高分子基複合材料のミクロ界面/マクロ物性融合設計の試み

繊維強化PMCのマクロ物性を、材料製造条件や界面を含む構成材料の特性データと直接的に結びつけるためには、製造条件と直接関係づけられる繊維・高分子間の相互作用を含むミクロな損傷の発生・進展プロセスとメカニズムを理解する必要がある。このような観点から、本研究では、現実の材料と類似で、かつ組成のよく知られた、Eガラス長繊維強化ビスフェノールAエポキシに焦点を絞って、繊維表面処理と表面分析から、単一繊維強化材料と実用材料の製作、繊維・高分子界面のミクロ強度測定、さらに単一繊維強化材料と同じ界面処理を施した実用材料のマクロ強度特性の評価、および各種顕微鏡下の負荷過程中その場観察によるミクロ損傷の発生・進展プロセスとメカニズムを解明する試みを行った。界面処理としてのシランカップリング剤には、(1)APTMS,(2)APDS,(3)methacryl silane,(4)epoxylic silaneを用いた。表面処理後の繊維の一部は、メタノール洗浄により化学的に結合していないものを取り除き、後出の各種試験において相違を調べた。上記(1)-(4)の同じ表面処理を施した繊維を用いて、単一繊維強化材料と多数本からなる実用材料を作製し、強度特性を得た。ただし、単一繊維強化材料としては、破断繊維長さ試験を行うための単一繊維埋込み試験片と一本の繊維に樹脂のマイクロドロップレットを付着し、その状態で引抜き試験を行うためのマイクロドロップレット試験片を作製し、界面強度特性を得た。また、上記のようにして得られた界面強度特性と一方向強化実用材料の引張強度特性との相関性を実験的、理論的に明らかにした。

繊維強化PMCのマクロ物性を、材料製造条件や界面を含む構成材料の特性データと直接的に結びつけるためには、製造条件と直接関係づけられる繊維・高分子間の相互作用を含むミクロな損傷の発生・進展プロセスとメカニズムを理解する必要がある。このような観点から、本研究では、現実の材料と類似で、かつ組成のよく知られた、Eガラス長繊維強化ビスフェノールAエポキシに焦点を絞って、繊維表面処理と表面分析から、単一繊維強化材料と実用材料の製作、繊維・高分子界面のミクロ強度測定、さらに単一繊維強化材料と同じ界面処理を施した実用材料のマクロ強度特性の評価、および各種顕微鏡下の負荷過程中その場観察によるミクロ損傷の発生・進展プロセスとメカニズムを解明する試みを行った。界面処理としてのシランカップリング剤には、(1)APTMS,(2)APDS,(3)methacryl silane,(4)epoxylic silaneを用いた。表面処理後の繊維の一部は、メタノール洗浄により化学的に結合していないものを取り除き、後出の各種試験において相違を調べた。上記(1)-(4)の同じ表面処理を施した繊維を用いて、単一繊維強化材料と多数本からなる実用材料を作製し、強度特性を得た。ただし、単一繊維強化材料としては、破断繊維長さ試験を行うための単一繊維埋込み試験片と一本の繊維に樹脂のマイクロドロップレットを付着し、その状態で引抜き試験を行うためのマイクロドロップレット試験片を作製し、界面強度特性を得た。また、上記のようにして得られた界面強度特性と一方向強化実用材料の引張強度特性との相関性を実験的、理論的に明らかにした。