複合粒子分散相によるポリマーアロイの材料特性設計と創製

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650094
• Research Institution: Saga University
• Principal Investigator: 萩原 世也 佐賀大学, 理工学部, 助教授 (80198647)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 東藤 貢 九州大学, 応用力学研究所, 助手 (80274538)
• Keywords: ポリマーアロイ / 粒子分散 / 複合材 / 非線形 / 損傷 / き裂 / 有限要素法 / はく離

Research Abstract

エポキシ樹脂およびポリメタクリル酸メチル(以下PMMAと呼ぶ。)は代表的な高分子材料であるが,どちらの材料も常温において靭性が低いという欠点を持っているため,破壊靭性を向上させることを目的として、微細なゴム粒子をPMMAに分散させる研究が進んでいるが、破壊靭性の向上のメカニズムの解明や材料特性のモデリングが出来ていない.本研究ではゴム粒子を分散させたゴム強化エポキシ樹脂(Rubber Modified Epoxy, RME),ゴム強化PMMA(Rubber Toughened PMMA, RT-PMMA)のポリマーアロイについて、破壊靭性の向上のメカニズムの解明と,材料特性のモデリングを行い,実験と解析両面から定量的な評価を行うことにより、RMEおよびRT-PMMAの材料特性の把握を目的とし,以下のような実験と解析を行った.
(1)常温で単軸引張り試験を行い引張り非線形特性を測定の実験
(2)予ひずみを与え,ボイドやはく離による損傷特性を測定の実験
(3)材料の白化現象と非線形性の関連観察の実験
(4)粒子分散モデルの有限要素解析モデルを作成し,ボイド,はく離が材料物性に及ぼす影響の解析
(5)ひずみ増分理論による非線形現象のシミュレーション
(6)Gurson構成式による非線形現象のシミュレーション
(7)ひずみ増分理論とGurson構成式によるき裂板の引張りによる応力分布の比較
以上の実験と解析から結果が得られた.
(1)空孔分散モデルとゴム粒子分散モデルにヤング率の違いはほとんど見られなかった.したがって,はく離及びゴムのボイドが与えるヤング率への影響は小さいと考えられる.
(2)RT-PMMAの非線充領域におけるヤング率は初期のヤング率と比較して低下する傾向が見られた.
(3)塑性域の材料挙動をGurson構成式でモデル化を行い,き裂解析に適用すると,き裂先端付近ではひずみ増分理論の値とは異なった応力分布が見られた.また,き裂先端前方に損傷領域も見られた.

Research Products

• [Publications] 萩原, 太田, 東藤: "ゴム粒子分散PMMAの材料特性に関するFEM解析と実験"日本機械学会第14回計算力学講演会講演論文集. 01-10. 3-4 (2001)
• [Publications] 東藤, 山腰, 荒川, 萩原: "ゴム変性エポキシ樹脂の破壊靱性に及ぼす負荷速度の影響"第26回複合材料シンポジウム講演要旨集. 93-94 (2001)