| 研究概要 |
繊維強化プラスチック(FRP)は比強度・比剛性に優れることからさまざまな極限環境で用いられている.また,耐食性に優れることから腐食環境で多く用いられている.そのような環境における長期耐久性を向上させるために,腐食環境下におけるFRPの破壊メカニズムの解明が求められる.本研究ではFRPの構成基材である繊維や界面の劣化に着目し,IFRPの破壊現象への影響を調査した.また,構成基材は母材樹脂に覆われることから,母材を拡散した環境因子によって劣化する.拡散速度という点においては酸イオンよりも水分の方が非常に大きいことから,調査する環境因子は水とした.そこで,繊維強度については,水環境下における繊維単体の強度低下を調査した.Eガラス繊維束を水環境,および湿潤環境においたところ,時間経過にしたがって引張強度が低下することが示されたが,いずれの環境下でも強度は収束していくことが明らかとなった.次に強度低下の応力依存性を明らかとするために,Eガラス単繊維を試験片として水中において一定応力を負荷し破断時間の測定を行った.この結果,応力依存性の遅れ破壊を生じることが示された.このとき得られた破断時間分布は,繊維表面に破壊の起点となる初期欠陥が存在し,これが応力と水分の2つを因子として成長することで強度が低下すると仮定して,予測を行った.これは実験結果とよい一致を示し,本モデルを用いてFRPにおける環境依存型の繊維強度の予測可能であることが示された.次に,腐食環境下における巨視的なき裂進展と微視的な内部損傷の関係を求めるため,き裂進展時の界面はく離に着目した.水環境下においては拡散した水分によって内部における界面強度が低下し,はく離も生じやすくなる.モデル試験片により,吸水状態と巨視的き裂進展時のはく離長さの関係を求めたところ,はく離は顕著となり,き裂進展抵抗が変化していくことが明らかとなった.
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