熱可塑性CFRPにおける炭素繊維/樹脂界面の接着性向上による高機能化

通过提高热塑性 CFRP 中碳纤维/树脂界面的粘合力实现高功能

• 批准号: 18H00275
• 负责人: 村上 清人
• 金额: $ 0.34万
• 依托单位: Kyushu Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18H00275/
• 关键词: 熱可塑性CFRP; ポリカーボネート樹脂; 界面接着性

熱可塑性CFRP(CFRTP)は, 熱硬化性CFRP(CFRTS)と比較して製造コストが安価であることから, 今後, 益々の普及が期待されている. 報告者らは過去に, 複合材製液体酸素タンク用のライナー材として, 熱可塑性のポリカーボネート(PC)樹脂を超高弾性ピッチ系炭素繊維(CF)で強化した複合材(CFRTP-PC)を開発した. CFRTP-PCライナーにおけるCF/PC樹脂の界面接着性は, 機械的強度のみならずタンク内の気密性を確保する上でも重要である. 本研究は主に, CFRTP-PCにおけるCF/PC樹脂界面の接着性の向上を図ることを目的として進められた. 今回, オートクレーブで成形されるCFRTP-PCのガスバリア性に着目し, 「JIS K 7126-1」に準拠したヘリウム(He)ガス透過率試験を実施した. 本研究を通じて得られた主な知見を下記に記す.1. CFクロスを電気炉で500℃, 1時間加熱することにより, CF表面に塗布されたサイジング剤(エポキシ系樹脂)を除去した結果, CFRTP-PCのHeガス透過率は約5.0×10^<-11>mol・m/(㎡・s・Pa)から約1.2×10^<-14>mol・m/(㎡・s・Pa)まで低下した.2. 上記1の処理に加えて, PC樹脂(50μm厚のフィルム)を120℃で5時間, 予備乾燥した結果, Heガス透過率はさらに約1.0×10^<-15>mol・m/(㎡・s・Pa)まで低下した. なお, CFRTP-PC試料を-196℃の液体窒素に繰返し100回浸漬して繰返し熱応力を与えたが, Heガス透過率は殆ど変化しなかった.3. CF/PC樹脂の界面接着性をさらに向上させるため, 上記1の処理に加えて, PCフィルムを2時間オゾン酸化処理したが, Heガス透過率は未処理素材によるCFRTP-PCと殆んど変わらなかった. PC樹脂に微小なボイド等が生成している可能性もあるため, 今後詳細な分析が必要である.4. 薄いニッケルメッキ層を設けた汎用PAN系CFの液体酸素適合性試験を実施した結果, 着火確率はメッキなしの17/20から9/20に低下した.

CFRP thermoplastic (CFRTP) and CFRP thermosetting (CFRTS) are expected to increase in popularity in the future. In the past, the development of composite materials (CFRTP-PC) has been carried out in the field of liquid acid synthesis, thermal plasticity and polymer resin (PC). CFRTP-PC resin interface adhesion is important to ensure mechanical strength and internal tightness. In this study, CFRP-PC resin interface adhesion was improved. Today, the CFRTP-PC transmittance test is carried out in accordance with JIS K 7126-1. This study is based on the following information: 1. CF was heated in an electric furnace at 500℃ for 1 hour. As a result, the He transmittance of CFRTP-PC decreased from about 5.0×10^ mol<-11>·m/(㎡·s·Pa) to about 1.2×10^mol·m/(㎡·s·Pa<-14>). During the treatment mentioned in the above note 1, the PC resin (50μm thick) was dried at 120℃ for 5 times. As a result, the He s transmittance was approximately 1.0×10^<-15>mol·m/(㎡·s·Pa) and was low. For CFRTP-PC samples, the liquid temperature of-196℃ decreased to 100 cycles, and the transmittance decreased to 100 cycles. CF/PC resin interface adhesion is up to date, the above 1 treatment is added, PC resin is acidified for 2 time, and the transmittance of untreated material is up to date. PC resin is very small, so it is possible to generate such a small amount of resin, and detailed analysis is necessary in the future. 4. As a result of liquid acid suitability test for PAN CF, the ignition accuracy was reduced from 17/20 to 9/20.

项目成果

液体酸素適合性CFRTPを用いたタンクライナーの試作と口金部の気密性評価

使用与液氧兼容的 CFRTP 进行罐内衬的原型制作并评估接口的气密性

• 发表时间: 2019
• 作者: 矢野 龍太郎;米本 浩一;藤川 貴弘;村上 清人;下平 健太;嶋田 貴信;内藤 均;星野 健;野中 聡;山本 睦也;花岡 寛司;正原 太
• 通讯作者: 正原 太