CFRP/CFRTPの加工技術と性能評価

-量産を実現する最新技術-

第1章　CFRTPの製法と成形
第1節　CFRTPの製法と成形
　1.　成形材料の選択
　　　1.1　マトリックス樹脂
　　　1.2　繊維長と成形品の特性
　2.　射出成形用ペレット
　　2.1　短繊維ペレット
　　　2.1.1　短繊維ペレットの製法
　　　2.1.2　特徴
　　2.2　長繊維ペレット
　　　2.2.1　長繊維ペレットの製法
　　　2.2.2　成形性良好な長繊維ペレット
　　2.3　ペレットの成形方法
　3.　不連続繊維プリプレグ
　　3.1　熱可塑SMC
　　　3.1.1　熱可塑SMC　の製法
　　3.1.2　新規スタンパブルシート基材
　　3.2　成形方法
　4.　連続繊維プリプレグ
　　4.1　連続繊維プリプレグの製法
　　　4.1.1　溶融法（ホットメルト法）
　　　4.1.2　溶剤法（ウエット法）
　　　4.1.3　パウダー法
　　　4.1.4　樹脂フィルム含浸法
　　　4.1.5　混繊法
　　4.2　成形方法
　　　4.2.1　プレス成形
　　　4.2.2　オートクレーブ成形
　　　4.2.3　ダイレクトコンソリデーション
第2節　連続繊維CFRTP/TEPEXの製法と成形法
　1.　TEPEX　
　　1.1　プロフィール
　　1.2　製法
　　1.3　TEPEXの種類
　　1.4　スタンダード材料
　　1.5　材料のカスタマイズ可
　2.　特徴
　3.　TEPEXの選択方法
　　3.1　ユーザー要求
　　3.2　TEPEXの機械特性
　4.　一般的な成形方法
　　4.1　プレス成形
　　4.2　ダイヤフラム成形（圧空成形）
　　4.3　圧縮成形（flowcore）
　　4.4　インサート成形
　　4.5　ハイブリッド成形
　5.　ヒーター
　6.　型
　7.　用途
　8.　今後の展開と課題
第2章　CFRPの成形法
　1.　CFRP成形法の進展経緯
　　1.1　直接成形法と間接成形法
　　1.2　各種CFRP　成形法とその経緯
　　　1.2.1　プリプレグ成形の進展
　　　1.2.2　フィラメントワインディング（FW：Filament　Winding）成形
　　　1.2.3　引き抜き（PL：Pultrusion）成形
　2.　大型成形物へのCFRP　の適用
　3.　CFRP　化による自動車軽量化への取り組み
　　3.1　自動車部材のCFRP　化経緯
　　3.2　自動車構造部材への展開
　　3.3　ハイサイクル成形への取り組み
第3章　CFRP成形時におけるトラブルと対策
第1節　成形時の繊維うねりの発生と成形品に与える影響

　1.　CFRP　に生じる繊維のうねり
　　1.1　ランダムなうねり
　　1.2　局所的なうねり
　2.　繊維のランダムなうねりの発生と力学特性への影響
　　2.1　プリプレグシートを用いて成形した一方向CFRP
　　　2.1.1　引張特性と圧縮特性
　　　2.1.2　繊維のうねりの測定方法
　　　2.1.3　繊維のうねりの測定結果
　　2.2　樹脂埋めした一本の炭素繊維
　　　2.2.1　樹脂の収縮による繊維のうねり
　　　2.2.2　樹脂中の繊維の圧縮特性
　3.　繊維の局所的なうねりの発生と力学特性への影響
　　3.1　オートクレーブ成形及びフィラメントワインディング成形
　　3.2　RTM　成形
第2節　CFRP成形時におけるボイド発生の影響と対策
　1.　ボイドの分類
　2.　マイクロボイドの発生メカニズム
　3.　マイクロボイド発生と樹脂流速
　4.　繊維材の異方性のボイドへの影響
　5.　ボイド発生の定量的評価手法
　6.　樹脂含浸モニタリングと樹脂流動制御
第3節　CFRP成形時における反り変形と対策
　1.　非対称積層平板の熱変形
　　1.1　なぜ熱変形が起こるか
　　1.2　古典積層理論が教えるもの
　　1.3　［0/90］型積層
　　1.4　［0/　θ］型積層
　2.　スプリングイン
　　2.1　スプリングインとは
　　2.2　スプリングインの力学
　3.　成形時の反りに対する対策はあるか
第4節　CFRP積層板の層間破壊と対策
　1.　層間剥離を発生させる要因
　　1.1　層間応力
　　1.2　局部的な曲げ変形による剥離
　　1.3　応力集中部と剥離
　　1.4　曲率を有する部分の曲げ
　　1.5　単層（ラミナ）の厚さと層間剥離
　　1.6　三次元的な構造の複合材料
　　1.7　熱応力
　2.　層間破壊を抑制する対策
　3.　層間の高靭化
　　3.1　母材や層間材料の高靭化
　　3.2　三次元強化構造
　　3.3　縫合
　　3.4　Zanchor　法
第4章　CFRP/CFRTPの接着・接合
第1節　CFRTPの溶着技術
　1.　溶着技術
　　1.1　溶着面の用意
　　1.2　加熱
　　1.3　加圧
　　1.4　分子間拡散
　　1.5　冷却
　2.　溶着技術の種類
　3.　連続繊維CFRTPへの適用事例
第2　節　金属同士または金属とCFRPを強固に接着する技術NAT（Nano　adhesion　tech.）の現況
　1.　はじめに射出接合技術があった
　2.　NAT理論
　　2.1　強い接合力の理由：NATでの破壊理論
　　2.2　接合力に関する著者考察
　　2.3　1　液性接着剤を使用する
　　2.4　「染み込まし処理」とその代替方法
　　2.5　含溶剤型1　液性エポキシ接着剤
　3.　NAT処理した金属合金の電顕写真
　　3.1　耐水性，耐湿熱性
　　3.2　NAT　接着物における接着力の耐久性
　4.　1液性エポキシ接着剤の改良
　5.　CFRP　とNAT
　　5.1　炭素繊維とマトリックス樹脂間の接着力
　6.　Al合金薄板材とCFRP　プリプレグの多層接着による交互積層板
　7.　金属合金材とCFRP　の接着：重要視点
　　7.1　線膨張率
　　7.2　接着剤層の疲労破壊
　8.　今後，NATでやるべきこと
第3節　CFRPと金属のレーザ直接接合
　1.　金属とプラスチックのレーザ直接接合法とその特徴
　2.　レーザによる金属とプラスチックの直接接合部の特徴と強度特性
　3.　金属とプラスチックのレーザ直接接合機構
　4.　CFRPと金属のレーザ直接接合
第5章　CFRPの加工技術
第1節　CFRPの切削・研削加工技術

　1.　CFRPの機械加工の実例
　2.　CFRPの切削加工
　　2.1　切削用工具
　　2.2　CFRP　専用工作機械
　　2.3　CFRP　の切削機構
　3.　CFRPの研削加工
　　3.1　砥石について
　　3.2　CFRP　の研削加工
　　3.3　研削加工の応用例
　4.　加工後のCFRP製品性状の評価
第2節　アブレイシブウォータージェットによる複合材料航空機構造体の加工
　1.　AWJによる加工
　　1.1　トリミング
　　　1.1.1　エンドエフェクター
　　　1.1.2　カッティングヘッド
　　1.2　AWJ加工の特性
　　1.3　トリミング加工の傾向および見解
　　1.4　形状加工
　　1.5　ドリル（穴あけ）
　2.　ハイブリッドウォータージェットシステム
第3節　CFRPの放電加工
　1.　CFRP放電加工の技術開発状況
　　1.1　放電加工の加工メカニズム
　　1.2　CFRP　の放電加工
　2.　CFRPのワイヤ放電加工
　　2.1　ワイヤ放電加工での加工状態
　　2.2　ワイヤ放電加工での加工面観察
　3.　CFRPの形彫り放電加工
　　3.1　形彫り放電加工での加工状態
　　3.2　形彫り放電加工での短絡パルス
　　3.3　CFRP放電加工における単パルス放電痕
　4.　CFRP放電加工のまとめ
第6章　CFRP/CFRTPの成形・加工事例
株式会社エーシーエム
　企業概要
　事業内容
　CFRP　成形/　加工技術の特徴
　CFRP　成形/　加工品の種類・特徴
　原料仕入れ先・納入先
ミズノテクニクス株式会社
　企業概要
　事業内容
　CFRP成形/加工技術の特徴
　CFRP成形/加工品の種類・特徴
　原料仕入れ先・納入先
サカイオーベックス株式会社
　企業概要
　事業内容
　複合部材開発グループ内容
　炭素繊維開繊加工
　炭素繊維開繊糸織物
　CFRTP成形用材料（セミプレグ，プリプレグ）
　原料仕入れ先・納入先
サンワトレーディング株式会社
　企業概要
　事業内容
　CFRTP成形/加工技術の特徴
　CFRTP成形/加工品の種類・特徴
　原料仕入れ先・納入先
第7章　CFRPのリサイクル技術
第1節　CFRPの亜臨界・超臨界流体法によるリサイクル技術
　1.　亜臨界・超臨界流体とは
　2.　亜臨界・超臨界流体を用いるCFRPのリサイクル
　　2.1　亜臨界・超臨界水を用いるCFRPのリサイクル
　　2.2　亜臨界・超臨界アルコールを用いるCFRPのリサイクル
　　2.3　その他の亜臨界・超臨界流体を用いるCFRPのリサイクル
第2節　CFRPの亜臨界流体法によるリサイクル技術
　1.　亜臨界流体による加溶媒分解反応
　　1.1　亜臨界流体の特性
　　1.2　亜臨界流体中でのプラスチックの解重合反応
　2.　繊維強化プラスチック（FRP）のリサイクル
　　2.1　炭素繊維強化プラスチック（CFRP）
　　　2.1.1　亜臨界ベンジルアルコールによるリサイクル法
　　2.2　ガラス繊維強化プラスチック（GFRP）
第3節　CFRPの常圧溶解法によるリサイクル技術
　1.　CFRPリサイクル技術
　2.　常圧溶解法
　　2.1　概要
　　2.2　CFRPの溶解処理
　　2.3　回収CFの不織布化
　　2.4　回収CF不織布の用途開発
　3.　CFRPリサイクルのLCA
　　3.1　方法
　　3.2　結果
第8章　CFRPの性能評価
第1節　CFRPのクリープ挙動
　1.　高分子材料の構造と粘弾性
　2.　時間－温度換算則
　3.　樹脂のクリープコンプライアンス
　4.　CFRP　のクリープコンプライアンス
第2節　CFRP積層構造のヘルスモニタリング・ライフサイクルモニタリング
　1.　CFRP　積層構造のヘルスモニタリングの必要性
　2.　日本の航空機CFRP　構造ヘルスモニタリングの現況
　　2.1　光ファイバセンサによる航空機構造衝撃損傷検知システム技術の開発
　　2.2　FBG/PZT　ハイブリッドシステムによる航空機構造の損傷モニタリング技術の開発
　　2.3　ライフサイクルを通じたストレインマッピングによる構造健全性診断技術の開発
　　2.4　光相関ブリリアン散乱計測法による航空機構造センシング技術の開発
　3.　CFRP　構造のライフサイクルモニタリング技術への拡張
　4.　ライフサイクルモニタリング技術のL　型CFRP　アングル材への適用
第3節　CFRPの界面強度の温度・時間依存性評価
　1.　序論
　　1.1　背景
　　1.2　複合材料の強度と界面強度の関係
　　1.3　これまでの界面強度評価方法
　　1.4　新しい界面強度評価手法
　2.　界面強度の時間依存性
　　2.1　試験方法
　　2.2　試験結果と破面観察結果
　　2.3　応力－ひずみ線図
　　2.4　時間依存クリティカルポイント応力
　　2.5　時間依存の界面強度
　3.　界面強度の温度・時間依存性
　　3.1　試験方法
　　3.2　実験結果と破面観察
　　3.3　粘弾性有限要素解析
　　3.4　温度・時間依存の界面強度
　4.　検討
　5.　結論
第4節　CFRPにおける高速衝突損傷評価
　1.　複合材料中の応力波伝播
　2.　複合材料の衝撃特性評価
　3.　複合材構造の衝撃特性評価
　4.　エンジンロータ・バーストに対する旅客機胴体の損傷許容評価
　　4.1　JAXA　での評価試験
　　4.2　試験結果と評価
　5.　高速衝撃のシミュレーション
　6.　超高速衝突のシミュレーション
第5節　CFRP構造の雷撃損傷と評価
　1.　日本における雷環境
　2.　雷保護に対する規格
　　2.1　風力発電ブレードに対する雷撃保護規格
　　2.2　航空機構造対する雷撃保護規格
　3.　複合材料構造の耐雷対策
　　3.1　風力発電ブレードに対する耐雷対策
　　3.2　航空機構造の被雷とその対策
　4.　雷撃試験設備と評価
　　4.1　風力発電ブレードの雷撃試験
　　4.2　航空機構造の雷撃試験
　5.　CFRP　の雷撃損傷
第9章　炭素繊維の圧縮破壊と繊維構造
　1.　単繊維軸方向圧縮試験
　2.　炭素繊維の軸方向圧縮強度と引張強度
　3.　炭素繊維の軸方向圧縮強度とボイドサイズ
　4.　炭素繊維強化複合材料の圧縮強度
　5.　炭素繊維の構造解析
第10章　CFRTPの高含浸技術
第1節　CFRTPにおける界面特性と含浸性技術
　1.　連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料作製のための繊維状中間材料
　2.　界面特性と含浸性の協調関係
　　2.1　界面特性
　　2.2　ぬれ性
　　2.3　含浸性
　3.　In-situ樹脂ハイブリッド複合材料
第2節　CFRTPの高含浸化技術
　1.　現場重合型熱可塑性樹脂
　　1.1　検討されている現場重合型熱可塑性樹脂
　　1.2　現場重合型熱可塑性樹脂の比較
　2.　熱可塑エポキシ樹脂
　　2.1　重合機構
　　2.2　現場重合型熱可塑エポキシ樹脂の重合
　　2.3　現場重合型熱可塑エポキシ樹脂の機械的強度の発現
　　2.4　熱可塑エポキシFRTPの機械的特性
　　2.5　熱可塑エポキシFRTPの再溶融性
　　2.6　熱可塑エポキシFRTPの耐薬品性
　3.　現場重合型ポリアミド（PA）6
　　3.1　重合機構
　　3.2　現場重合型PA6　のポリマーアロイ化