| 研究概要 |
本研究は比剛性、比強度に大変優れている繊維強化プラスチック(Fiber Reinforced Platics,FRP)を用いて義歯を補強することを目的としており、まず義歯を補強するために用いるFRPの特性を調べるため、FRP積層板の繊維配向角が曲げ特性におよぼす影響について検討した。また積層板特有の現象であるカップリング効果について、実験結果および汎用有限要素法による解析結果からその影響についても検討を加えた。
炭素繊維を強化材とし、熱硬化性であるエポキシレジンをマトリックスとする単位層厚さが0.125mmのCF/EP一方向プリプレグを24枚ハンドレイアップし、一方向CFRP積層板を作製した。繊維配向角は0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°の一方向積層板を作製した。CFRP積層板の力学的特性を調べるために行った曲げ試験は(1)JIS規格で規定されている曲げ試験法(ロングスパン)(2)実際義歯などを補強することを考慮に入れたアスペクト比で設定した曲げ試験法(ショートスパン)の2通りの方法で行った。曲げ弾性率は(1)、(2)ともに0°材が最も大きく((1)132.8GPa,(2)118.1GPa)、繊維配向角が増加するに従いその値は低下し、90°材が最も小さい結果((1)10.0GPa,(2)10.2GPa)となった。また各繊維配向角における曲げ弾性率の変化も同様の傾向を示した。
カップリング効果の影響を受ける一方向材の15°から75°材においては繊維配向角が正方向と負方向の場合の垂直変位の値は異なることが実験的に分かった。また3次元有限要素法(Finite Element Method,FEM)解析結果より、繊維配向角の増加に伴い、一方向材のカップリング効果によるねじり変形と曲げ変形の混合モードが大きくなり、45°材がこれらの様子が最も大きくなることが明らかになった。
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