Multiscale Mechanics of MWCNT Reinforced Composite Materials

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本研究は、多層CNT複合材料のナノ・ミクロ・マクロの「各スケールにおける構造と力学特性の関係」ならびに「スケール間の構造の結びつき」に着目したマルチスケールメカニクス研究基盤を世界に先駆けて確立することを目的としている。ナノスケールにおける構造と力学特性の関係を明らかにすることを目的として、機械学習支援分子動力学シミュレーション法を用いて多層CNTの構造パラメータである、カイラリティー、中空空間寸法(内径)、層数、層間架橋結合密度の組合せの中から最も大きな公称引張強度が得られる最適ナノ構造の探索を行った。その結果、多層CNT単味の公称引張強度に最も大きな影響を及ぼすナノ構造は多層CNTを構成する最外層とその内側の層間の架橋結合密度であることを明らかにするとともに、実験研究で目指すべきナノ構造を明らかにした。「一方向繊維強化プラスチックのマイクロメカニクスモデルに基づく引張強度予測手法を多層CNT複合材料に適用することができるか？」の命題に対して明確な答えを提示することを目的として、引張荷重環境下における大気環境ならびにマトリクス樹脂環境でのCNT糸の破壊挙動の評価を行った。その結果、多層CNT複合材料の引張強度予測に必要なマトリクス樹脂環境でのCNT糸の強度分布の取得に成功するとともに、従来の一方向繊維強化プラスチックで観察されている、破断繊維に隣接する健全繊維が早期破断を生じる現象が、CNT糸複合材料でも生じる可能性が示された。