ミクロコンポジットを用いた高分子系複合材料の界面効果に関する解明

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11450256
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 湘南工科大学
• 研究代表者: 幾田 信生 湘南工科大学, 工学部, 教授 (30277941)
• 研究分担者: 森井 亨 湘南工科大学, 工学部, 講師 (50230090) ; 谷本 敏夫 湘南工科大学, 工学部, 教授 (90179854)
• キーワード: 複合材料 / プラスチック / 強化繊維 / 表面処理 / シランカップリング剤 / 界面強化 / 界面領域

研究概要

複合材料の特性解明には繊維あるいはウィスカ形態の強化材料とマトリックス材料間の界面効果が重要である。そのために、種々の複合材料における界面について今まで検討されてきた。その中でプラスチックをマトリックスとする高分子基複合材料では他のセラミックや金属をマトリックスとする複合材料に比べて界面構造と強化機構について明瞭でない。
そこで、本研究では繊維近傍の界面領域の構造変化と界面せん断応力とその分布についてミクロコンポジットを用いて検討することにした。繊維の表面処理としてはシラン処理を取り上げ、界面領域における挙動を検討した。
顕微FTIRを用いることによってシラン処理繊維の近傍にある樹脂はマトリックス樹脂と異なる構造を有していた。この異なる構造を有する樹脂領域を樹脂変性界面領域と名づけた。この領域はシラン剤の処理量に応じて大きくなった。最大の広さとしてビニールエステル樹脂ではおよそ200μmから300μmを示した。シラン剤は一般的にガラス繊維と固着するが、その一部はガラス繊維と固着することなく、物理化学的に界面に存在する。このような結合状態の相違は界面強化に著しく影響した。しかし、界面領域の広さにはこのような結合状態の差異は影響しないことが分かった。したがって、樹脂変性界面領域の形成は界面強化に影響しないものの、複合材料の破壊過程における凝集破壊進展には影響を及ぼすものと推測された。
複合材料の重要な材料特性として取り上げられる破壊靭性では凝集破壊が寄与しやすいので、樹脂変性界面領域は破壊靭性に影響を及ぼしやすいと見られた。

研究成果

• [文献書誌] 幾田信生: "Properties of High-condensed Silane Oligomers on Composite Interface"Proc.6th Japan International SAMPE Symposium. 2. 941-944 (1999)
• [文献書誌] 幾田信生: "Another Effect of Silane on GFRP -improvement of Resin Impregnation into Glass Cloth with Silane-"Proc.6th Japan International SAMPE Symposium. 2. 899-902 (1999)
• [文献書誌] 幾田信生: "Contribution Silane Interface on Mode II Fracture Toughness in Unidirectional Composites"Proc.6th Japan International SAMPE Symposium. 2. 937-940 (1999)
• [文献書誌] 幾田信生: "Microscopic FT-IR Study on Denaturation of Thermosetting Resin Near Glass Fiber Surface with Silane"Proc.6th Japan International SAMPE Symposium. 2. 903-906 (1999)
• [文献書誌] 谷本敏夫: "Fabrication of Long Fiber SiC/SiC Composite Laminates Using Preimpregnated Sheets"Proc.6th Japan International SAMPE Symposium. 2. 1233-1236 (1999)
• [文献書誌] 谷本敏夫: "The Effect of Fiber Surface Treatment on the Fatigue Properties of GFRP Laminates"Proc.6th Japan International SAMPE Symposium. 2. 1197-1200 (1999)
• [文献書誌] 谷本敏夫: "Damage Analysis of Interleaved CFRP"Proc.3th Japan-China Conference on Composite Materials. 59-60 (1999)
• [文献書誌] 森井亨: "Influence of Ultrasonic Vibration Frequency on Acceleration of Hydrothermal Aging of FRP"Journal of Thermoplastic Composite Materials. 12. 465-476 (1998)
• [文献書誌] 森井亨: "Interfacial Effect on the Mechanical Properties of Glass/Phenolic Composite"Advanced Composites Letters. (in press).
• [文献書誌] 森井亨: "Influence of Fiber and Resin on Physical Properties of Glass Fiber Reinforced Phenolic Composites"Proc.6th Japan International SAMPE Symposium. 2. 929-932 (1999)
• [文献書誌] 森井亨: "Influence of Silane Treatment Condition on Mechanical Properties of Al(OH)_3/vinylester Composites"Proc.6th Japan International SAMPE Symposium. 2. 933-936 (1999)