玄武岩ツイル生地のUAV応用に関する研究

玄武岩繊維製造方法、構造、そして耐久性について

天然で無毒な素材 玄武岩繊維 火山岩を溶かして引き伸ばすことで作られます。 玄武岩繊維玄武岩鉱石は約1500℃に加熱され、白金-ロジウム合金紡糸口金を通して連続糸に引き伸ばされます。玄武岩繊維は地質学的起源により優れた特性を持ち、幅広い温度範囲に耐えますが、600℃での連続運転はほとんどの樹脂マトリックスを上回り、 ガラス繊維玄武岩繊維はアルカリ性および酸性環境に対する耐性があるため、高湿度や腐食性ガスの存在といった過酷な環境下でも、GFRPの一部のバリエーションよりも長い耐用年数を確保できます。

綾織りのパターンを探る

綾織りは、縦糸または横糸の浮きが長くなることで、ドレープ性に優れ、体に完璧にフィットする生地を生み出します。 ツイル生地 空気取り入れ口や翼フェアリングなどの複雑な曲面形状を持つUAV部品では、平織り生地よりも手作業での配置が容易であり、これにより手作業での配置プロセスが簡素化され、しわや繊維のずれなどの欠陥が軽減されます。また、真空補助樹脂注入成形（VARTM）や樹脂トランスファー成形（RTM）にも使用できるという利点があります。
綾織り構造の機械的利点は、長い浮き糸によって繊維の縮れが軽減される点にある。繊維の縮れは理論的には繊維の引張強度変換効率を向上させ、複合材料が繊維の強度をより有効に活用できるようにするはずである。しかし、綾織り生地は平織り生地ほど多くの交錯糸を持たないため、生地の柔軟性が増し、面内せん断弾性率がわずかに低下する傾向がある。

綾織り構造による損傷耐性への相乗的な強化効果: 玄武岩繊維強化ポリマー（BFRP）化合物 BFRPは高い靭性を持つことが既に知られており、その破壊モードは通常、脆性破壊ではなく、より穏やかな繊維の引き抜きを伴います。この点において、綾織り構造はこの現象をさらに強化します。綾織り生地の拡張された変形性により、衝撃荷重を受けた際に高いエネルギー吸収能力を発揮します。繊維の分布と小さな塑性変形領域が、より大きな衝撃エネルギーを分散させます。このように、BFRPの自然な耐久性と、綾織り構造によるエネルギー吸収メカニズムが相乗効果を生み出し、全体的な衝撃損傷耐性を高め、材料の比エネルギー吸収量（SEA）を向上させます。このため、BFRP綾織り生地は、UAVの着陸装置や翼の前縁、鳥の衝突や破片の衝突にさらされる領域、あるいは複雑な運用環境下でUAVの構造的生存性を大幅に向上させるその他の領域に最適な候補となります。