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

阐明使用再生碳纤维非织造布的可冲压片材的连续树脂浸渍工艺

• 批准号: 22K04730
• 负责人: 石田 応輔
• 金额: $ 2.33万
• 依托单位: Kanazawa Institute 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 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04730/
• 关键词: リサイクルCF不織布; CFRTP; 樹脂含浸プロセス; スタンパブルシート; ダブルベルトプレス; リサイクル炭素繊維

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。

The purpose of this study is to provide a high-quality CF (rCF) nonwoven fabric for automotive and industrial applications and to construct a thermoplastic resin impregnated fabric for use in DBP devices. In 2022, the first stage of the continuous impregnation process, the pressure relaxation process of rCF nonwoven fabric and the solution of resin impregnation process were selected. To investigate the relationship between the force and the dimensional content (Vf) during the process of compression and load removal at a given speed in the universal testing machine. rCF nonwoven fabric is oriented in different directions, and the structure is compressed in different shapes, such as large and small, and the in-plane re-alignment of out-of-plane directions is performed in different directions. The maximum pressure of 10MPa is 39%. Second, rCF nonwoven fabric and PP resin are impregnated with resin in the thickness direction of the substrate. Microscopic observation of the cross section of the molded article was performed to evaluate the immersion distance and the thickness distribution of the sheet. The influence of low Vf on resin impregnation in the thickness direction of nonwoven fabric and high penetration coefficient of nonwoven fabric substrate can be estimated by cross section inspection. It is assumed that the resin impregnated with the resin will have a small impact on the formation of dense bundles (bundles) in the cross section. In addition, the resin layer has a high Vf and the resin layer has a low Vf. The resin layer has a low Vf. The resin layer has a low Vf and the resin layer has a low Vf. The results show that the compression of CF nonwoven fabric in the plate thickness direction is considered, and the resin impregnation behavior is simplified.