C/Cの界面アロイ構造が破壊機構に及ぼす影響の分離解析と最適化

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本研究では,焼成温度によって繊維の特性の変化が少ない黒鉛化系を炭素繊維として採用し,界面アロイ構造を,繊維にイミド系樹脂をコーティングすることと焼成温度を変化させることにより大きく変化させたC/C複合材料を対象として,切欠き材の破壊挙動に及ぼすマトリックス及び界面構埠の影響を実験的に分離解析する.次に,その場観察による微視的な破壊過程の観測,界面強度等のメゾ構造物性の変化の直接測定に基づき,実測値を用いたメゾ的な数値シミュレーションにより破壊機構を再現する.さらに層間の特性を評価し,面内特性とのバランスを考慮することにより,切欠き感受性を最適化するための界面構造条件を提案する.本年度の成果は次のように要約される.(1) 焼成温度の高い黒鉛化糸の朱子織の強化材を用い,これにビスマレイミド-トリアジン共重合樹脂をコーティングしたの後,フェノール樹脂を含浸し,炭素化と再含浸を繰り返してC/C複合材料の積層板を作製した.得られたC/C複合材料の強度が,コーティングを施さなかった材料より高くなるとともに,切欠きの影響も小さくなった.(2) 層間特性として,モードI破壊靭性値を評価した.まず,初期切欠きの影響を受けない試験法を開発した後,コーティングが及ぼす影響について検討した.コーティングにより界面強度が低下しても,破堺機構が変化することによりマクロな層間強度は低下せず,一部逆に上昇することを明らかにした.(3) 繊維束幅で厚さを織物1層を含むようにスライスしたモノレイヤー試験片により,メゾ要素の強度とその分布を求め,この実測値を用い,修正シェアラグシミュレーションとモンテカルロ法を組み合わせたメゾ的数値解析により破壊過程を再現することが可能となった.