界面テイラリングによる機能性複合材料の創製

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10045052
• 研究機関: 湘南工科大学
• 研究代表者: 谷本 敏夫 湘南工科大学, 工学部, 教授 (90179854)
• 研究分担者: 森井 享 湘南工科大学, 工学部, 講師 (50230090) ; 幾田 信生 湘南工科大学, 工学部, 教授 (30277941)
• キーワード: 繊維強化複合材料 / 界面テイラリング / 制振材料 / 繊維表面処理 / 粒子分散 / 振動減衰 / 高分子複合材料 / 疲労特性

研究概要

複合材の積層界面にインターリーフ・フィルムを挿入することにより複合材料の界面のテイラーリングを行ない、CFRPの振動減衰特性を改善するための研究を実施した。さらにインターリーフCFRPと圧電セラミックスとをハイブリッド構造とすることで、より制振性に優れたインテリジェント複合材判の創製を試みた。疑似等方性積層の高強度炭素繊維/エポキシ積層材を供試材とし、インターリーフ材にはポリエチレンフィルムを用いた。結果として、積層層間にインターリーフ材を挿入することにより、振動エネルギーをフィルムのずり変形によって熱エネルギーに変換して吸収することによって高い振動減衰性能(振動損失係数の値で5〜50倍)が得られることが明らかになった。続いて、圧電セラミックスである、ジルコンチタン酸鉛(PZT)をインターリーフCFRPの両側面に貼り合せた適応構造とすることで振動減衰性能の相乗効果が得られ、アクティブに振動を制御できることが確認できた。
また、GFRPの繊維表面処理の相違(アミノシラン処理およびアクリルシラン処理)が疲労特性に及ぼす影響を検討した結果、繊維/樹脂界面特性の良好なアミノシラン処理を施したGFRPが高い疲労特性と信頼性を示した。
次に、CFRPの積層界面に六方晶窒化ホウ素(hBN)粒子を分散させることによる界面破壊靭性値に及ぼす影響を検証し、さらに疲労特性の改善を試みた。HBN粒子を層界面に分散させたCFRPは疲労過程に生じる内部発熱を熱伝導率の良好なhBN粒子が効果的に放熱した結果として、耐疲労性が改善されることが判明した。
終わりに、複合材料の界面テイラーリングに関するこれまでの研究成果を総合的に考察し、研究成果報告書を作成した。ミクロ界面、メゾ界面およびマクロ界面と各種機能性との相関性を考慮した材料設計指針として役立つとすれば望外の喜びである。

研究成果

• [文献書誌] T.Tanimoto: "The Design of a CFRP Passive Damper"Proceedings of SAMPE 2000. 645-656 (2000)
• [文献書誌] T.Tanimoto: "Damage Tolerant Behaviors of a Biomimetic CFRP Laminate"Proceedings of the 9th US-Japan Conference on Composite Materials. 493-500 (2000)
• [文献書誌] T.Tanimoto: "Property Tailoring of CFRP Laminates by Interleaving"Proceedings of the 2nd Asian-Australasian Conference on Composite Materials. 119-124 (2000)
• [文献書誌] T.Tanimoto: "Passive Damping of a CFRP/PZT Beam Structure"Proceedings of the 4th Japan-China Joint Conference on Composite Materials. 161-164 (2000)
• [文献書誌] J.K.Kim: "Effect of Surface Treatment on Mode II Imerlaminar Fracture Behaviour of Plain Glass Woven Fabric Composite : Part 1.Report of the 2nd Round-Robin Test Results"Composite Interfaces. vol.7NO.3. 227-242 (2000)
• [文献書誌] 幾田信生: "複合材料界面の相互作用"材料科学. 36・5. 224-225 (1999)
• [文献書誌] 幾田信生: "ケラチンタンパク質が示す複合材料ガラス繊維バインダーとしての界面効果"日本学術振興会繊維・高分子機能加工第120委員会年次報告. 87-90 (2000)
• [文献書誌] T.Morii: "Acoustic Emission Characteristics of Hydrothermally aged Al (OH) _3 Particle/Vinylester Composites"Design and Manufacturing of Composites. 3-8 (2000)
• [文献書誌] T.Morii: "Influence of Molding Condition on tensile Properties of Flat Braided Fabric Reinforced Phenolic Composite"Composites. PartA(in print). (2000)