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熱可塑性CFRP 技術集  
―材料・成形・加工・リサイクル―  
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  
[コードNo.15STM021]

■体裁/ B5判上製本 384ページ
■発行/ 2015年11月 25日 サイエンス&テクノロジー(株)
■定価/ 64,800円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-86428-129-4
 
■自動車部材適用のために解決すべきこととは
 ―技術的、コスト、LCAの観点から課題を理解する
■マトリックス樹脂が複合材の特性に与える影響とは
 ―繊維への含浸や接着性、力学的特性、成形性等、複合材の特性を高める樹脂設計例
■中間材料の開発・製品化の経緯と動向
 ―開発の歴史から見る設計思想と近年の短〜連続繊維強化中間材料の開発・製品化例と特性・成形法
■どのような成形・加工技術が必要なのか
 ―基本となるプレス・スタンピング成形の成形条件・装置等の基礎から、ハイブリッド成形・H&C成形等
新技術動向・成形事例を解説。二次加工では、熱硬化性CFRPとの違いも含めた切削・接合技術を解説
■熱可塑性CFRP・炭素繊維はどのようにリサイクルするのか
 ―再利用の為の処理と得られた成形品の特性、熱硬化性CFRPからの繊維回収技術と再生繊維利用の考え方も解説

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!


書籍趣旨

 熱可塑性CFRPは軽量・高強度かつ成形サイクルの早さとリサイクル性を有する材料として大きな関心を集めています。
しかしまだ開発途上にあり、種々の課題を解決するための技術情報が求められています。
 本書では、自動車部材適用に必要な検討事項から、材料・成形・加工・再利用までの一連の技術を解説しています。
 材料技術ではその礎である熱可塑性コンポジット技術の全体像と近年の優れた開発事例を示しその設計思想を解説し、成形・加工技術では、プレス・スタンピング成形の基礎から、ハイブリッド成形・H&C成形等の新技術開発と成形事例、切断・穴あけ・接合等の二次加工について解説しています。
 また、リサイクル技術では、熱可塑性CFRPの再利用工程の検討事例に加え、再生繊維の熱可塑性CFRPへの応用の観点から、熱硬化性CFRPからの繊維取り出し技術と再利用の実際に関する考察も掲載しています。
 随所に先行する欧州の実用化研究の現状も説明され、その先進的な取り組みを知ることで、今後の開発指針を得ることも可能になっており、熱可塑性CFRPの周辺技術および適用製品開発に取り組まれる技術者の皆様にお役立て頂きたいとの思いで発刊を迎える一冊です。

 本書の発刊は、執筆者の皆様のご理解とご協力のおかげでございます。ここに感謝の意を表します。

(書籍企画担当者)

著者

■編著者
山根正睦福井大学
■著者
鵜澤潔金沢工業大学
影山裕史金沢工業大学
井上隆山形大学
松本信彦三菱ガス化学(株)
宮保淳アルケマ(株)
西田裕文ナガセケムテックス(株)
竹内博紀サカイオーベックス(株)
仲井朝美岐阜大学
鮑力民信州大学
剱持潔信州大学
藤田浩行兵庫県立工業技術センター
土谷敦岐東レ(株)
冨岡和彦東レプラスチック精工(株)
冨永雄一(国研)産業技術総合研究所
島本太介(国研)産業技術総合研究所
堀田裕司(国研)産業技術総合研究所
馬場俊一サンワトレーディング(株)
三浦浩(株)佐藤鉄工所
大芝一也(株)駿河エンジニアリング
吉田透(株)キャップ
近江善夫ヘレウス(株)
長岡猛名古屋大学
深川仁岐阜大学
寺信行(株)スギノマシン
沓名宗春(株)最新レーザ技術研究センター
西籔和明近畿大学
田邉大貴大阪大学
杉山和夫八戸工業高等専門学校
岡島いづみ静岡大学
佐古猛 静岡大学
藤井透同志社大学
大窪和也同志社大学

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
2.2.1DRY法(溶融含浸方式)
2.2.2WET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
1CFマットを用いたCFRTP
2PPの高流動・高延性化
3PPの無水マレイン酸修飾
4PPへのナイロングラフト
5反応性可塑剤を用いたPPE
6PP系CFRTPの成形加工
6.1CFRTP−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
1CF短繊維ペレット
2CF長繊維ペレット
3代表的物性
4CF強化ペレットの設計
4.1CF/PP樹脂界面
4.2CF/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
1.4.4PPS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
4.2PPS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
6.1FW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
3PA6/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
5.2LFT-Dとのサンドイッチ構造化技術
5.3PP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
1.1TAM成形法について
1.2通電抵抗加熱金型の原理
1.3TAM成形システムの構成
2TAM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
2.2UDテープの積層
2.3その他の成形材料
3TAM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
6TAM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
1LFTの開発経緯
2LFTの直接成形(LFT-D)
2.1LFT-Dプレス成形
2.2LFT-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〜
1CFRP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
2CFRP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
2.3AWJ(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
2.5EDM加工(放電加工)
2.6ブラスト加工
2.7各加工法のまとめ
3CFRP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
2.3AC5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
2.7NC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
2CFRP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
3CFRPのレーザ接合
3.1CFRP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
1CFRPとその用途
2CFRP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
9CFRP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



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