複合材製極低温推進剤タンクへの適用を考慮した樹脂フィルムライナー材料の特性の把握

再使用ロケットの軽量化には極低温推進剤タンクの軽量化効果が大きく、推進剤タンクの軽量化には従来の金属製タンクに代えて繊維強化プラスチック製タンク(複合材タンク)の研究開発が必要である。極低温推進剤タンクの複合材化は各国で研究が進められているが、CFRPに生じるマイクロクラックからの燃料漏洩対策が課題となっている。我々は、現時点で極低温では複合材にマイクロクラックは避けられないものとして、タンク壁内面に施工したライナにより気密を維持する構造を検討した。各種ライナ付複合材タンクの中で、我々はAlライナ付複合材液体水素タンクの開発を行い、2003年10月にRVTの実フライトに供すことができた。しかし、今後の軽量化及び信頼性の技術的発展を考えると、Alライナを取りやめた全複合材化が望まれる。我々は、Aに替わる樹脂ライナとしてLCP(液晶ポリマー)フィルムを検討した。LCP(液晶ポリマー、liquid crystal polymer)フィルムは、有機フィルム中最高レベルのガスバリアー性をもち、かつCFRPに近い熱膨張率を持ち、複合材タンクのライナ材料として適性が高い。一方、接着性が悪いことが問題であるが、熱可塑材料であるため融点付近の温度で圧力を加えることで融着が可能である。一方、これまでの予備試作により、一部分でもLCP/LCP接着にエポキシ樹脂等の接着剤を使用すると、極低温ではそこがリークパスを形成してしまうことが明らかとなっている。したがって、タンク内面全域が融着接合LCPフィルムで覆われていることが必要である。本研究では、全融着LCPライナ製造に対し、ポリイミドFRP内殻方式と水溶性ジグ方式の2つのプロセスを検討した。両方式による小型タンクの試作を行い、両者の成立性が検証できた。ただし、ポリイミド内殻方式では不可欠の局所加熱融着プロセスは現段階では信頼性に欠け、大型タンクの製造には適さないことが判明した。一方、水溶性ジグ方式は、ライナー体成形による大型タンク製造に適用可能であることがわかった。

再使用ロケットの軽量化には極低温推進剤タンクの軽量化効果が大きく、推進剤タンクの軽量化には従来の金属製タンクに代えて繊維強化プラスチック製タンク(複合材タンク)の研究開発が必要である。極低温推進剤タンクの複合材化は各国で研究が進められているが、CFRPに生じるマイクロクラックからの燃料漏洩対策が課題となっている。我々は、現時点で極低温では複合材にマイクロクラックは避けられないものとして、タンク壁内面に施工したライナにより気密を維持する構造を検討した。各種ライナ付複合材タンクの中で、我々はAlライナ付複合材液体水素タンクの開発を行い、2003年10月にRVTの実フライトに供すことができた。しかし、今後の軽量化及び信頼性の技術的発展を考えると、Alライナを取りやめた全複合材化が望まれる。我々は、Aに替わる樹脂ライナとしてLCP(液晶ポリマー)フィルムを検討した。LCP(液晶ポリマー、liquid crystal polymer)フィルムは、有機フィルム中最高レベルのガスバリアー性をもち、かつCFRPに近い熱膨張率を持ち、複合材タンクのライナ材料として適性が高い。一方、接着性が悪いことが問題であるが、熱可塑材料であるため融点付近の温度で圧力を加えることで融着が可能である。一方、これまでの予備試作により、一部分でもLCP/LCP接着にエポキシ樹脂等の接着剤を使用すると、極低温ではそこがリークパスを形成してしまうことが明らかとなっている。したがって、タンク内面全域が融着接合LCPフィルムで覆われていることが必要である。本研究では、全融着LCPライナ製造に対し、ポリイミドFRP内殻方式と水溶性ジグ方式の2つのプロセスを検討した。両方式による小型タンクの試作を行い、両者の成立性が検証できた。ただし、ポリイミド内殻方式では不可欠の局所加熱融着プロセスは現段階では信頼性に欠け、大型タンクの製造には適さないことが判明した。一方、水溶性ジグ方式は、ライナー体成形による大型タンク製造に適用可能であることがわかった。