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あいち産業科学技術総合センターの CFRPに関する取り組みについて
三河繊維技術センター

記事更新日.16.09

あいち産業科学技術総合センター 
■問合せ先
〒443-0013 蒲郡市大塚町伊賀久保109
TEL:0533-59-7146  FAX:0533-59-7176
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1. はじめに

炭素繊維強化プラスチック(CFRP)は、比弾性率・強度の高さなどの優れた力学特性から、スポーツ用品、航空機、自動車などの軽量かつ高強度を求める分野を中心に用途拡大が進んでいます。愛知県におきましても、平成23〜27年度の5年間にわたって、(公財)科学技術交流財団で実施した「知の拠点あいち重点研究プロジェクト」において、「次世代産業用CFRP構造部材創成技術の開発」に取り組んできました。今回は、このプロジェクトの研究成果および導入した主な機器について紹介します。


2. 「知の拠点あいち重点研究プロジェクト」の研究成果

本プロジェクトでは、「低環境負荷型次世代ナノ・マイクロ加工技術の開発」の一環として、「次世代産業用CFRP構造部材創成技術の開発」に取り組んできました。具体的には、鉄鋼部材をほぼ同一サイズで代替できるCFRP部材の開発を目的として、切削工具用ツールホルダー、ロボットアームの部材をターゲットに取り組みました。

目的達成のため、弾性率の高いピッチ系炭素繊維を選択し、成形品の形状および成形の多様性を考慮して、フィラメントワインディングとVaRTM(真空樹脂含浸成形法)を用いて成形しました。炭素繊維積層条件の検討、樹脂の流動性の改善、切削加工方法の検討、表面処理(めっき等)の改善などの研究を重ね、ツールホルダーは従来品と比べ50%以上軽量化しました(図1)。ロボットアーム部材は、鋳鉄製の現行品と比べ約30%軽量化しました(図2)。


また、このプロジェクトでは、CFRPの原料コストの低減および、今後顕在化するCFRP廃棄物問題への対策として、CFRP廃材からの炭素繊維の回収および、回収した炭素繊維を用いたCFRP成形技術の開発にも取り組みました。炭素繊維の回収は、加熱水蒸気法を用いた方法で研究を進め、バッチ式および連続式の処理を通じてCFRP廃材からのリサイクルによる炭素繊維製造コストの半減、CFRP成形加工コストの半減を目標に取り組みました。

回収した炭素繊維は、織物形状のまま再度CFRP板として再利用したり、繊維として組紐形状に加工したり、不織布やペレットといった中間材料に加工することができました(図3)。


3.あいち産業科学技術総合センターに導入した機器の紹介

愛知県では、「知の拠点あいち重点研究プロジェクト」の参加企業の事業化支援および、プロジェクト成果の地域企業への技術移転を目的として、平成28年4月より産業技術センターに「重点プロジェクトP1成果活用プラザ」、三河繊維技術センターに「成果活用プラザサテライト」をそれぞれ設置しました。本プロジェクトを通じて、あいち産業科学技術総合センター等に導入した機器の一部を紹介します。

●複合材界面特性評価装置(マイクロドロップレット装置)(図4)
設置場所:三河繊維技術センター

炭素繊維などの単繊維に樹脂粒(ドロップレット)を付着させ、ドロップレットが繊維から剥がれる際の荷重から、界面せん断強度が得られ、樹脂と繊維の界面の接着強さを評価できます。

●2軸混練加工機(図5)  
設置場所:三河繊維技術センター

プラスチック原料に添加剤や充填剤を混ぜ、中間材料であるペレットを製造する装置です。添加剤等を均一に混ぜ合わせるためにスクリュー軸を2本備えています。

●フィラメントワインダー(図6)  
設置場所:知の拠点あいち

炭素繊維やガラス繊維を、角度、層数など様々な条件で巻いて成形する装置です。 ゴルフシャフト、テニスラケット、燃料電池車の圧力容器(タンク)などの製造に利用されています。

●真空樹脂含浸製造装置(VaRTM)(図7)
設置場所:知の拠点あいち

炭素繊維を配置し、薄いフィルムで覆い密閉して型をつくり、内部の空気を真空ポンプで抜いて真空状態にし、圧力を制御しながら型内に樹脂を流し込んで含浸させる装置です。

●ウォータージェット加工機(図8)
設置場所:知の拠点あいち

超高圧水を試料の表面に細いノズルから高速で連続的に噴射して加工します。
CFRPや金属に穴を開けたり切断したりすることができます。

重点プロジェクトP1成果活用プラザおよび、サテライトでは、重点研究プロジェクトの成果紹介および導入した各種機器を設置して、CFRPに関する事業化、取り組みに対する相談、加工試験、関連機器の貸付などに対応しています。また、プロジェクトで蓄積された人的ネットワークの維持や発展研究のための研究会の開催、CFRPの成形実習等も予定しています。ぜひご利用ください。

参考
公益財団法人科学技術交流財団 「知の拠点あいち」重点研究プロジェクト事業
http://www.astf-kha.jp/project/project1/

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財団法人あいち産業振興機構