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

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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．