繊維/樹脂界面の動的環境強度特性評価と界面はく離疲労き裂進展のその場観察

纤维/树脂界面动态环境强度特性评价及界面分层疲劳裂纹扩展原位观察

• 批准号: 13750078
• 负责人: 田中 和人
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750078/
• 关键词: 繊維; 樹脂界面; 単繊維引き抜き試験; 界面き裂進展; 疲労; その場観察; 水環境効果; アラミド繊維; エポキシ樹脂; AE

複合材料は「組合せ」であるが故に数多くの特徴を有し,単一素材では実現できない特性の可能性に富んでいる一方,必然的に異種材料間に界面が存在し,その特性が複合材料の機械的特性に大きな影響を与える.しかしながら,繊維/樹脂界面の機械的特性や破壊機構,特に実使用下において重要となる動的環境強度特性に関する知識は,高強度・高弾性繊維強化複合材料の研究・開発の歴史が浅いこともあり,極めて乏しい状況にある.そこで,本研究においては,アラミド繊維とエポキシ樹脂を用いて,界面き裂を定量的に観察することができるモデルコンポジット試験片を考案し,乾燥空気中,実験室空気中,湿潤環境中において単繊維引き抜き試験を疲労荷重下で行い,界面はく離進展挙動に及ぼす水環境や繰り返し速度の影響を検討した.初期き裂の大きさは吸水時間に依存し,4週間吸水材は空中放置材に比べて大きな初期き裂が発生し,7週間吸水材の場合は埋め込み長さ全長にわたる初期き裂が生じた.初期き裂導入後のき裂進展については,界面き裂進展速度は界面き裂の進展にともなって低下し,最終的に停留した.界面き裂の停留は,最大荷重を界面き裂の表面積で除した値が,環境に固有な一定値に近づくことで条件付けられた.界面き裂は,乾燥空気中では実験室空気中に比べて高速に進展するのに対して,湿潤空気中ではほとんど進展しなかった.また,湿潤空気中でき裂進展試験を開始し,界面き裂が停留した後に乾燥空気を導入すると,き裂はふたたび進展を開始した.逆に,乾燥空気中で試験を開始し,界面き裂進展中に湿潤空気を導入すると,界面き裂は停留した.つまり,湿潤環境により,き裂進展速度が低下することがわかる.また,界面き裂進展速度は応力繰り返し速度に大きく影響を受け,繰り返し速度が低いときに速くなった.

Composite materials have many characteristics, such as "combination","possibility","necessity","interface","mechanical characteristics", etc. The mechanical properties and breaking mechanism of the fiber/resin interface are particularly important in the application of dynamic environmental strength characteristics. In this study, the effects of dry air, room air and wet environment on the velocity of interfacial separation and recovery were investigated. The initial crack size depends on the water absorption time. In 4 weeks, the water absorption material is placed in the air. In 7 weeks, the water absorption material is buried in the air. After initial crack introduction, the crack progress is slow, and the final crack stop is slow. The maximum load on the surface area of the interface crack is determined by the intrinsic value of the environment. Interface crack, dry air, room air, faster than high speed, wet air, faster than high speed. In addition, the wet air crack progress test starts, the interface crack stops, the dry air crack is introduced, and the crack progress starts. In reverse, dry air test begins, interface crack progresses, wet air is introduced, interface crack stays.つまり,湿润环境により,き裂进展速度が低下することがわかる. The speed of interface crack progress is influenced by force and speed, and the speed of interface crack progress is influenced by force and speed.

项目成果

K.Tanaka: "Characterization of the Aramid/Epoxy Interfacial Properties by means of Pull-out Test and Influence of Water Absorption"Composites Science and Technology. 62(16). 2169-2177 (2002)

K.Tanaka：“通过拉拔测试和吸水率影响表征芳纶/环氧树脂界面性能”复合材料科学与技术。

田中 和人: "アラミド単繊維/エポキシ樹脂界面破壊特性に及ぼす水環境効果"日本機械学会M&Mレイクサイドサマーシンポジウム講演論文集. No.02-21. 28-31 (2002)

Kazuto Tanaka：“水环境对芳纶单丝/环氧树脂界面断裂性能的影响”日本机械工程师学会 M&M Lakeside 夏季研讨会论文集第 02-31 号（2002 年）。

箕島 弘二: "アラミド単繊維/エポキシ樹脂の界面破壊特性に及ぼす水環境効果とAE波解析"日本機械学会2001年度年次大会講演論文集. Vol.V. 87-88 (2001)

Koji Minoshima：“水环境效应和AE波分析芳纶单纤维/环氧树脂的界面断裂性能”日本机械工程师学会2001年年会论文集第87-88卷（2001）。

K.Komai: "Characterization of the Ararnid/Epoxy Interfacial Properties by means of Pull-out Test and Influence of Water Absorption"Materials Science for the 21st Century. Vol.B. 261-264 (2001)

K.Komai：“通过拉拔测试和吸水率影响表征芳纶/环氧树脂界面特性”21 世纪材料科学。