リサイクル炭素繊維不織布を用いたスタンパブルシートの連続樹脂含浸プロセスの解明

阐明使用再生碳纤维非织造布的可冲压片材的连续树脂浸渍工艺

• 批准号: 22K04730
• 负责人: 石田 応輔
• 金额: $ 2.33万
• 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: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04730/
• 关键词: リサイクルCF不織布; CFRTP; 樹脂含浸プロセス; スタンパブルシート; ダブルベルトプレス; リサイクル炭素繊維

本研究の目的は自動車・産業用途へ期待の高いリサイクルCF（rCF）の不織布に着目し、ダブルベルトプレス（DBP）装置を用いてrCF不織布に熱可塑性樹脂を連続的に含浸させるプロセスを構築することである。2022年度は、連続含浸プロセス検討へ移行する前段階として、rCF不織布の圧縮緩和挙動と樹脂含浸挙動の解明とモデル化に取り組んだ。万能試験機を用いて不織布基材を所定速度で圧縮・除荷する過程で生じる応力と繊維体積含有率（Vf）の関係を調査した。rCF不織布はランダムに繊維が配向したネットワーク構造であり圧縮による変形が大きく、また、緩和時には面外方向の繊維の面内再配列によるヒステリシスが大きかった。そして最大10MPaの応力をかけてもVfは39%程度であった。次に、rCF不織布とPP樹脂フィルムを積層した基材について、ホットプレスで板厚方向の不織布の樹脂含浸を生じさせた。成形品の断面顕微鏡観察によって含浸距離とVfの板厚方向分布を評価した。Vfの低さの影響により不織布は板厚方向に樹脂が含浸し易く、断面観察から推定される不織布基材の浸透係数は高かった。断面の所々に繊維が密集した束（繊維束）を形成していたが、そのサイズは小さいためボイドを生じさせるような樹脂含浸プロセスへの影響は小さいと推測された。また、Darcy則と有効応力の原理に基づいて予想される通り樹脂流動先端では局所的なVfが高く、樹脂層との界面では不織布の緩和進行によりVfが低い様子が成形品断面で観察された。これらの観察結果から板厚方向のCF不織布の圧縮緩和を考慮した樹脂含浸挙動の簡易的なモデル化を進めた。

本研究的目的是关注对汽车和工业应用有很高期望的再生CF（rCF）无纺布，并开发一种使用双带压机（DBP）装置用热塑性树脂连续浸渍rCF无纺布的工艺。 这是真的。在 2022 财年，我们致力于阐明和模拟 rCF 无纺布的压缩松弛行为和树脂浸渍行为，作为研究连续浸渍过程的第一步。使用万能试验机，研究了以预定速度压缩和卸载非织造布基材过程中产生的应力与纤维体积含量（Vf）之间的关系。 rCF无纺布具有纤维随机取向的网状结构，由于压缩而变形大，此外，在松弛时，由于纤维在面外方向的面内重排而产生的滞后也大。即使施加10MPa的最大应力，Vf也约为39%。接下来，对于将rCF无纺布和PP树脂膜层叠而成的基材，使用热压机在板厚方向上使树脂含浸在无纺布中。通过成型品的截面显微镜观察来评价含浸距离和板厚方向的Vf分布。由于Vf低，因此无纺布在厚度方向上容易被树脂浸渗，并且从截面观察估计的无纺布基材的渗透系数高。纤维在横截面的某些地方形成致密的束（纤维束），但由于它们的尺寸很小，因此推测它们对树脂浸渍过程的影响（否则会导致空隙）很小。另外，正如根据达西定律和有效应力原理所预期的那样，由于无纺布松弛的进行，树脂流动尖端处的局部Vf较高，而与树脂层的界面处的Vf较低，这在成型品的截面中观察到。基于这些观察结果，我们开发了一个简单的树脂浸渍行为模型，该模型考虑了 CF 无纺布在厚度方向上的压缩松弛。