击强度提高，但断裂行为变得更脆，能量吸收下降。通过这些结果，我们从实用的角度获得了重要的认识，即有必要根据应用CTT的部件所需的性能，使用适当厚度的预浸料。 ⑤ 热塑性CFRP雷击后力学性能/为了研究预浸料减薄减伤效果对雷击后力学性能的影响，对热塑性CFRP、CTT、热学连续纤维层压板进行了模拟雷击试验。使用由可硬化 CFRP 制成的连续纤维层压板进行。测试后，通过超声波探伤和断面显微观察评价试件的损伤情况，然后进行四点弯曲试验，评价其雷击后的力学性能。得到的结果如下。 (1)在热固性CFRP中，发生较大的层间分层，力学性能显着下降，而在热塑性CFRP中，未发生层间分层，力学性能保持率提高。 (2)通过减薄预浸料，热塑性CFRP连续纤维层压板和CTT的残余力学性能得到改善。上述结果表明，通过应用薄层预浸料可以制备出兼具机械性能和防雷性能的热塑性CFRP，其使用是实际防雷的有效手段。

项目成果

Tape Length Dependence of the Electrical Conductivity of Ultra-thin Chopped Carbon Fiber Tape Reinforced Thermoplastics

超薄短切碳纤维带增强热塑性塑料的导电率与带长度的关系

• 发表时间: 2015
• 作者: S. Yamashita; Y. Nakashima; J. Takahashi; K. Kawabe;T. Murakami
• 通讯作者: T. Murakami

Influence of Dispersion Method to Dispersibility and Mechanical Properties of Ultra-thin Carbon Fiber Tape Reinforced Thermoplastics

分散方式对超薄碳纤维带增强热塑性塑料分散性和力学性能的影响

• 发表时间: 2015
• 作者: H. Suganuma; S. Yamashita; X. Zhang; K. Hashimoto; I. Ohsawa;J. Takahashi
• 通讯作者: J. Takahashi

Effect of thin-ply on damage behaviour of continuous and discontinuous carbon fibre reinforced thermoplastics subjected to simulated lightning strike

薄层对连续和不连续碳纤维增强热塑性塑料模拟雷击损伤行为的影响

• DOI: 10.1016/j.compositesa.2017.01.010
• 发表时间: 2017
• 作者: S. Yamashita; T. Sonehara;J. Takahashi
• 通讯作者: J. Takahashi

Experimental characterization of the tensile failure mode of ultra-thin chopped carbon fiber tape reinforced thermoplastics

超薄短切碳纤维带增强热塑性塑料拉伸破坏模式的实验表征

• DOI: 10.1177/0731684416651134
• 发表时间: 2016
• 影响因子: 3.1
• 作者: S. Yamashita; K. Hashimoto; H. Suganuma;J. Takahashi
• 通讯作者: J. Takahashi

Influences of Water Absorption on the Mechanical Properties of Discontinuous CF/PA6 and CF/PP

吸水率对不连续CF/PA6和CF/PP力学性能的影响

• 发表时间: 2016
• 作者: H. Piao; Y. Kiryu; L. Chen; S. Yamashita; H. Wei; I. Ohsawa;J. Takahashi
• 通讯作者: J. Takahashi