2021 Fiscal Year Research-status Report
Investigation and improvement of interfacial strength between fiber and matrix under impact loading
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21K03779
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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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| Keywords | 複合材料 / 耐衝撃性 / 界面せん断強度 / サブミクロン繊維 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，引張型SHPB装置および計装式振子型衝撃試験機を用い，異なるひずみ速度下における強化繊維-母材樹脂間の界面せん断強度および一方向複合材料の衝撃吸収エネルギの評価方法を確立した．確立した評価方法を用い，炭素繊維/エポキシ系およびガラス繊維/エポキシ系の界面せん断強度を調査したところ，ガラス繊維/エポキシ系においては，ひずみ速度の増加に伴って，両者の界面せん断強度は増加したが，炭素繊維/エポキシ系においては，両者の界面せん断強度は，ひずみ速度の増加に伴って低下した．これは一方向複合材料の衝撃エネルギにおいても同様となった．また，母材エポキシ樹脂をサブミクロンガラス繊維によって改質した場合，炭素繊維/エポキシ系において，高ひずみ速度条件下での界面せん断強度，ならびに一方向複合材料の衝撃吸収エネルギが増加した．
これは，母材に添加した高ひずみ速度下において，サブミクロンガラス繊維と母材との間に剥離が生じ，母材中の弾性波の進展を阻害したためと考えられる．現在は，より詳細にサブミクロンガラス繊維添加の効果を調査中である．
また，炭素繊維において，その表面改質（サイジング処理）が，炭素繊維/エポキシ樹脂間の界面せん断強度におよぼす影響を，異なるひずみ速度下で調査したところ，現在一般に使用されているサイジング処理による界面せん断強度向上効果は，ひずみ速度の増加に伴って減衰することを見出した．この繊維表面処理の効果については，より詳細な調査を，来年度に向けて実施予定である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は主に，衝撃荷重下における繊維-樹脂界面特性の評価および，複合材料の衝撃特性の評価を行い，おおむね当初の想定通りに研究が進捗している．またサブミクロン繊維による樹脂の改質についても，サブミクロンガラス繊維による母材改質が，高ひずみ速度下における界面せん断強度ならびに，複合材料の衝撃特性の向上に有効であることを見出した．以上より，おおむね順調に研究は進展していると判断する．
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は，サブミクロンガラス繊維添加による高ひずみ速度下での界面せん断強度向上の詳細なメカニズムを解明すること，ならびに炭素繊維-エポキシ系において，高ひずみ速度下で界面せん断強度が低下するメカニズムを明らかにすることを予定している．また，落錘衝撃試験によって，より現実的な複合材料の衝撃特性を調査し，繊維-樹脂間のミクロな現象から複合材料総体としてのマクロな特性までを一貫して議論することを検討している．
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