ミクロコンポジットを用いた高分子系複合材料の界面効果に関する解明

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11450256
• Research Institution: Shonan Institute of Technology
• Principal Investigator: 幾田 信生 湘南工科大学, 工学部, 教授 (30277941)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 森井 亨 湘南工科大学, 工学部, 講師 (50230090) ; 谷本 敏夫 湘南工科大学, 工学部, 教授 (90179854)
• Keywords: 複合材料界面特性 / シランカップリング剤 / ガラス繊維複合材料 / 熱分解分析 / 顕微FTIR / 繊維埋蔵引抜試験 / 樹脂変性 / シラン剤縮合体

Research Abstract

複合材料の界面特性を解明するために、主にシラン処理されたガラス繊維を用いて繊維埋蔵したミクロコンポジットから、分子論的および機械的評価を行うことにした。両者の結果から複合材料の強化繊維と樹脂間に形成される界面領域の構造とその機能性について検討した。
1999年度、2000年度の成果を元に、最終年度にあたる本年度では、1.シラン剤と共存して用いられるフィルムフォーマの効果について顕微FTIRから検証する。2.シラン剤を水溶液中で予め縮合させて、繊維上でガラス繊維と結合しやすい構造を検討することにした。3.シラン剤の界面強化作用を解明する以外に、複合材料の破壊に及ぼす効果について検討した。
1.ガラス繊維上に処理されたシラン剤とフィルムフォーマが熱可塑性樹脂マトリックスに対して界面強度を示すための条件は次の2点でであった。シラン剤とフィルムフォーマ間に相互作用が働くこと。フィルムフォーマとマトリックス樹脂間に相互作用が働くこと。後者については顕微赤外分析によって拡散現象が見られた。
2.シラン剤に少量の水を加えて攪拌させ、縮合体オリゴマーを生成させ、繊維に処理した。その結果、分子量とともに化学的結合の割合が増えるのではなく、むしろある分子量を超えるとガラス繊維の結合率を低下させることが分かった。それ以外に、ガラス繊維に結合していない物理吸着分子は樹脂に対して硬化促進させる可能性を示すことも分かった。
3.界面強度を向上させるシラン剤縮合体を処理すると、複合材料強度はむしろ向上しないことがわかった。しかし、その破断はき裂進展挙動を通常とは異にすることが分かった。この結果から、き裂進展を制御することが出来ると見られた。

Research Products

• [Publications] 幾田信生: "ガラス繊維強化熱可塑性複合材料におけるウレタンバインダーの界面効果"繊維学会誌. 57・11. 306-310 (2001)
• [Publications] 幾田信生, 森井亨: "樹脂注入成形においてシラン処理が及ぼすGFRPの材料特性への影饗"強化プラスチック. 47・3. 95-97 (2001)
• [Publications] 幾田信生: "Investigation on resin interphase produced near silane-treated glass fiber in vinyl ester-resin"Composite Interfaces. 7・6. 511-515 (2001)
• [Publications] 幾田信生: "Evaluation of Interfacial Properties in Glass Fiber-Epoxy Resin Composites-reconsideration of an embedded single filament shear-strength test"Composite Interfaces. (印刷中).
• [Publications] 幾田信生: "一方向ガラス繊維複合材料における微視破壊に及ぼすシラン処理効果"最新の複合材料界面科学研究2001. 51-52 (2001)
• [Publications] 幾田信生: "RTM成形におけるガラス繊維マットへの樹脂流動性"高分子学会予稿集. 50・5. 875-875 (2000)