新しい複合加工法の試作: 軟層法による複合表面にファイバーを公開

この手順の全般的な目的は、表面処理を行うことなく、表面に裸の繊維を露出させた繊維強化複合材料を製作することです。この手法を用いることで、高価で非効率な表面処理を行うことなく、複合材料の表面に裸の繊維を露出させることができます。この手法の主な利点は、複合材料の電気伝導性と機械的強度が向上することです。

この手法は生産性にも優れています。エポキシ樹脂を事前含浸させた一方向性炭素繊維布を準備するために、積層板の剥離を防ぐため、0度および90度の配向を含む順序で、繊維体積含有率50〜60%のプリプレグの正方形片を積層します。平織り炭素繊維布のプリプレグ正方形片を準備するには、まずアセトンまたはエタノールで布を洗浄してください。

布地を清潔な表面またはリントフリーのラボワイプの上に置き、周囲条件下でアセトンを蒸発させます。硬化温度125 degrees Celsiusのフィルム型エポキシ樹脂シートの裏付け材を1枚剥がします。清潔なカーボン布地にエポキシ樹脂フィルムを1枚貼り付けます。

エポキシ樹脂を塗布した面を下にし、布地を70 °Cに設定したホットプレートの上に置きます。布地を10秒間加熱し、エポキシ樹脂を布地に含浸させます。プリプレグ化した布地を、室温で10分間冷却させます。

次に、エポキシコーティング側から残りのバッキングシートを取り除きます。プレプレグの平織り生地を所定の積層順に重ねて、平織りカーボンファイバー生地ラミネートを作成します。不織布カーボンフェルトラミネートを準備するには、清潔で乾燥したカーボンフェルトの両面に3層のエポキシシートを貼り付けます。

上部に荷重をかけた状態で、フェルトのエポキシコーティングされた両面を70 °Cでそれぞれ10秒間加熱します。プリプレグフェルトを10分間冷却し、残っているバッキングシートを剥がします。次に、厚さ25 µmの非穿孔フッ素化エチレンプロピレン離型フィルムをエタノールまたはアセトンで洗浄します。

FEPシートにシワやピンホールが生じないよう、低発塵ワイプで慎重に乾燥させます。シートに汚染物質や微粒子が付着していないことを確認してください。その後、洗浄・乾燥させた各シートを低発塵ワイプで挟み、塵のない清潔なプラスチックケースに保管します。

複合材の作製を開始するために、圧縮成形金型にシリコン金型離型剤を塗布します。糸くずのないワイプで金型を拭き取り、離型剤を薄い層だけが残るようにします。次に、準備したカーボンファイバーラミネートを、金型のキャビティよりもわずかに小さくなるように切り出します。

25 µm厚の清潔なFEPフィルムを下部金型に配置します。ラミネートを金型の上に置き、繊維の種類に応じて25 µmまたは100 µm厚のFEPフィルムで覆います。ソフト層とラミネートの間に気泡が残らないよう、フィルムを慎重に平らにします。

次に、圧縮成形金型を閉じます。ホットプレスを150 °Cまで加熱し、圧縮成形金型をプレス機内に配置します。一方向性繊維複合材の場合、20 MPaで30分間一定に加圧します。

織物複合材の場合、20 megapascalsを4分間印加し、圧力を解放した後、直ちに再び20 megapascalsを印加します。樹脂の粘度が上昇し始めるまで、このように材料をパージします。その後、複合材が合計30分間硬化するまで、20 megapascalsの圧力を維持します。

フェルト複合材の場合、オーバーシュートしないように注意しながら、圧力を3 megapascalsまでゆっくりと上げます。3 megapascalsの圧力で30分間、材料を硬化させます。サンプルが硬化したら、圧力を解除せずに、圧縮成形機を120 °C以下まで冷却します。

次に、圧力を解除し、金型を取り除いて、作製した試験片を脱型します。5度の傾斜で撮影した走査型電子顕微鏡（SEM）画像では、従来の圧縮成形よりもソフトレイヤー法で作製した複合材料の方が、繊維がより詳細に観察できることが示されました。これは、複合材料上面の樹脂リッチ層が排除されたためと考えられます。

エポキシ樹脂層を除去した後でも、ファイバーに目に見える欠陥は認められませんでした。厚さ方向の電気伝導度は、ソフトレイヤー法で作製した複合材の方が高く、1.38 megapascalsの圧縮圧力において、面積比抵抗は20 milliohms per square centimeter以下まで低下しました。ソフトレイヤー複合材の測定された引張強度は、従来の圧縮法で作製したものと同等でした。

織布およびフェルトの複合材では、それぞれ22%と15%の増加が示されました。これらの増加は、ソフトレイヤーが複合材表面全体に均一な圧力をかけたことによるものです。この手順に従うことで、困難なく繊維露出複合材を作製することができます。

メカニズムは単純です。また、使用する材料を十分に理解していれば、実装はさらに簡単になります。この手順を試みる際は、特定のアプリケーションに合わせて微調整することを忘れないでください。

複合材の硬化条件およびソフト層の熱特性を考慮し、所望の結果を得るために手順を適宜調整してください。