| 研究概要 |
高強度・高弾性繊維として,有機繊維であるアラミド繊維,セラミックス繊維であるアルミナ繊維,SiC繊維,Si-C-Ti-O繊維を選び,単繊維の機械的性質に及ぼす水環境,真空環境,電子線照射,紫外線照射効果について検討を加えるとともに,原子間力顕微鏡(AFM)による原子オーダの繊維表面の3次元形状を評価して,損傷と変形機構について検討を加えた。アルミナ繊維,SiC繊維,Si-C-Ti-C繊維の引張強度は水環境の影響を強く受け,真空環境,大気中,浸潤環境の順に環境中の水分量が多いほど強度が低下すること,また,引張速度が小さく,環境にさらされる時間が長くなるほど強度が低下することを明らかにした。さらに,繊維の強度の環境依存性を反映して,アルミナ繊維一方向強化アルミニウムの真空環境中の繊維方向引張強度と疲労強度が大気中強度に比べて大きく上昇することを示し,複合材料の強度は特に試験片表面の影響を強く受けることを示した。また,AFMを用いて繊維表面のナノメータオーダの損傷について詳細に観察して,水分子によるSCGにより生じた微小損傷を可視化することに成功するとともに,その微小損傷は水環境と応力保持の送受効果により一層顕著になることを示し,繊維劣化機構について考察を加えた。また,アラミド繊維については,吸水と真空環境にさらすことにより引張強度が低下すること,また真空環境中に放置した後、空中に環境を変動することにより,さらに強度が低下することを明らかにした。また,アラミド繊維一方向強化エポキシ樹脂基複合材料の真空中の引張・疲労強度は、繊維強度に応じて,空中放置材の空中強度に比べて低下すること,複合材料における強度低下は繊維の引張強度低下よりも大きくなることを示した。さらに,繊維表面をAFMにより詳細に観察することにより,アラミド繊維では,吸水と真空環境に放置することにより、「ふくれ」と「溝」状損傷が生じて,繊維スプリッティングが促進されて強度が低下することを明らかにした。また,アラミド繊維は,電子線照射により繊維方向引張強度が低下すること,また,紫外線照射により横方向弾性係数が低下することを明らかにするとともに,照射による表損傷をナノメータオーダで可視化し,その破壊機構について考察を加えた。
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