自動車における炭素繊維強化樹脂 (CFRP) 利用の 現状と今後の展望

第1部 自動車におけるCFRP利用の現状と展望

(2015年5月28日 10:30〜11:50)

　地球環境対策などの観点からも自動車の軽量化は重要。そうした中、自動車においても軽量高強度材料である炭素繊維強化樹脂 (CFRP) が注目されている。本講では、その自動車CFRP化の現状と展望を、いろいろな角度から議論してみたい。

1. CFRPとは
   1. CF (炭素繊維) の特徴
   2. P (樹脂) の特徴
   3. CFRP (炭素繊維強化樹脂) の特徴
2. 自動車へのCFRPの適用の現状、研究開発の動向と展望
   1. CFRPの現状開発例 (自動車以外)
   2. 自動車用CFRP開発例
      1. 使用量 (構成材料比較)
      2. 用途と特徴
      3. トヨタの開発例
      4. 欧州の最近の開発例
   3. 採用目的とその変化
3. 自動車とCFRP、今後の課題、将来展望
   1. ポピュラー化の必要性
   2. 技術開発
      1. 現状技術の定着、継続、改良
      2. 更なる量産化技術開発への挑戦
         1. (ライフサイクルアセスメント) 改善技術 ⅰ.熱可塑CFRP ⅱ.リサイクル ⅲ.バイオFRP (BFRP) Ⅳ.ムリ無駄むらのない設計、工法
   3. 産官学 (民) の連携
• 質疑応答

第2部 RTM工法を中心としたCFRP成形技術動向と今後の展開

(2015年5月28日 11:50〜12:50)

　代表的なCFRP成形法としてAC (オートクレーブ) があるが、これとは別に自動車の量産性を考慮した成形法が開発されている。大別してプレス方式とキャスティング方式があるが、ここでは、キャスティング方式の代表格であるRTM (Resin Transfer Molding) の技術動向や搭載例、また今後の見通し等について議論したい。

1. 自動車用CFRP成形法の歴史
   1. AC成形と課題
   2. 脱AC成形への挑戦
      1. プレス方式 (SMC) の研究
      2. キャスティング方式 (RTM) の研究
2. 自動車用CFRP成形法の現状とRTM
   1. 最近の自動車に搭載されたCFRP成形法
      1. レクサスLFA (C-SMC,RTM)
      2. BMW i3 (HP-RTM)
      3. 外板 (PCM,HP-RTM)
   2. RTMの変化
      1. 成形サイクル
      2. シミュレーション技術
3. 今後のRTM
   1. RTMの特徴とニーズ
   2. RTMの改良
      1. 更なる成形サイクル短縮
      2. 大型成形
      3. マルチマテリアル
      4. 高靱性化
• 質疑応答

第3部 CFRP部材の量産を可能にするPCM (Prepreg Compression Molding) 、CF-SMCの特長と適用例

(2015年5月28日 13:40〜14:50)

　近年、自動車部材のような、より生産量の多い大型の産業用途部材に炭素繊維複合材料 (CFRP) を適用するニーズが出てきているが、従来のCFRPの成形プロセス、それに用いる中間基材では、目的とするレベルの量産性が得られない。 　昨今、開発が進められているRTM (Resin Tranfer Molding) 法も有用なプロセスであるが、プリプレグのプレス成形をベースに開発されたPCM (Prepreg Compression Molding) 、またさらに成形性に優れるCF-SMCはRTMとは異なる有用性があり、今後、広く普及していく可能性がある。今回はこれらの技術について紹介する。

1. 炭素繊維市場
   1. 炭素繊維市場の近年の動向と今後の展開
   2. PAN系炭素繊維とCFとピッチ系炭素繊維の特長
2. 自動車CFRP量産プロセスの開発状況
   1. 各種CFRP成形プロセスの特長
   2. 自動車用CFRP部材への適用性
3. PCM (Prepreg Compression Molding)
   1. PCMの特長
   2. PCMプロセス概要
   3. PCM用中間基材;プレス成形用速硬化プリプレグ
   4. プリフォームプロセス
   5. プレス成形プロセス
   6. 粒子コアPCMによる中空構造の成形
   7. 部材への適用例
4. CF-SMC (Sheet Molding Compound)
   1. CF-SMCの特長
   2. CF-SMC成形プロセス概要
   3. PCM / SMCのハイブリッド成形
   4. 部材への適用例
5. まとめと今後の展望
• 質疑応答

第4部 熱可塑性炭素繊維複合材料 (CFRTP) プレス成形によるトランスバースメンバーの開発

(2015年5月28日 15:00〜16:30)

　広島県では、2009年度からプロジェクト研究として熱可塑性炭素繊維複合材料 (CFRTP) のプレス成形に関する技術開発に取り組んできました。その中で得られた知見を基に自動車用部品の適用事例として、株式会社ワイテックと共同でトランスバースメンバーの開発・試作を行い、性能評価を行いました。CFRPは強い異方性を持つため、製品開発にはCAEの活用が必須となります。その具体事例として、トランスバースメンバーの設計、試作、評価をご紹介いたします。

1. はじめに
   1. 背景・開発動向
   2. CFRPの特徴
2. CFRP製品の解析
   1. 弾性係数の取得方法
   2. 非線形を有する直交異方性
   3. 解析のチューニング
3. CFRTPのプレス成形
   1. 成形プロセス
   2. プレス成形による繊維の動き
   3. コールドプレスとホットプレス
   4. 成形品への成形条件 (金型温度,プレス圧力) の影響
4. CFRTPのプレス成形シミュレーション
   1. 成形シミュレーション導入の目的
   2. 解析パラメータ (材料物性) の同定
   3. 解析事例
   4. 構造解析との連携
5. トランスバースメンバーの開発・試作
   1. トランスバースメンバーとは
   2. 設計方針と積層構成
   3. 試作
   4. 性能評価
   5. 実車走行試験
6. まとめ
• 質疑応答