炭素繊維 複合材料 書籍
 
No.1581
 
 
 

★ “炭素繊維”⇔“マトリックス”の界面特性(ぬれ性・接着性)をどのように制御するのか?
★ 過酷な環境下での数十年の長期信頼性が求められる!⇒再現性のある加速試験方法は?

【熱可塑性樹脂を中心とした】

CFRP(炭素繊維強化プラスチック)

樹脂含浸性向上と信頼性評価

−繊維のぬれ性制御、界面接着性の改善、成形トラブル対策、破壊特性、寿命予測−

発 刊 2010年12月28日   体 裁 B5判450頁(上製本)   定 価 85,000(税抜)
※書籍絶版 オンデマンド版 30,000円(税抜)   (上製本ではありません)

 
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■ 本書のポイント 

◎炭素繊維表面の濡れ性を向上させるには?
  「PAN系」「ピッチ系」各炭素繊維の特徴を把握し活用するには?
  炭素繊維の表面処理レベルを高めると引張強度は低下する?
  「接着強度」を制御するための'表面処理' 'サイジング処理' 技術!
  層間強度を向上させる重要なポイント ⇒ 『炭素繊維の三次元織物技術』

◎「繊維‐樹脂」の最適な選定・組み合わせは?
  各種マトリックス樹脂の流動特性と改善テクニック!
  技術革新が起きつつある「CF長繊維複合材料」の今後の展開は?
  良好な成形性・加工性を有する『新規マトリックス樹脂』の開発!

◎繊維束が大きい炭素繊維への含浸性を上げるには?
  繊維と熱可塑性樹脂の含浸にはどのような方法があるのか?
  プリプレグの「取り扱い性」「加工性」を改善するポイントは?
  炭素繊維束を、「連続して幅広く」「薄い状態」にする 開繊テクニック!

◎繊維長(短、長、連続)にマッチした成形方法は?
  各種複合材製造法の優劣評価・比較による最適手法の把握を!
  成形時に発生する「繊維うねり」の発生メカニズムの解明と対応策!

◎二次加工における現場の問題点とは?
  CFRPと異種材料の接着技術(表面処理、接着剤の選定)と強度評価法!
  CFRPへの高精度な穴あけ加工を実現する手法の詳解!
  CFRPの切削条件・工具の最適選定!切削における工具摩耗機構とは?

◎どのように破壊するのか?破壊を制御するには?
  CFRPの構成要素(繊維、マトリックス、界面)と破壊の相関性は?
  繊維の断面・表面、繊維と樹脂の界面を観察し、破壊原因を解明する!
  CFRP材の層間剥離の発生要因と破壊靱性の向上技術!
  マトリックス樹脂の粘弾性コントロールとCFRPの破壊強度向上技術!
  落下試験では分からない、高速移動体衝突によるCFRPの損傷挙動の解明!

◎耐候性試験と寿命予測は?
  屋外曝露における環境(地域)の差で試験結果に影響が出るのか?
  数十年の屋外暴露に相当する加速試験期間とは?
  紫外線でマトリックス樹脂は劣化しないのか?
  CFRPと樹脂の界面や樹脂の物性はどれくらいで変化するのか?

◎工業的に実用化できるリサイクル技術とは?

■ 執筆者(敬称略)

東レ(株)
日本グラファイトファイバー(株)
(株)豊田自動織機
(独)物質・材料研究機構
東レ(株)
AGCマテックス(株)
前田技術事務所
ナガセケムテックス(株)
京都工芸繊維大学
福井県工業技術センター
Rudy Composite Engineering
東京工業大学
東京理科大学
富山県立大学
名城大学
中部大学,名城大学
遠藤 真
荒井 豊
神谷 隆太
内藤 公喜
田中 剛
田澤 仁
前田 豊
西田 裕文
仲井 朝美
川邊 和正
西山 茂
轟 章
福田 博
真田 和昭
榎本 和城
鈴木 靖昭
(株)スギノマシン
熊本大学
東海大学
東海大学
(株)東洋精機製作所
岡山理科大学
金沢工業大学
(独)宇宙航空研究開発機構
愛媛大学
静岡大学
名古屋大学
名古屋大学
(株)島津製作所
日本大学
(独)土木研究所
日立化成工業(株)
寺崎 尚嗣
坂本 重彦
西 義武
武井 廣明
町田 孝久
横山 隆
中田 政之
石川 隆司
黄木 景二
矢代 茂樹
田邊 靖博
山田 昌義
草野 英昭
邉 吾一
西崎 到
柴田 勝司

■ 目  次

第1章 炭素繊維の特性と表面処理・織物技術

第1節 PAN系炭素繊維の製法と表面処理技術
1.炭素繊維の表面構造
2.炭素繊維の表面処理技術
3.表面改質
   3.1 表面官能基の生成
   3.2 表面黒鉛結晶の改質
4.炭素繊維表面と複合材料特性
5.熱可塑性樹脂との界面

第2節 ピッチ系炭素繊維の製法と高機能化
1.ピッチ系炭素繊維の製造
   1.1 ピッチ改質
   1.2 紡糸
   1.3 不融化
   1.4 炭化、黒鉛化、表面処理
2.ピッチ系炭素繊維の構造と特性
3.ピッチ系炭素繊維の高性能化
   3.1 メソフェーズピッチ系炭素繊維の高性能化
   3.2 低弾性率ピッチ炭素繊維

第3節 炭素繊維を用いた三次元織物技術
1.三次元織物の概要
2.三次元織物技術の研究開発動向
   2.1 織物技術(Weaving)による三次元化
   2.2 組物技術(Braiding)による三次元化
   2.3 編物技術(Knitting)による三次元化
   2.4 縫合技術(Stitching)による三次元化
3.三次元織物技術の特徴と今後の展望
   3.1 力学的特性
   3.2 製造工程
   3.3 今後の展望

第4節 連続炭素繊維の破壊挙動
1.引張特性
   1.1 材料
   1.2 試験の準備
   1.3 引張試験
   1.4 実験結果
   1.5 引張特性のまとめ
2.三点曲げ特性
   2.1 材料
   2.2 試験の準備
   2.3 三点曲げ試験
   2.4 実験結果
   2.5 三点曲げ特性のまとめ

 
第2章 マトリックス樹脂の流動性と目的に応じた選び方

第1節 マトリックス樹脂の流動性改良と粘度測定技術
1.含浸
2.流動性から見た熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の違い
3.粘度
   3.1 粘度とは
   3.2 粘度の温度依存性
4.粘度の測定方法
   4.1 不飽和ポリエステル樹脂の粘度測定方法
   4.2 エポキシ樹脂の粘度測定方法
   4.3 熱可塑性樹脂の流動性測定方法
5.複合材料用マトリックス樹脂の粘度特性
   5.1 ビニルエステル樹脂の粘度特性
   5.2 エポキシ樹脂
   5.3 熱可塑性樹脂の溶融粘度

第2節 CFRPにおける繊維と樹脂の選び方、組み合わせ方
1.繊維の種類と性質
2.炭素繊維の製品形態
3.炭素繊維の表面処理
4.マトリックスの種類と性質
5.炭素繊維と樹脂の選択

第3節 CFRTPにおける熱可塑性樹脂の選び方、使い方
1.CF短繊維熱可塑性樹脂(CFRTP)コンパウンド
   1.1 CFRTPコンパウンド(ペレット)の種類
   1.2 CFRTP成形品の特徴
   1.3 CFRTPの種類と用途
2.CF長繊維複合材料
   2.1 長繊維LCFTPの研究開発状況
   2.2 LCFTPの製造技術および製品の性能、特徴
3.CF連続繊維・熱可塑性樹脂複合材料
   3.1 炭素連続繊維・熱可塑性樹脂複合材料が注目される背景
   3.2 熱可塑性樹脂の分類と用途
   3.3 熱可塑性樹脂プリプレグ

第4節 現場重合型熱可塑性樹脂を用いたFRTPの開発
1.エポキシ樹脂の熱可塑化
   1.1 熱可塑エポキシ樹脂の材料設計
   1.2 現場重合型熱可塑エポキシ樹脂の重合
   1.3 現場重合型熱可塑エポキシ樹脂の機械的強度の発現
   1.4 現場重合型熱可塑エポキシ樹脂のTg制御
2.現場重合型熱可塑エポキシ樹脂をマトリックスとするFRTPの特性
   2.1 熱可塑エポキシFRTPの機械的特性
   2.2 熱可塑エポキシFRTPの再溶融性
   2.3 熱可塑エポキシFRTPの耐薬品

 
第3章 炭素繊維への樹脂含浸性改善技術

第1節 繊維樹脂複合化法、中間材の含浸法  
1.CFと熱硬化性マトリックス樹脂の複合化技術
   1.1 プリプレグ
   1.2 プリミックス
2.繊維と熱可塑性樹脂複合化技術
   2.1 熱可塑性樹脂中間材形成の含浸方法
   2.2 CF熱可塑性樹脂複合材料中間材の特徴
   2.3 CF連続繊維・熱可塑性樹脂複合材料中間材の開発例
3.CF・熱可塑性樹脂複合材料中間材の先端技術
   3.1 LFTの製造技術
   3.1 混練技術
   3.1 LFTの混練−インジェクション成形
   3.1 製造方法とLFTの性能・特徴の関連

第2節 CFRPにおける炭素繊維と熱可塑性樹脂との含浸性改善
1.連続繊維強化熱可塑性複合材料作製のための中間材料
   1.1 様々な中間材料
   1.2 繊維状中間材料
2.界面特性と含浸性
   2.1 界面特性
   2.2 含浸特性

第3節 開繊技術による薄層プリプレグシートの成形技術
1.開繊糸シートの成形技術
2.熱硬化性樹脂による薄層プリプレグシートの成形技術
3.熱可塑性樹脂による薄層プリプレグシートの成形技術
4.薄層プリプレグシートによる擬似等方積層板の力学的特性
   4.1 実験方法
   4.2 結果および考察

第4節 炭素繊維束へのポリイミド含浸性と引張強度
1.炭素繊維束へのポリイミドの含浸性
   1.1 材料
   1.2 単繊維へのポリイミドコーティング
   1.3 繊維束へのポリイミド含浸
   1.4 実験結果
   1.5 考察
   1.6 ポリイミド含浸性のまとめ
2.ポリイミド含浸炭素繊維束の引張強度
   2.1 材料
   2.2 試験の準備
   2.3 引張試験
   2.4 実験結果および考察
   2.5 炭素繊維束の引張強度のまとめ

 
第4章 CFRPの成形加工技術と成形時のトラブル対策

第1節 CFRPの各種成形方法の特徴と材料設計
1.成形方法の種類
2.成形方法の選択
3.材料設計

第2節 熱硬化性CFRPの成形加工技術
1.プリプレグ/オートクレーブ成形技術
   1.1 プリプレグ材料
   1.2 オートクレーブ成形プロセス
   1.3 脱オートクレーブ成形プロセス
2.リキッドレジン成形技術
   2.1 RTM(Resin Transfer Molding)プロセス
   2.2 RFI(Resin Film Infusion)プロセス
   2.3 VaRTM(Vacuum assisted Resin Transfer Molding)プロセス

第3節 熱可塑性CFRPの成形加工技術
1.CFRTP(短繊維・熱可塑性樹脂複合材料)の成形加工法
   1.1 Short Carbon Fiberを用いた成形材料
2.CF連続繊維・熱可塑性樹脂複合材の成形加工法
   2.1 熱可塑性樹脂プリプレグを用いた成形法
   2.2 熱可塑性樹脂プリプレグ成形と他の複合材製造方法との比較検討
3.熱可塑性樹脂のプリプレグ成形法の詳細
   3.1 熱可塑性樹脂プリプレグによる成形工程
   3.2 熱可塑性樹脂系プリプレグの技術進化例

第4節 複合材料成形時における繊維うねり発生メカニズムと対策
1.繊維うねり発生メカニズムの解明
   1.1 モデル化の仮定
   1.2 初期たわみ座屈モデル
   1.3 温度・硬化度依存性の測定
   1.4 解析結果と実験結果の比較
2.繊維うねり発生メカニズムのFW成形による実証
3.繊維うねり発生の防止

第5節 複合材料成形時の熱変形挙動の解析・評価
1.熱変形
2.積層板の熱変形
3.[0/90]型積層
4.[0/θ]型積層
5.曲面型上での成形
6.古典積層理論が実現する場合

第6節 カーボンナノチューブのポリマーへの最適分散技術
1. カーボンナノチューブの特徴
   1.1 構造・形態
   1.2 物性
   1.3 合成方法
   1.4 安全性
2.カーボンナノチューブの分散方法
3.カーボンナノチューブの表面処理方法

第7節 カーボンナノチューブを添加した熱可塑性樹脂複合材料の成形と熱伝導特性
1.熱可塑性樹脂基CNT強化複合材料の基本的な作製・成形方法
2.熱可塑性樹脂基CNT強化複合材料の熱伝導特性
   2.1 複合材料の作製と試験片の成形
   2.2 試験片中のCNF長さとCNFの配向状態
   2.3 レーザーフラッシュ法による熱可塑性樹脂基CNF複合材料の熱伝導率測定
   2.4 熱伝導率の予測値と実験値の比較

 
第5章 CFRPの二次加工技術と接合時のトラブル対策

第1節 走査型プローブ顕微鏡によるセパレータ表面の高分解能観察
      −微細繊維の絡み合い構造の確認−


第2節 加熱したリチウムイオン電池から取り出したセパレータの観察
      −熱損傷によるムラの観察−


第3節 加熱によるセパレータ表面のミクロポア構造の変化
      −加熱によるミクロポア構造消失−


第4節 電池の外部短絡試験前後のセパレータ形態変化の比較観察
      −シャットダウン機能の確認−

 
第6章 CFRPの二次加工技術と接合時のトラブル対策

第1節 CFRP等の各種試験機・測定機の選び方、使い方
1. 高分子材料の性質について再考
   1.1 樹脂の熱の伝わりかた
   1.2 樹脂の高粘性
   1.3 樹脂の分子量の大きさと構造の複雑さ
2.レーザスペックルを用いた試験機について
   2.1 レーザスペックルパターンとは
3.加工特性を調べる試験機について
   3.1 レーザスペックルを用いて樹脂の硬化状態を計る装置
   3.2 レーザスペックルを用いて試料のひずみを計る装置
   3.3 樹脂の流動特性を調べる試験機
4.材料の機械特性を調べる試験機
   4.1 衝撃力を調べる装置
5.焼却について
   5.1 コーンカロリーメータ
   5.2 D型キャンドル燃焼試験機

第2節 FRPの衝撃特性の評価方法
1.複合材料の分類
2.ホプキンソン棒法による衝撃試験
   2.1 衝撃圧縮試験
   2.2 衝撃引張り試験
   2.3 衝撃せん断試験

第3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
   2.1 アレニウス型
   2.2 W.L.F.型
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4節 CFRPの層間剥離の発生機構と対策
1.線形破壊力学の要点の復習
2.積層板に面内力が作用して剥離が発生する場合
3.層間剥離を抑制ないし抑止する対策

第5節 CFRP積層板の破壊と破面解析
1.一方向積層板
   1.1 引張破壊
   1.2 圧縮破壊
   1.3 せん断破壊および混合モード破壊
   1.4 疲労破壊
2.クロスプライ積層板
   2.1 静的負荷(平滑材)
   2.2 繰返し負荷(平滑材)
   2.3 面外衝撃負荷(平滑材)
   2.4 静的引張負荷(有孔材)
   2.5 繰返し負荷(有孔材)
   2.6 圧縮負荷(有孔材・面外衝撃材)

第6節 飛翔体との衝突に伴うCFRPの破壊挙動
1.衝撃実験の概要
2.飛翔体の影響
3.CFRPの特性の影響
   3.1 実験条件
   3.2 吸収エネルギー
   3.3 CFRPの損傷

第7節 CFRPの破壊挙動の高速度撮影技術
1.供試体及び試験方法
   1.1 供試体
   1.2 試験方法
   1.3 高速度撮影
2.CFRP 0度UD材静的引張破壊現象の高速度撮影
   2.1 破壊現象時間の計測
   2.2 亀裂進展の観察
   2.3 引張試験での破壊の多様化

 
第7章 CFRPの耐候性試験と寿命予測

第1節 CFRPの耐候性加速暴露試験と屋外暴露試験の相関性
1.耐候性試験方法
   1.1 試験板
   1.2 加速暴露試験
   1.3 屋外暴露試験
   1.4 各種評価試験
2.試験結果
   2.1 CFRP試験片の場合
   2.2 エポキシ樹脂試験片の場合
3.耐候性強度と暴露期間の関係の予測式
4.予測式と実験結果の比較・検討

第2節 屋外で使用するFRPの耐候性試験、寿命予測
1.連続繊維シート補強材の屋外暴露試験による耐候性評価
   1.1 連続繊維シート補強材
   1.2 評価試験方法
   1.3 評価試験結果
   1.4 寿命に関する考察

 
第8章 CFRPの二次加工技術と接合時のトラブル対策
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

 

リチウム 電池