先進複合材料による超軽量圧力容器の開発研究

超軽量容器の開発は、(1)極薄金属殻のライナーを作ること、(2)このライナーに炭素繊維など強化繊維を巻き付け成形すること、の2つのプロセスで実現される。(1)について、前年度にチタン合金のパイプから超塑性変形により球面に加工するプロセスが一応の成功を見たが、本年度は、その加工方を工学的に研究し、特に金属殻の赤道部でのひずみ速度を一定に保つような圧力制御により、0.3〜0.5mm厚の球面極薄金属ライナーを成形するプロセスのノウハウを確立した。(2)については、超塑性加工で出来た極薄金像ライナーに高強度炭素繊維の巻き付け成形を行い、超軽量高強度の容器を作り上げることが目標となるが、本年度は特に金星探査気球への応用を目標とし、球面および楕円面への繊維巻き付け成形について検討した。金星探査気球は、金星表面から約20kmの高さで圧力20気圧温度300℃の大気中を浮遊探査するものであるが、地球で打ち上げられる時から圧力20気圧に充填されることとなるので、超軽量高強度の圧力容器でなければならない。本年度はそのモデルとして、直径200mmの球面への炭素繊維巻き付け成形の試作実験を行った。出来た容器についてはバースト試験を行ってその耐圧強度を確認し、更に、容器の強度を知るためのより簡便な試験法としてリングバースト試験を行い、AE計測を併用して成形体の破壊挙動についての検討を行った。こうして本研究の、当初に設定した2つの目標はそれぞれほぼ完成に地付いたがん、金星探査気球としては、金星大気の高温(〜300℃)耐えるため、更にポリイミド樹脂の利用技術についての検討を加えて、新しい応用への発展を計ることとなる。なお、軽量圧力容器に対しては、天然ガス自動車用の燃料ガス容器としてのニーズがあり、今度経済性の検討をも合せて、新しい発展を考えることとしたい。

超軽量容器の開発は、(1)極薄金属殻のライナーを作ること、(2)このライナーに炭素繊維など強化繊維を巻き付け成形すること、の2つのプロセスで実現される。(1)について、前年度にチタン合金のパイプから超塑性変形により球面に加工するプロセスが一応の成功を見たが、本年度は、その加工方を工学的に研究し、特に金属殻の赤道部でのひずみ速度を一定に保つような圧力制御により、0.3〜0.5mm厚の球面極薄金属ライナーを成形するプロセスのノウハウを確立した。(2)については、超塑性加工で出来た極薄金像ライナーに高強度炭素繊維の巻き付け成形を行い、超軽量高強度の容器を作り上げることが目標となるが、本年度は特に金星探査気球への応用を目標とし、球面および楕円面への繊維巻き付け成形について検討した。金星探査気球は、金星表面から約20kmの高さで圧力20気圧温度300℃の大気中を浮遊探査するものであるが、地球で打ち上げられる時から圧力20気圧に充填されることとなるので、超軽量高強度の圧力容器でなければならない。本年度はそのモデルとして、直径200mmの球面への炭素繊維巻き付け成形の試作実験を行った。出来た容器についてはバースト試験を行ってその耐圧強度を確認し、更に、容器の強度を知るためのより簡便な試験法としてリングバースト試験を行い、AE計測を併用して成形体の破壊挙動についての検討を行った。こうして本研究の、当初に設定した2つの目標はそれぞれほぼ完成に地付いたがん、金星探査気球としては、金星大気の高温(〜300℃)耐えるため、更にポリイミド樹脂の利用技術についての検討を加えて、新しい応用への発展を計ることとなる。なお、軽量圧力容器に対しては、天然ガス自動車用の燃料ガス容器としてのニーズがあり、今度経済性の検討をも合せて、新しい発展を考えることとしたい。