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あいち産業科学技術総合センター

研究報告2021

研 究 ノ ート

リサイクル材 を添 加 した CFRTP の物 性 評 価
門 川 泰 子 * 1 、 岡 田 光 了 *2 、 髙 橋 勤 子 * 2 、 福 田 徳 生 *2Eval uation o f Me chani cal Pro pe rtie s o f CFRTP
Bl ende d with Re cycle d Ma terial
Yasuko KADOKAWA *1 , Mitsunori OKADA *2 , Isoko TAKAHASHI *2and Norio FUKUDA *2Industrial Research Center * 1 * 2
射 出 成 形 時 に 発 生 す る ラ ン ナ ー や ス プ ル ー を 粉 砕 し た 熱 可 塑 性 炭 素 繊 維 強 化 樹 脂 (CFRTP)の リ サ イ クル材をバージン材に混合し、リサイクル材の含有量が機械的物性に与える影響を評価した。その結果、リサイクル材を加えることで強度、弾性率は低下したが、いずれも著しい変化はなかった。また、引張試験に お い て デ ジ タ ル 画 像 相 関 (DIC) 法 に よ る ひ ず み 計 測 を 実 施 し た 結 果 、 リ サ イ ク ル 材 を 加 え る こ と に よ り
破断時のひずみ量は増加するが、ひずみ分布は大きく変化しないことがわかった。

1 . は じめ に イプ A1)を成形した。

炭素繊維強化樹脂(CFRP)は、軽さと優れた強度を有2 .2 ペレ ット 内 の CF の繊 維 長 測 定するため、高い軽量化効果が得られる材料として自動車

 バージン材およびリサイクル材ペレット内の CF の繊部材への適用が期待されている。今後は成形性・加工性

維 長 を 比 較 し た 。 CF が 酸 化 減 量 し な い 温 度 で あ るに有利な CFRTP の使用量が増加すると考えられており、500℃でマトリックス樹脂を熱分解した後、 得られたそれに伴い CFRTP の廃材の増加が懸念される。また、

CF をデジタルマイクロスコープで観察し、観察画像か熱可塑性 FRP の射出成形工程で排出されるランナーやら無作為に 200 本選び、繊維長を測定した。

スプルーなどの端材は大半が再利用されず廃棄されてい2.3 引 張 試 験 ・ 曲 げ試 験るのが現状であり、環境負荷・コスト両方の観点からマ

 曲げ試験および引張試験は万能試験機(オートグラフテリアルリサイクルの必要性が高まっている。しかし、

AG-Xplus、オートグラフ AG-100kNIS、(株)島津製作

FRP をリサイクルすることで繊維が破損し、強度など所製)を用いて行った。試験速度は 2mm/min とした。まの物性が変化するため、リサイクルの推進にはこれらにた、引張試験の際に 3D 計測システム(ARAMIS、GOMついて把握することが重要である。

社製)を用いてひずみ計測を実施した。

本研究では、CFRTP のバージン材にリサイクル材を混合した試験片を射出成形し、機械的物性値の評価、DIC 法によるひずみ計測を行った。

2. 実 験 方 法 
2.1 試 験 片 の 作 製
原料として炭素繊維(CF)を 20wt%含有する 66 ナイロン(BADAMID A70 CF20 HHC)を使用した。リサイク
ル材には、同一材で射出成形の際に発生するランナーや図1スプルーを粉砕したものを使用した(図図 1 )。バージン材原料

3. 実 験 結 果 及 び 考 察 とリサイクル材を重量比(リサイクル材含有量)が 10:0(0%) 、 7:3(30%) 、 5:5(50%) 、 3:7(70%) 、 0:10(100%) と

3 . 1 ペレ ット 内 の CF の繊 維 長 測 定 結 果なるように混合し、射出成形機(J85AD-110-H、(株)日 図 2 にバージン材とリサイクル材ペレットの繊維長測

本製鋼所製)を用いて JIS K 7139 ダンベル形試験片(タ定結果を示す。リサイクル材の繊維長の分布は短繊維側*1 産業技術センター

化学材料室(現企画連携部)*2 産業技術センター

化学材料室

37にシフトし、平均繊維長は 256μm から 180μm となった、リサイクル材の含有量の増加とともにひずみ量が全た。このように、射出成形により繊維長は短くなり、リ体的に大きくなった。繊維の折損によりアスペクト比がサイクル材を射出成形した試験片内ではさらに繊維長が小さくなったことが影響していると考えられる。標線間短くなり、物性が低下すると考えられる 1)。

距離 75mm における破断時の伸びは、リサイクル材含有率 0%では 2.4%、リサイクル材含有量 100%では 3.0%

割合（％）となり、30%程度増加した。

Vバージン材Rリサイクル材平均バージン材:256μm
リサイクル材:180μm




(%)
2.8



2.42.8

2.12.41.82.0
図2ペレットの繊維長測定結果

(%)
3.5

3.13.22.82.42.01.5

繊維長（μｍ）

リサイクル材
リサイクル材
含有量50% (%) 含有量100%

リサイクル材
含有量0%

1.6
1.61.21.23.2 強 度 試 験 結 果0.9

 図 3 に各試験片の強度試験結果を示す。リサイクル材

0.6の添加によって曲げ強さ、曲げ弾性率、引張強さ、引張

1.20.80.80.30.40.4000

弾性率は同様な低下傾向を示し、いずれもリサイクル材含有量 100%ではバージン材の 90%程度となった。繊維長が短くなったためと考えられる。



曲 げ強 さ （ M P a ）


引張強さ（ M Pa）



曲げ強さ







維強化樹脂(GFRTP)3) の引張物性を比較した一例を示す。



曲げ弾性率





リサ イ ク ル 材含 有量 （ wt ％ ）









引張強さ
引張弾性率










リサ イ クル 材 含 有 量 （ wt ％ ）

図3




リサイクル CFRTP の物性は一般的な GFRTP に比べ高い値であり、利用価値が高い。
表

引張物性の比較

引張強さ（MPa） 引張弾性率（GPa) 伸び（％）





引張試験時のひずみ分布

 表 にリサイクル材含有量 100%の CFRTP とガラス繊
曲 げ 弾 性 率 （ GP a ）



図4



引 張 弾 性 率 （ GP a ）

強度試験結果 図 4 に DIC 解析によって求めた引張試験時の破断直リサイクルCFRTP

1 73

14.03GFRTP（33wt%)

125～1407.64～74. 結 び
本研究結果より、CFRTP リサイクル材を原料として利用できると考えられる。例えば、CFRTP は GFRTPに比べ高価であるが、廃棄されていたランナーやスプルーを自動車部材の原料として使用すれば、コストを抑えながら軽量化することが期待できる。

文献
1) 村山正樹, 藪谷祐希, 森澤諭, 矢田喜大, 舟木淳夫:
三重県工業研究所研究報告, 4 4 , 78(2020)前の最大主ひずみ分布を示す。以前の研究では、FRP

2) 門川泰子, 岡田光了, 福田徳生, 髙橋勤子: あいち産試験片内の繊維の分布や配向がひずみ分布に影響を及ぼ

業科学技術総合センター研究報告, 9 , 20(2020)したと報告したが 2)、リサイクル材を加えてもひずみ分

3) 大阪市立工業研究所, プラスチック読本編集委員会,

布の大きな変化は起きていないことから、試験片内の繊プラスチック技術協会: プラスチック読本, 付録

維配向や分布も大きく変化していないと考えられる。ま(1992), プラスチックス・エージ