液体酸素タンク用ＣＦＲＰの実用性能に関する実験的研究

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液体酸素タンクは一般に金属で出来ており, タンクの軽量化を図るには, その構造材料を金属から炭素繊維強化プラスチック(以下, CFRP)に転換するのが最も有効であると考えられる. 液体酸素は有機物と反応して着火する危険性があるため, 液体酸素に曝される部分には着火性の無い(液体酸素適合性の有る)材料で覆う必要がある. その手段として, タンク内壁に金属や樹脂のライナーを施工する方法があるが, 極低温に伴ってライナー/CFRP間が層間剥離する可能性やライナーによる重量過多が懸念される. よって本研究では, タンク内壁に液体酸素適合性の有るCFRPを成形し, その外側に汎用のCFRPを積層したオールコンポジット型タンクを提案する. 今回, タンク内壁用のCFRPとして, 液体酸素適合性の有るポリイミド樹脂と不燃素材の複合化物を炭素繊維で強化した材料(以下, PI系CFRPと呼称)を用いた. PI系CFRPの液体酸素タンクとしての実用性能を評価した結果, 以下の知見を得た.①ABMA型衝撃試験機を用いた液体酸素適合性(着火性)試験オートクレーブを用いて2通りの条件で成形したPI系CFRPを評価した. その結果, いずれのPI系CFRPも試験20回中, 着火0回であり, 液体酸素適合性が有ることを確認した.②ヘリウムガス透過率試験PI系CFRPは他のCFRPと比較してガス透過率が高く, ミクロなボイドやクラックが発生している可能性が示唆された. よって, 成形条件等を見直してガスバリア性を改善するとともに, 液体酸素タンクとして許容できるガス透過率について検討する必要がある.③口金材(アルミ合金)との融着性PI系CFRPの成形条件と同じ条件でアルミ合金試料どうしの融着を行った. その結果, アルミ合金表面をブラスト加工した場合で全ての試料が融着できていたものの, その接着力は非常に弱かった. よって, 融着時の温度・圧力条件等を見直し, 接着強度を改善する必要がある.