一方向強化複合材料のシミュレーションと繊維、樹脂、界面の疲労強度の研究

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繊維強化プラスチック(FRP,Fiber Reinforced Plastic)は繊維と樹脂の組み合わせから構成される不均質な材料である.このFRPに働く外力は樹脂から界面を経て繊維に伝達されるため,FRPの特性は界面の特性に大きく左右される.したがって,繊維/樹脂界面の特性を評価することは,微視的な視点から複合材料の特性を評価するために必要不可欠である.また,一般にガラス繊維強化複合材料(GFRP)は,炭素繊維強化複合材料(CFRP)に比べ,疲労破壊しやすいことが知られている.そのため,ガラス繊維/樹脂界面の静的特性だけでなく,疲労特性について知ることも重要である.本研究では,T-ガラス繊維/エポキシ樹脂界面について,マイクロボンド試験法を用いて高精細クイックマイクロスコープ(KEYENCE VH-5000)によりその場観察を行いながら、準静的試験および疲労試験を行った.また,準静的試験および疲労試験後の界面(繊維表面)をSEMにより観察し,比較検討した.準静的試験では,クロスヘッド速度が速いと,せん断強さが大きくなることが確認された.よって,界面のせん断強さは,樹脂の粘弾性に大きく依存していると考えられる次に,界面のせん断強さが速度依存性をもつことを考慮し,周波数6,60Hzの疲労試験を行った.疲労強度は6,60Hzともにほぼ直線的に低下し,低周波の場合,高周波に比べ破壊に至るまでの繰り返し数が少なかった.つまり,界面の疲労強度は周波数に依存することが確認された.このことから,FRPの疲労を扱った多くの研究についても,界面の疲労強度が周波数に依存することを考慮する必要がある.準静的試験後の写真は,繊維表面は滑らかであり,繊維と樹脂の間にある界面に沿ったき裂の進展が起こったと考えられる.一方,疲労破壊後の写真には,表面に多くの樹脂が残存している.これは界面に沿ったき裂の進展以外に,疲労条件下では界面近傍の樹脂内から成長するき裂も存在し,それらの複合によってき裂の進展が起こっていると推測される.