リサイクル炭素繊維不織布を用いたスタンパブルシートの連続樹脂含浸プロセスの解明

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本研究の目的は自動車・産業用途へ期待の高いリサイクルCF（rCF）の不織布に着目し、ダブルベルトプレス（DBP）装置を用いてrCF不織布に熱可塑性樹脂を連続的に含浸させるプロセスを構築することである。2022年度は、連続含浸プロセス検討へ移行する前段階として、rCF不織布の圧縮緩和挙動と樹脂含浸挙動の解明とモデル化に取り組んだ。万能試験機を用いて不織布基材を所定速度で圧縮・除荷する過程で生じる応力と繊維体積含有率（Vf）の関係を調査した。rCF不織布はランダムに繊維が配向したネットワーク構造であり圧縮による変形が大きく、また、緩和時には面外方向の繊維の面内再配列によるヒステリシスが大きかった。そして最大10MPaの応力をかけてもVfは39%程度であった。次に、rCF不織布とPP樹脂フィルムを積層した基材について、ホットプレスで板厚方向の不織布の樹脂含浸を生じさせた。成形品の断面顕微鏡観察によって含浸距離とVfの板厚方向分布を評価した。Vfの低さの影響により不織布は板厚方向に樹脂が含浸し易く、断面観察から推定される不織布基材の浸透係数は高かった。断面の所々に繊維が密集した束（繊維束）を形成していたが、そのサイズは小さいためボイドを生じさせるような樹脂含浸プロセスへの影響は小さいと推測された。また、Darcy則と有効応力の原理に基づいて予想される通り樹脂流動先端では局所的なVfが高く、樹脂層との界面では不織布の緩和進行によりVfが低い様子が成形品断面で観察された。これらの観察結果から板厚方向のCF不織布の圧縮緩和を考慮した樹脂含浸挙動の簡易的なモデル化を進めた。