特性・成形性を向上させる樹脂・中間材料設計

プレス(スタンピング)成形の基本と最新成形法、切削接合、再利用技術まで

熱可塑性CFRPの普及・応用拡大に必要な技術が分かる一冊
過去〜近年の取り組みから今後の技術開発の方向性を探る！

編著者

福井大学　　　山根 正睦

著者

目次

第1章 熱可塑性CFRPの材料特性と普及に向けた研究開発の現状
　第1節 熱可塑性CFRPの材料特性と研究開発動向および今後求められる取り組み
　　1.熱可塑性FRPへの期待
　　2.熱可塑性FRPとは
　　　2.1 各種熱可塑性FRP基材
　　　2.2 熱可塑性FRPの加工技術
　　　2.3 熱可塑性FRPのリサイクル技術
　　3.今後求められる取り組みと研究開発動向
　　　3.1 熱可塑性FRPの研究開発事業動向
　　　3.2 熱可塑性FRPの研究開発拠点とその活動内容
　第2節 自動車部材としての熱可塑性CFRPへの期待と適用に向けた必要技術・検討項目
　　1. 熱可塑性CFRPへの期待とその背景
　　　1.1 自動車を取り巻く環境とエコカーへの取り組み
　　　1.2 エコカーと軽量化
　　　1.3 軽量材料CFRPの現状と課題
　　　1.4 熱可塑性CFRPへの期待
　　2. 熱可塑性CFRPの特徴
　　3. 熱可塑性CFRPの現状と技術課題
　　4. 熱可塑性CFRPの普及

第2章 熱可塑性CFRPの材料技術
　第1節 熱可塑性コンポジットの材料技術とその変遷
　　1. 熱可塑性コンポジットの分類
　　2. 熱可塑性コンポジットの開発の歴史
　　　2.1 従来のスタンパブルシート
　　　2.2 スタンパブルシートの製造方法
　　　　2.2.1 DRY法（溶融含浸方式）
　　　　2.2.2 WET法（抄紙方式）
　　　　2.2.3 新しい製造方法
　　　2.3 市販スタンパブルシート
　　　　2.3.1 国内のスタンパブルシートの変遷
　　　　2.3.2 市販スタンパブルシートの物性
　　　2.4 スタンパブルシートの用途開発
　　　2.5 連続繊維強化熱可塑性コンポジット
　第2節 CFRPにおける樹脂の含浸性改善
　　1. CFマットを用いたCFRTP
　　2. PPの高流動・高延性化
　　3. PPの無水マレイン酸修飾
　　4. PPへのナイロングラフト
　　5. 反応性可塑剤を用いたPPE
　　6. PP系CFRTPの成形加工
　　　6.1 CFRTP－PP－CFRTPサンドイッチ成形
　　　6.2 スタンピング成形
　第3節 高機能ポリアミド樹脂の熱可塑性CFRPへの適用と特性
　　1. 高機能ポリアミド樹脂
　　　1.1 グレード
　　　1.2 吸水率と吸水時物性
　　　1.3 ガスバリア性
　　　1.4 耐薬品性
　　2. 高機能ポリアミド樹脂の熱可塑性CFRPへの適用
　　　2.1 熱可塑性CFRPに適した原料形態
　　　2.2 熱可塑性CFRPの機械的特性
　　　2.3 熱可塑性CFRPの耐水性
　　　2.4 プリプレグの種類
　　　2.5 成形加工性
　　　2.6 樹脂の改質による繊維/樹脂界面の接着性向上と熱可塑性CFRPの性能向上
　　　2.7 高機能ポリアミド樹脂の不連続繊維強化材料
　第4節 リサイクル可能なアクリル系熱可塑性コンポジットの開発と特性
　　1. アクリル系熱可塑性コンポジットの製造方法
　　2. アクリル系熱可塑性コンポジットの物性
　　3. アクリル系熱可塑性コンポジットの用途展開
　　4. アクリル系熱可塑性コンポジットのリサイクル性
　第5節 炭素繊維への高含浸・高密着性を有する現場重合型熱可塑性樹脂の特性とFRTPへの応用
　　1. 現場重合型熱可塑性樹脂
　　　1.1 現場重合型熱可塑性樹脂の必要性
　　　1.2 検討されている現場重合型熱可塑性樹脂
　　　1.3 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
　第6節 開繊技術を用いた熱可塑性CFRP用中間材料の開発
　　1. 「開繊」と「開繊糸織物」について
　　　1.1 開繊
　　　1.2 開繊糸織物の種類と特徴
　　2. 開繊糸を用いた熱可塑性CFRP用中間材料
　　　2.1 プリプレグ
　　　2.2 セミプレグ
　　　2.3 プリプレグテープ
　　　2.4 開繊糸を用いた熱可塑性CFRPの曲げ強度
　　3. 開繊糸織物複合材料の力学特性について
　　　3.1 織物重量と強度の関係
　　　3.2 開繊によるき裂進展抑制効果
　　4. 開繊糸織物の表層への積層による効果
　第7節 連続繊維を用いた熱可塑性CFRPのための繊維状中間材料と引抜成形システムによるハイサイクル成形
　　1. 繊維状中間材料
　　2. 引抜成形を用いた連続成形加工技術
　　　2.1 システムの構成
　　　2.2 組物強化熱可塑性樹脂複合材料の引抜成形装置
　　3. 連続繊維と不連続繊維樹脂射出成形のハイブリッド成形
　第8節 高繊維体積含有率（高力学特性・高耐熱性）を実現できる
　　　　連続繊維強化熱可塑性プラスチックの溶液プリプレグ法の開発
　　1. 連続繊維強化型FRTPの溶液プリプレグ法
　　2. 溶液プリプレグ法によるFRTP成形の事例
　　　2.1 連続PBO繊維・炭素繊維（繊維の種類を変えた）強化FRTPの成形
　　　2.2 耐熱性が優れたエンジニアリングプラスチックを用いたFRTPの成形
　　　2.3 各種強化繊維と樹脂への適応
　第9節 工業用ミシンを用いた熱可塑性CFRP用複合糸とテキスタイルプリフォームの開発
　　1. 複合糸の開発
　　　1.1 作製方法
　　　1.2 複合糸の試作
　　　1.3 リサイクルへの応用
　　2. テキスタイルプリフォームの開発と企画設計
　　　2.1 織物プリフォームの試作と製織性
　　　2.2 編物プリフォームの試作
　　　2.3 組物プリフォームの試作と企画設計
　　3. テキスタイルプリフォームを用いた成形
　　　3.1 積層板の曲げ特性
　　　　3.1.1 テキスタイルプリフォームの前処理
　　　　3.1.2 三点曲げ試験試料
　　　　3.1.3 層間せん断試験試料
　　　　3.1.4 試験方法
　　　　3.1.5 試験結果
　　　3.2 成形品試作
　第10節 炭素繊維強化ペレットの開発と材料特性・用途事例
　　1. CF短繊維ペレット
　　2. CF長繊維ペレット
　　3. 代表的物性
　　4. CF強化ペレットの設計
　　　4.1 CF/PP樹脂界面
　　　4.2 CF/PPS樹脂界面
　　5. 今後の展開
　第11節 熱可塑性CFRP押出素材の材料特性・成形加工法
　　1. 熱可塑性CFRPからなる押出素材用の原料ペレットの開発
　　　1.1 熱可塑性CFRPの特徴（熱可塑性CFRPと熱硬化性CFRPの比較）
　　　1.2 熱可塑性CFRPの押出素材の製造プロセス
　　　1.3 コンパウンド工程
　　　1.4 押出成形の製造工程
　　　　1.4.1 シート
　　　　1.4.2 丸棒，ブロック
　　　　1.4.3 丸パイプ，角パイプ，「I」字
　　　　1.4.4 PPS樹脂/CF押出素材
　　　1.5 製品加工及びその用途
　　　　1.5.1 シート
　　　　1.5.2 丸棒，ブロック
　　　　1.5.3 丸パイプ，角パイプ，「I」字
　　2. 熱可塑性CFRP押出素材の特徴
　　　2.1 高強度
　　　2.2 軽量性
　　　2.3 既存の押出設備で対応可能
　　　2.4 素材の高速加工性及び大型化
　　　2.5 製品加工性
　　　　2.5.1 真空成形
　　　　2.5.2 スタンピング成形（プレス成形）
　　　　2.5.3 パンチング成形
　　　　2.5.4 サンドイッチ成形体
　　　　2.5.5 切削加工
　　　2.6 リサイクル性
　　　2.7 高い汎用性
　　3. 熱可塑性CFRP押出素材の位置づけ
　　4. 今後の展開
　　　4.1 用途拡大
　　　4.2 PPS樹脂系の熱可塑性CFRPの押出素材開発
　第12節 マイクロ波プロセスの熱可塑性CFRPへの応用
　　　　　?繊維/樹脂界面の分析，マトリックス樹脂の熱劣化抑制，成形?
　　1. 熱可塑性樹脂とは
　　2. 熱可塑性CFRPのマトリックス樹脂の評価と繊維/樹脂間の密着性評価
　　　2.1 局所熱分析による繊維/樹脂界面近傍の樹脂状態
　　　2.2 繊維/樹脂界面の密着性評価
　　3. マイクロ波プロセスの熱可塑性CFRPへの応用
　　　3.1 マイクロ波を用いた加熱
　　　3.2 マイクロ波加熱されたCFRPの消費エネルギー，加熱効率への炭素繊維長の影響
　　　3.3 マトリックスの熱伝導率が熱可塑性CFRP に与える効果
　　　3.4 マイクロ波プロセスでの熱可塑性CFRP成形の可能性

第3章 熱可塑性CFRPの成形加工技術
　第1節 熱可塑性コンポジットの成形技術
　　1. スタンピング成形とは
　　2. スタンピング成形条件
　　　2.1 ブランクの加熱温度
　　　2.2 金型温度
　　　2.3 成形圧力
　　　2.4 加圧保持（ホールド）時間
　　　2.5 プレス機の各種スピード設定
　　　2.6 チャージパターン
　　3. スタンピング成形設備
　　　3.1 ブランキング用材料切断機
　　　3.2 材料加熱ヒーター
　　　3.3 プレス成形機
　　　3.4 金型および金型温調機
　　　3.5 仕上げ装置（バリ取り，孔加工）
　　4. 連続繊維強化型材料のスタンピング成形
　　5. プレス成形応用技術
　　　5.1 金属インサート
　　　5.2 ハイブリッド成形
　　　5.3 フィルム一体成形
　　　5.4 サンドイッチ構造
　　6. その他の成形技術
　　　6.1 FW成形
　　　6.2 テーププレースメント
　　　6.3 プリプレグテープ加熱装置
　第2節 連続繊維熱可塑性CFRP・GFRPとハイブリッド成形
　　1. 連続繊維強化熱可塑性複合材料
　　　1.1 製造方法
　　　1.2 種類
　　　1.3 連続繊維と樹脂の組み合わせ
　　2. 連続繊維強化熱可塑性複合材料の利点
　　3. PA6/炭素繊維とPA6/ガラス繊維の機械特性と価格の比較
　　4. 成形方法
　　　4.1 プレス成形
　　　4.2 ヒーターの選定
　　　4.3 ハイブリッド成形
　　　4.4 国内のハイブリッド成形状況
　　　4.5 ダイヤフラム成形（圧空成形）
　　5. 新たな材料技術
　　　5.1 疑似等方性材料
　　　5.2 LFT-Dとのサンドイッチ構造化技術
　　　5.3 PPハニカムとのサンドイッチ構造化技術
　第3節 熱可塑性CFRP用ハイブリッド成形機及び自動マテハン技術の開発
　　1. ハイブリッド成形の概要と特徴
　　　1.1 ワンステップで，複雑形状品の成形が可能
　　　1.2 高価なプリプレグ材の最小使用により成形品コスト低減が可能
　　　1.3 射出成形並みの成形サイクル
　　　1.4 成形品物性値の改善・外観の改良
　　2. ハイブリッド成形装置
　　　2.1 装置の構成
　　　2.2 装置仕様の選定
　　　2.3 装置に求められる要素
　　3. 縦型プレス機の優位性
　　4. 基材加熱，自動高速マテハン技術
　　　4.1 熱に敏感な熱可塑性CFRP基材の扱い
　　　4.2 マテハン装置の工夫
　　　4.3 自動化対応
　　5. 今後の課題
　第4節 ハイブリッド成形技術開発の取り組み
　　1. ハイブリッド成形とは
　　　1.1 横型インジェクションハイブリッド成形
　　　1.2 縦型プレスインジェクションハイブリッド成形
　　　1.3 縦型プレスインジェクションハイブリッド成形の工程
　　2. ハイブリッド成形のメリット
　　3. 成形品設計の例
　　4. 縦型プレスインジェクションハイブリッド成形の設備
　　　4.1 成形設備の特徴とメリット・デメリット
　　5. 今後の課題
　第5節 通電抵抗加熱金型を用いた熱可塑性CFRPの短時間プレス成形技術
　　1. 通電抵抗加熱金型による熱可塑性CFRPの成形
　　　1.1 TAM成形法について
　　　1.2 通電抵抗加熱金型の原理
　　　1.3 TAM成形システムの構成
　　2. TAM成形法による熱可塑性CFRPの成形
　　　2.1 フィルムスタッキング法
　　　2.2 UDテープの積層
　　　2.3 その他の成形材料
　　3. TAM成形法による熱可塑性CFRPの成形工程
　　4. 長繊維射出成形
　　5. 熱可塑性CFRPの複合成形
　　6. TAM成形法のマグネシウム合金の塑性加工への応用
　　7. 浜松地域CFRP事業化研究会の活動
　第6節 LFT-D工法による成形技術
　　1. LFTの開発経緯
　　2. LFTの直接成形（LFT-D）
　　　2.1 LFT-Dプレス成形
　　　2.2 LFT-D射出成形
　　　2.3 その他の方法
　第7節 熱可塑性CFRPのプレス成形工程における予備加熱技術
　　1. 輻射加熱の原理と特長
　　2. 赤外線ヒーターの種類
　　3. 赤外線ヒーターの注意ポイント
　　　3.1 光源温度のファクター
　　　3.2 ヒーターの対流損失のファクター
　　　3.3 赤外線吸収率と透過率のファクター
　　　3.4 照射効率のファクター
　　　3.5 立ち上がり性能のファクター
　　4. 熱硬化性CFRP（CFRTS）での応用
　　5. 熱可塑性CFRP（CFRTP）への応用
　　　5.1 急速加熱には強いヒーターが必要である
　　　5.2 赤外線の波長は透過性で選ぶ
　　　5.3 省エネには動きの速いヒーターが必須
　　　5.4 両面加熱とステップ加熱
　　　5.5 風を利用する，排気は必須
　　　5.6 面内均熱について
　　　5.7 加熱が難しいプリプレグ
　第8節 熱可塑性CFRPの切削・接合技術?熱硬化性CFRPとの比較を交えて?
　　1. CFRPの種類と成形加工方法
　　　1.1 熱硬化性CFRPの成形加工方法
　　　1.2 熱可塑性CFRPの成形加工方法
　　2. CFRPの機械加工方法
　　　2.1 切断加工
　　　　2.1.1 熱硬化性CFRPの場合
　　　　2.1.2 熱可塑性CFRPの場合
　　　2.2 ドリル加工
　　　　2.2.1 熱硬化性CFRPと熱可塑性CFRPの共通事項
　　　　2.2.2 熱可塑性CFRPの場合
　　　2.3 AWJ（Abrasive Water Jet）加工
　　　2.4 レーザ加工
　　　　2.4.1 熱硬化性CFRPと熱可塑性CFRPの共通事項
　　　　2.4.2 熱可塑性CFRPの場合
　　　2.5 EDM加工（放電加工）
　　　2.6 ブラスト加工
　　　2.7 各加工法のまとめ
　　3. CFRP部品の接合技術
　　　3.1 ファスニング技術
　　　3.2 一般の接着技術
　　　3.3 熱可塑性CFRPの各種接合技術
　　　3.4 設計による部品一体化技術
　　4. まとめと今後の課題
　第9節 ウォータージェットによる切削加工技術
　　1. ウォータージェット加工システム
　　2. 機器・機能
　　　2.1 超高圧発生装置
　　　2.2 アブレシブヘッド
　　　2.3 AC5軸ヘッド
　　　2.4 スピンドルヘッド
　　　2.5 水中噴射対応研磨材供給ユニット
　　　2.6 研磨材回収装置
　　　2.7 NC装置
　　　2.8 テーパー補正機能
　　　　2.8.1 二次元テーパー補正
　　　　2.8.2 三次元テーパー補正
　　　2.9 加工先端点自動調整ユニット
　　　2.10 スタンドオフ距離計測センサ
　　3. 加工事例
　　4. 新技術紹介
　第10節 レーザによるCFRPの二次加工技術
　　1. レーザ切断の種類と特性
　　2. CFRPのレーザ加工
　　　2.1 ファイバーレーザによる加工
　　　2.2 超短パルスレーザを用いたレーザアブレーション切断
　　　　2.2.1 ナノ秒パルスレーザによるCFRP加工
　　　　2.2.2 ピコ秒及びフェムト秒パルスレーザによる加工
　　3. CFRPのレーザ接合
　　　3.1 CFRPのモザイク継手（突合せ継手）のレーザ加工

第4章 リサイクル技術
　第1節 熱可塑性CFRPのマテリアルリサイクル
　　1. 熱可塑性CFRPのマテリアルリサイクルフロー
　　2. 熱可塑性CFRPの破砕・粉砕処理
　　3. 熱可塑性CFRP再生板のプレス成形
　　4. 熱可塑性CFRP破砕片のダイレクト押出成形
　　5. 熱可塑性CFRPの再生ペレット製造
　　6. 未使用材と再生ペレットのハイブリッド成形
　第2節 熱硬化性CFRPのリサイクル
　〔1〕 電解酸化法によるリサイクル技術とビジネスモデル
　　　1. CFRPとその用途
　　　2. CFRPリサイクルの必要性
　　　3. リサイクル技術の現状
　　　　3.1 廃材の排出状況
　　　　3.2 リサイクル技術の分類
　　　　3.3 リサイクル技術の開発動向
　　　4. 電解酸化プロセス
　　　5. リサイクルビジネスモデル
　〔2〕 亜臨界・超臨界流体法によるCFRPのリサイクル技術
　　　1. 亜臨界・超臨界流体とは
　　　2. 熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂としたCFRPのリサイクル
　　　3. 熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂としたCFRPのリサイクル
　　　　3.1 亜臨界・超臨界水によるCFRPのリサイクル
　　　　3.2 亜臨界・超臨界メタノールによるCFRPのリサイクル
　　　　3.3 その他の亜臨界・超臨界流体を用いるCFRPのリサイクル
　〔3〕 炭素繊維のリサイクルおよび再生炭素繊維の利用に必要な視点
　　　1. リサイクルの必要性
　　　2. 廃棄CFRPからの炭素繊維の回収
　　　　2.1 多様な炭素繊維関連廃材
　　　　2.2 廃棄CFRPおよび廃棄プリプレグからの再生炭素繊維回収方法
　　　3. 強い再生炭素繊維が必要か？
　　　4. 再生炭素繊維の実際と用途
　　　5. 安価な炭素繊維回収法
　　　6. 割り切りの再生炭素繊維
　　　7. コスト削減と今後の課題
　　　8. もう一つの炭素繊維回収法
　　　9. CFRP廃材や炭素繊維端材を埋め立てることなく有効に活用するために