炭素繊維複合材料 (CFRP) の製造・構造・物性と特性評価法を理解するための基礎講座

代表的な軽量・高強度材料である炭素繊維複合材料 (CFRP) は、原料繊維の紡糸、熱安定化処理、炭素化処理、表面処理、樹脂の含浸、プリプレグの積層やフィラメントワインディング、樹脂の硬化、切断等の後加工を経て製造されますが、このように非常に手間の掛かる工程を経ることが優れた力学特性の発現に繋がっています。 　その巧みな強度発現手法や製造法を理解するためには、物理、化学、物理化学、レオロジー、材料力学、破壊力学など広範な分野の基礎知識が必要です。 　この講座では、CFRPについて勉強を始めた方、この材料を取り扱うことになった方、今後利用を検討している方向けに、CFRPの強度発現機構や特性評価法などを理解するための基礎的事項を一通り概説します。

1. CFRPの多様な強化形態・応用事例
2. 炭素繊維・CFRPの物性
3. 物質を繊維化して再び結合することのメリット
4. マトリックスから繊維への応力伝達
5. 繊維特性・樹脂特性・繊維配向と複合材料の弾性率の関係
   1. 複合則、Halpin – Tsaiの式
   2. 積層理論
   3. 応力・ひずみ・弾性率等のテンソル量を座標変換する方法
6. 高分子の破壊
   1. 破壊のエネルギー条件と応力条件
   2. 強度・破壊靭性
   3. 延性・脆性と高分子の絡み合い
   4. ネッキング
   5. クレージング
7. 繊維特性・界面特性・繊維配向と複合材料の強度の関係
   1. 破壊のクライテリオン
   2. 強度の異方性
   3. 界面特性の最適化と繊維の多重破断
8. CFRPの力学特性・界面特性の評価法
   1. 実用複合材料を用いた測定
   2. モデル複合材料を用いた測定
   3. ラマン散乱・複屈折を用いた測定
   4. 接着強度の測定
9. 炭素繊維の構造
10. 炭素繊維・CFRPの製造
    1. 炭素繊維の製造
    2. 熱可塑性樹脂の結晶化・ガラス転移
    3. 熱硬化性樹脂の硬化・TTT線図の見方
11. 炭素繊維の単繊維引張特性の解析法
    1. ワイブル分布に基づく解析法
    2. グリフィスの式に基づく解析法
    3. 到達可能強度の推定
12. 炭素繊維の軸方向圧縮特性の評価法と構造との関係
    1. 単繊維・一方向複合材料の軸方向圧縮強度の評価法
    2. 炭素繊維の軸方向圧縮強度と構造の関係
13. 炭素繊維の構造解析法
    1. 広角X線回折による結晶の解析
    2. 小角X線散乱によるナノボイドの解析
• 質疑応答・名刺交換