ロックインサーモグラフィを用いた広域厚み方向熱拡散率測定法の提案と不連続繊維CFRPの繊維状態評価への応用

摘要

炭素繊維強化プラスチック（Carbon Fiber Reinforced Plastic，以下CFRP）は比強度，比岡性に優れているため，軽量化のための構造部材として航空機や人工衛星など幅広い分野で採用されている．近年，自動車車体への応用が期待されているが，成形時間が長く大量生産に適さないため，一部の車両に限定されている．そこで近年はプレス成形を用いて成形される不連続繊維CFRPが生産性の高さから注目されている．不連続繊維CFRPは，従来のCFRPのように繊維長の長い連続繊維ではなく，繊維長の短い不連続繊維を用いたCFRPで，短時間で複雑な形状を成形可能であるため量産化に適している．一方で，プレス前の中間基材の段階で，繊維に樹脂が充分に含侵していない未含侵部が現れることが問題となっている．プレス成形時，繊維は樹脂と共に流動する．そのため未含侵部がある場合，繊維の流動が十分でない箇所が現れ，成形品の空隙やプレス機器の破損の原因となる．そのような背景から，中間基材の段階で未含侵部を検出する手法が求められている．著者の研究グループは，これまでロックインサーモグラフィ式周期加熱法による面内熱拡散率分布測定に基づくCFRPの繊維状態評価法を開発してきた．しかし，研究されてきた手法は成形後のCFRPを対象としてもので，表面凹凸や内部空隙を有する複雑な構造を持つ成形前CFRPには適用できない．そこで本研究は，ライン加熱を用いた厚み方向熱拡散率分布に基づく新しい未含侵部検出方法を提案する．本稿では，標準試料を用いた熱拡散率測定の妥当性検証を行い，含浸·未含浸の成形前CFRPに対して本手法を適用，比較することで未含浸部分の定量的評価を行ったので報告する．