FRP殻成形での光照射・加熱による樹脂硬化過程のミクロ電熱解析と能動的制御

超軽量高強度のFRP殻構造体の開発において、超塑性変形で加工された極薄肉金属殻の巻型に、樹脂を含浸させた強化繊維(主として炭素繊維)を巻付けるフィラメントワインディング成形法の開発が行われている。しかし、金属殻が薄いため、硬化時の温度上昇を極力抑える必要があり、繊維を巻きながら温度制御し加熱・硬化させるプロセスの伝熱解析と能動的制御が必要とされている。本年度は、この課題のための試験・解析を行い、以下のような成果を得た。(1)紫外線硬化樹脂(エポキシアクリレート樹脂+2wt%ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン)の反応熱を測定し、反応モデルを作成した。(2)単繊維10本×200本の積み重ねについての樹脂硬化過程の伝熱解析のための数値モデルを作成した。(3)この数値モデルを用いて、熱硬化性樹脂の硬化過程を解析し、硬化時の熱特性を解明した。その結果、樹脂の硬化割合と繊維樹脂層の最高温度との間に関係があることを見いだし、能動的制御の基礎資料を得た。(4)紫外線硬化樹脂について(1)で得たモデルを用いて、硬化過程の解析を行った。その結果、紫外線樹脂の場合、硬化時の温度上昇を20℃以下に抑えることが出来て、紫外線硬化樹脂が熱的な面からは極めて有望であることを明らかにした。

超軽量高強度のFRP殻構造体の開発において、超塑性変形で加工された極薄肉金属殻の巻型に、樹脂を含浸させた強化繊維(主として炭素繊維)を巻付けるフィラメントワインディング成形法の開発が行われている。しかし、金属殻が薄いため、硬化時の温度上昇を極力抑える必要があり、繊維を巻きながら温度制御し加熱・硬化させるプロセスの伝熱解析と能動的制御が必要とされている。本年度は、この課題のための試験・解析を行い、以下のような成果を得た。(1)紫外線硬化樹脂(エポキシアクリレート樹脂+2wt%ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン)の反応熱を測定し、反応モデルを作成した。(2)単繊維10本×200本の積み重ねについての樹脂硬化過程の伝熱解析のための数値モデルを作成した。(3)この数値モデルを用いて、熱硬化性樹脂の硬化過程を解析し、硬化時の熱特性を解明した。その結果、樹脂の硬化割合と繊維樹脂層の最高温度との間に関係があることを見いだし、能動的制御の基礎資料を得た。(4)紫外線硬化樹脂について(1)で得たモデルを用いて、硬化過程の解析を行った。その結果、紫外線樹脂の場合、硬化時の温度上昇を20℃以下に抑えることが出来て、紫外線硬化樹脂が熱的な面からは極めて有望であることを明らかにした。