2020 Fiscal Year Annual Research Report
Modifying the Interlaminar Properties of Carbon Fibre Composites by Introducing a Variety of Mesh Layers
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18K04563
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
中谷 隼人 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (90584417)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | CFRP / 層間破壊靭性 / 層間せん断強度 / き裂進展 / 層間はく離 / メッシュ構造 / 疲労寿命 / ファイバメタル積層材 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
CFRP（炭素繊維強化プラスチック）積層板の力学特性を支配する損傷挙動に対して，比較的低応力で発生する母材き裂は許容するが，これが進展し大規模な層間はく離となり材料・構造の破壊につながることを回避する独自の材料設計に取り組んだ．本研究では，様々なメッシュ構造を特定のCFRP層間に導入し層間メッシュ層とし，そこでのき裂進展経路を複雑することで層間破壊靱性を向上させ，さらには材料の耐疲労性および耐衝撃性の改善にもつながる層間特性モディファイ技術を確立することを目的とした．
はじめに，ポリアミドメッシュ等を用いた層間メッシュ層を導入した一方向強化CFRP（炭素繊維/エポキシ）積層板に対して4点曲げによるENF（End Notched Flexure）試験を実施し，層間破壊靭性値が最大で約2.8倍に増加した．マイクロフォーカスX線CTによりメッシュに沿ったポリアミド/エポキシ界面でのき裂進展挙動を詳細に観察した．目違い切欠き試験片を用いた圧縮試験を実施し，層間メッシュ層導入により層間せん断強度は同等であったものの，破断時の変位が約1.5倍となった．これらの結果から，層間高靭性化のメカニズムについて説明した．
次に，層間メッシュ層導入による層間特性の改善が，CFRP積層板の機械的特性に及ぼす影響を評価した．層間メッシュ層を有するCFRPアングルプライ積層板は，引張負荷下で最大約15%もの大ひずみを示し，疲労寿命も約13倍と著しく増加した．これは層間はく離が抑制されつつ材料内の母材き裂が大量に蓄積されるためであることを明らかにした．挿入するメッシュをチタン製としファイバメタル積層材の一種とした場合の落錘衝撃試験からも，損傷の規模や吸収エネルギーにおいて興味深い変化がみられた．
以上のことから，CFRPを用いた材料・構造デザインの自由度を高める本技術の有用性を実証した．
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