耐熱高分子基複合材料の微視的損傷発生・進展モデル化のための実験マイクロメカニクス

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09555198
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 武田 展雄 東京大学, 国際・産学共同研究センター, 教授 (10171646)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宋 東烈 (財)ファインセラミックスセンター, 研究員 ; 荻原 慎二 東京理科大学, 理工学部, 助手 (70266906)
• Keywords: マイクロメカニクス / 耐熱高分子 / 複合材料 / ポリイミド / クラック / 層間剥離 / 軟X線

Research Abstract

本研究の目的は、繊維とマトリックスの相互作用や界面層挙動を含む微視的変形・破壊特性を求めるための定量的な実験評価手法(複合材料の実験マイクロメカニクスと呼ぶ)を提案し、現存、または開発中のいくつかの耐熱ポリイミド基繊維強化複合材料に適用することにより、新規複合材料開発のための手法として確立することにある。本年度の成果は以下の通りである。
1.実験材料としては、標準材としての180℃硬化のエポキシ樹脂(TGDDM/DDS系)、およびビスマレイミド、熱可塑性ポリイミドの3種類の耐熱ポリイミドを各々マトリックスとするカーボン繊維強化複合材料を製造した。変形破壊プロセスの相違を調べる目的で、積層構成としては、基本的なクロスプライ積層板〔0/90_4/0〕を用いることとした。
2.高温雰囲気制御装置を取り付けた引張り試験機を用い、基礎となる応力-ひずみ関係を温室から高温にわたり求めた。
3.温室における負荷中OM,SEMまたはSAM内のその場観察装置を用い、(1)90°層内の初期マトリックスクラック発生、(2)マルティプルマトリックスクラック発生、(3)マトリックスクラック端部からの層間剥離発生、の各段階におけるミクロな変形・破壊プロセスを各負荷段階でその場観察した。さらに、軟X線局所損傷測定装置を用いて、負荷中に発生したマトリックスクラックや層間剥離にヨウ化物溶液を浸透させ、除荷後に軟X線透過写真測定を行い、OM,SEMまたはSAM内のその場観察結果との比較を行った。
4.以上の微視的損傷発生・進展プロセスの理論モデルを検討した。

Research Products

• [Publications] 荻原慎二, 武田展雄, 小林昭: "トランスバースクラックを有する層間高靭性化複合材料積層板の応力および変位場解析" 日本機械学会論文集(A編). Vol.63 No.610. 1219-1225 (1997)
• [Publications] 荻原慎二, 鈴木信彦, 武田展雄, 小林昭: "層間高靭性化CFRP積層板のトランスバースクラック近旁の微視的変形メカニズム" 材料システム. 16. 135-141 (1997)
• [Publications] 荻原慎二, 武田展雄, 小林訓史, 小林昭: "複合材料積層板におけるトランスバースクラックの損傷力学解析" 材料. Vol.47 No.1. 68-72 (1998)