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、プリプレグの積層やフィラメントワインディング、熱硬化性樹脂の硬化、最終製品への加工等を経て製造されますが、このような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、材料力学、破壊力学、レオロジー、高分子材料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、新たに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、力学物性を中心にCFRPについて理解するために必要な基礎的事項を一通り概説します。

1. 繊維強化複合材料とは
   1. 一旦繊維化して再び結合するメリット
   2. CFRPの多様な強化形態・応用例
2. 高分子とは
   1. 高分子のサイズ
   2. 高分子の様々な高次構造
   3. 熱可塑性樹脂の融解・結晶化・ガラス転移
   4. 熱硬化性樹脂の硬化過程・TTT線図の見方
   5. 温度 – 時間換算
   6. 高分子の比熱・熱伝導・熱膨張係数
3. 炭素繊維・CFRPの製造・構造・物性
   1. 炭素繊維・CFRPの製造
   2. 炭素繊維の構造
   3. 炭素繊維の物性
4. 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
      (なぜ引張って降伏することをせん断降伏と呼ぶのか?)
   4. 短繊維強化複合材料内でのマトリックスから繊維への応力伝達
5. 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
   6. 接着剤・粘着材における剥離速さと強度の関係
6. 複合材料の破壊
   1. 破壊のクライテリオンとは
   2. 強度の異方性
   3. 繊維特性・界面特性の最適化
7. CFRPの力学特性・界面特性の評価法
   1. 実用複合材料を用いる評価法
   2. モデル複合材料を用いる評価法
   3. ラマン散乱・複屈折を用いる評価法
8. 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
9. 炭素繊維の軸方向圧縮強度
   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
10. レオロジーの基礎概念
    1. 粘弾性とは
    2. 様々な粘弾性チャートの見方
• 質疑応答・名刺交換