Investigation and improvement of interfacial strength between fiber and matrix under impact loading
| Project/Area Number |
21K03779
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 18010:Mechanics of materials and materials-related
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
小武内 清貴 同志社大学, 理工学部, 准教授 (30614367)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大窪 和也 同志社大学, 理工学部, 教授 (60319465)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | 複合材料 / 破壊じん性 / 界面強度 / 耐衝撃性 / 界面せん断強度 / サブミクロン繊維 / 界面 / 衝撃 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究課題では，複合材料総体（マクロな領域）としての衝撃特性および強化繊維-基材樹脂界面というミクロな領域での衝撃特性，具体的には界面せん断強度(IFSS)および，強化繊維-基材樹脂界面に生じる破壊形態のひずみ速度依存性，界面近傍での応力波進展様相を調査する．また，繊維表面処理および樹脂改質によって衝撃荷重下でのIFSS向上を試みる．これらマクロおよびミクロの2方向から得られた知見を総括し関連付けることによって，界面の損傷（ミクロ）から複合材料総体（マクロ）の衝撃特性を予測することを試みる．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，一方向炭素繊維／エポキシ樹脂系複合材料の層間破壊じん性について調査を行い，複合材料の層間破壊じん性に及ぼすサブミクロンガラス繊維添加の効果を検証した．その結果，サブミクロンガラス繊維の添加による母材エポキシ樹脂の改質によって，静的荷重下におけるModeIおよびII，動的荷重下におけるModeI層間破壊じん性の向上が確認できた．このことより，昨年度までに調査した落錘衝撃試験におけるエネルギ吸収能が負荷衝撃エネルギの増加に伴って向上するメカニズムを定性的に説明できることが分かった．つまり，高衝撃エネルギ条件下において，複合材料の面外変形の増加に伴い，内部に発生した微細き裂が進展する際のエネルギ解放が大きくなり，衝撃エネルギ吸収能が増加したと考えられる．また，高衝撃エネルギ条件下において，試験片の面外変形の増加に伴い，き裂先端でのき裂モードがModeIIからModeI＋ModeIIの混合モードに変化することにより，高衝撃エネルギ条件下でのエネルギ吸収能が向上したと考えられた．またナノインデンタを用いた繊維近傍での弾性率分布の調査を行い，サイジング処理の有無が繊維近傍の弾性率分布に及ぼす影響を調査した．その結果，静的条件においては，サイジング処理によって強化繊維間‐母材樹脂間で界面せん断力による荷重伝達が促進されることが確認された．一方，サイジング処理を除去した場合，強化繊維間‐母材樹脂間での界面せん断力による荷重伝達は抑制された．これらのこと，および昨年度までに行った強化繊維‐母材樹脂間の界面せん断強度調査の結果より，現行のサイジング処理の界面せん断力による荷重伝達能力が高ひずみ速度下において低下している可能性が確認された．
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Report
(3 results)
Research Products
(20 results)
