Systematization of interfacial adhesion and polymer structure for creation of fiber reinforced composites utilizing polymer properties

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強化繊維近傍の高分子のコンフォメーションが強化繊維との界面接着性と強化繊維近傍での破壊特性、すなわち界面特性に及ぼす影響を明らかにして、繊維強化複合材料の力学特性と界面特性の関係を系統的に明らかにすることが本研究の目的である。CFあるいはGF表面に化学反応性の高い官能基が存在する場合と、そうでないモデル的な繊維を対象として、初年度で見出されてきた界面近傍の高分子のコンフォメーションを分光学的に捉える手法を基軸として2年目は、ポリカーボネート（PC）、ポリフェニレンサルファイド（PPS）、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリプロピレン（PP）、ポリアミド６（PA6）など、様々な種類の高分子と炭素繊維（CF）やガラス繊維（GF）との界面特性を検討した。溶液に溶かしたPCをキャストすることで形成するPCの結晶は界面せん断強度に寄与しないこと、また、熱処理することで形成されるPCラジカルがCF表面で共有結合をすることで界面接着性が向上することを明らかにした。PVCの熱分解過程に見られるイオンによる乖離が、CF表面での静電相互作用として働くことで界面接着性が向上することを見出した。またPPS鎖の末端官能基の化学反応性が高い場合、CF軸方向のPPSの結晶形成が阻害されること、CF表面との静電相互作用が低下することで、界面せん断強度が低下することが示された。表面粗さや表面官能基が異なるCFを用いてPA6の界面特性と複合材料の力学特性を評価した結果、界面での水素結合などの化学的相互作用が大きくなると、CF間におけるPA6の結晶の均一性が低下することで複合材料の力学特性が低下することが見出された。また、PCあるいはPPSを高分子マトリクスした場合を中心に、界面での高分子のコンフォメーションを検討するための分子動力学計算によるモデルが構築できた。