超音波穿孔加工を用いた熱可塑性CFRP板材接合技術の確立

超声钻孔热塑性CFRP板连接技术的建立

基本信息

批准号：
22K03806
负责人：
明松圭昭
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tsukuba University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03806/
关键词：
複合材料・物性

项目摘要

CFRPは高強度，高剛性，耐食性に優れる，など従来の材料にはない優れた特性を有するため，様々な分野で適用が進んでいる。近年，成形のしやすさ，リサイクル性の良さなどから熱可塑性CFRPの開発が進められているが，成形後の加工（2次加工）においては炭素繊維を含んだ材料であるため加工が困難なうえ，繊維破断や層間はく離などが生じた場合には金属材料以上に著しい強度低下が生じることが問題となっている。これは加工部分の材料を取り除く除去加工では必ず生じる問題である。そのため一体成型を行うなどして2次加工を少なくしている。その結果，大型設備が必要なうえ汎用性が乏しいなどコストが高くなることで普及の妨げとなっている。そこで我々の研究グループが開発したのが超音波穿孔加工法である。本手法は除去加工とは異なり，強度低下につながる繊維破断を回避しながら加工が可能，加工時間の大幅な短縮が可能，硬度の低い材料（アルミニウム針等）を工具として適用し穴加工可能など，熱可塑性CFRP材の穴加工に適していることが明らかになっている。しかし本手法は2016年に開発された新しい加工法であるため，応用研究が全くなされていない。また最適な加工条件の明確化および詳細な加工メカニズムの解明には至っていない。そこで本研究では超音波穿孔加工を応用し加工した穴に高強度なワイヤーを通し縫い合せることで熱可塑性CFRP板材同士を接合する技術の確立を目指した。その結果，本年度は高強度ワイヤーで接合するために熱可塑性CFRP板材に超音波穿孔加工を行った。その際，「超音波穿孔加工が熱可塑性CFRP板材の強度におよぼす加工工具および加工条件の影響」を調査した。

CFRP具有出色的特性，在常规材料中未发现，例如高强度，高刚性和出色的耐腐蚀性，并且正在各种领域中应用。近年来，由于易于成型和良好的回收利用，热塑性CFRP的发展一直在进步，但是由于含有后载后（次要加工）中含有碳纤维的材料（纤维中断或互间层中断，就会破裂，而在强度上显着降低，那么处理的强度会大于金属材料。这是从处理部分中删除材料时总是会出现的问题。因此，通过执行积分成型来减少次级处理。结果，需要大型设备，并且缺乏多功能性使得很难传播这个词。因此，我们的研究小组开发了一种超声波钻探方法。与去除处理不同，此方法适用于热塑性CFRP材料的孔处理，因为有可能避免纤维断裂，从而导致强度降低，大大减少加工时间，并使用低硬度材料（例如铝针）作为机械孔的工具。但是，由于该方法是一种在2016年开发的新处理方法，因此未进行应用研究。此外，尚未澄清最佳的处理条件和详细的处理机制。因此，这项研究旨在通过将超声钻孔应用于已经通过高强度电线缝制的孔，以建立一种将热塑性CFRP板材料连接在一起的技术。结果，今年，在热塑性CFRP板上进行超声波钻孔，并与高强度电线连接。目前，我们研究了“加工工具和加工条件对热塑性CFRP板材料强度的影响”。