炭素繊維強化熱可塑性プラスチックの電気式融着手法の開発と融着メカニズムの解明

本研究は，繊維強化プラスチック（FRP）の中でも電気自動車や産業機器分野への適用拡大が期待される炭素繊維強化熱可塑性プラスチック（熱可塑性CFRP）の融着接合技術に着目し，種々の形態を有する炭素繊維製の抵抗発熱体に電圧を印加することによって生じるジュール発熱を利用した電気式融着手法を新たに開発し，印加電圧や印加電流および通電時間等の種々の融着パラメータが融着挙動および接合強度に及ぼす影響を調査し，その複雑な融着メカニズムを解明することを目的とする．この研究目的を達成するために，①炭素繊維を用いた抵抗発熱体の開発，②融着条件の適正化，③接合強度の向上と強度発現メカニズムの解明および④融着メカニズムの解明の4つの研究課題項目に分類し，研究を実施した．平成２７年度の研究成果を踏まえて，炭素繊維を抵抗発熱体として用いた融着試験片の接合強度や強度発現メカニズムを調査するために，共同研究機関で保有している非接触式三次元ひずみ分布計測装置で観察しながら，引張せん断試験や曲げ試験を行った．動的なひずみ分布計測を行うことで，種々の抵抗発熱体が融着部に与える影響を解明した.また，提案する融着手法の大型部材への適用可能性を調査するため，融着試験片の形状アスペクト比が融着挙動に与える影響を実験的に調査し，融着メカニズムを明らかにした．また，開繊炭素繊維，一方向プリプレグシートおよび織物材を抵抗発熱体として適用し，種々の抵抗発熱体が融着挙動に及ぼす影響を明らかにした．

本研究は，繊維強化プラスチック（FRP）の中でも電気自動車や産業機器分野への適用拡大が期待される炭素繊維強化熱可塑性プラスチック（熱可塑性CFRP）の融着接合技術に着目し，種々の形態を有する炭素繊維製の抵抗発熱体に電圧を印加することによって生じるジュール発熱を利用した電気式融着手法を新たに開発し，印加電圧や印加電流および通電時間等の種々の融着パラメータが融着挙動および接合強度に及ぼす影響を調査し，その複雑な融着メカニズムを解明することを目的とする．この研究目的を達成するために，①炭素繊維を用いた抵抗発熱体の開発，②融着条件の適正化，③接合強度の向上と強度発現メカニズムの解明および④融着メカニズムの解明の4つの研究課題項目に分類し，研究を実施した．平成２７年度の研究成果を踏まえて，炭素繊維を抵抗発熱体として用いた融着試験片の接合強度や強度発現メカニズムを調査するために，共同研究機関で保有している非接触式三次元ひずみ分布計測装置で観察しながら，引張せん断試験や曲げ試験を行った．動的なひずみ分布計測を行うことで，種々の抵抗発熱体が融着部に与える影響を解明した.また，提案する融着手法の大型部材への適用可能性を調査するため，融着試験片の形状アスペクト比が融着挙動に与える影響を実験的に調査し，融着メカニズムを明らかにした．また，開繊炭素繊維，一方向プリプレグシートおよび織物材を抵抗発熱体として適用し，種々の抵抗発熱体が融着挙動に及ぼす影響を明らかにした．