詳細説明: PEEK系炭素繊維テープの共硬化接合

詳細説明: PEEK系炭素繊維テープの共硬化接合
出典: ポリマー物理学

複合材料は 1960 年代に登場して以来急速に発展し、さまざまな航空宇宙機への応用が増加し続けています。たとえば、エアバス A350 やボーイング 787 などの新世代の民間航空機には、重量の 50% 以上が複合材料でできています。


炭素繊維強化プラスチックは、軽量で構造特性が優れ、設計の柔軟性が高いため、航空宇宙産業で広く使用されています。ボーイング787を例にとると、その主な構造である胴体と翼はほぼすべて炭素繊維強化複合材料で作られています。


したがって、航空宇宙用途における複合材の急速な成長に対応するために、適切な複合材接合技術を開発することが不可欠です。

共硬化接着プロセス

複合コネクタの接合プロセスは、二次接合、共接合、共硬化の 3 つのカテゴリに分類できます。



共硬化接合とは、一般的に、炭素繊維/エポキシ複合材を熱硬化性接着剤(通常はエポキシ)で接合することを指します。

しかし現在では、PEEK や PPS などの熱可塑性プラスチックをエポキシ樹脂の代わりに使用する傾向があります。これは、熱可塑性プラスチックにはエポキシ樹脂にはない利点がいくつかあるためです。
1. 優れた機械的特性、破壊靭性、熱安定性。
2. 保存期間は無制限で、低温保管や遮光輸送も必要ありません。
3. 共硬化プロセス中にオーバーフローが発生せず、接着厚さを正確に制御できます。
4. 高度な熱可塑性材料の場合、複合材と接着剤の共硬化接合条件が完全に一致している必要はありません。

具体的な手順
1. 表面前処理<br /> CF/PEEK テープの表面に異なる強度の紫外線を照射して CC と CH を破壊し、表面活性を高めました。

表面の CO、C=O、OC=O 含有量が増加し、表面酸素含有量は 14.93% から 22.97% に増加し、水との接触角は 80.22° から 67.49° に減少しました。ファイバーテープの接着性を向上させ、機械的特性を強化します。

2. 実験部品の準備<br /> まず、しっかりと結合した炭素繊維/エポキシ樹脂層を準備し、次に UV 処理された CF/PEEK または FM300 接着剤で接続し、最後に真空、高温、高圧下で硬化させます。
△性能特性と試験 1. 22℃および130℃での静的荷重条件と22℃での疲労荷重条件の3つの異なる条件下で単層せん断実験を実施しました。
△ (a) 22°C および 130°C における共硬化接着ジョイントのラップせん断強度 (b) 共硬化接着ジョイントの疲労寿命ラップせん断強度 (LSS) は、22°C および 130°C でそれぞれ 47% および 68% 増加しました。

さらに、CF/PEEK 接合部の熱安定性は、接着接合部よりも大幅に優れています。 (17%/5%)疲労寿命が3.4倍に向上しました。 ( 58.4 キロ / 257.0 キロ )

2. SLS破壊特性△SLS試験片の破壊表面写真とSEM画像(a)-(c)破壊表面(d)側面図(e)-(g)破壊表面SEM
△SLSサンプルSEM画像
要約とコメント<br /> 従来の接着剤の代わりにCF/PEEKテープを使用した後、
22℃と130℃での重ねせん断強度はそれぞれ47%と68%増加し、疲労寿命は4.39倍増加しました。
タイプ I の破壊エネルギーは、22°C と 130°C でそれぞれ 70% と 182% 増加しました。
タイプ II 破壊エネルギーは、22°C と 130°C でそれぞれ 59% と 54% 増加しました。
CF/PEEK テープにはエポキシ接着剤に比べて他の利点もあります。

△FM300とCF/PEEK接着ジョイントの主要な構造性能図 FM300などの従来のエポキシ接着剤と比較して、CF/PEEKテープジョイントは航空宇宙用途に適しています。

さらに、この研究は、炭素繊維/エポキシ複合材料と炭素繊維/PEEKテープとの共硬化接合の開発に確かな実験的基礎を提供します。

参考文献
1.Quan, D., et al. (2022). 「炭素繊維/PEEKテープを使用した、優れた構造的完全性を備えた炭素繊維/エポキシ複合ジョイントの共硬化接合」複合材料科学技術227。
2. 張玄、沈震。航空宇宙分野における先進複合材料製造技術の進歩[J]。テキスタイルガイド、2018(S1):72-79.DOI:10.16481/j.cnki.ctl.2018.s1.012。


PEEKベースの炭素繊維、共硬化接着

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