ボイドがある場合のCFRP積層板強度への影響評価

摘要

炭素繊維強化プラスチック(Carbon fiber reinforced plastics; CFRP)は高比強度・高比剛性といった特長から航空宇宙用途を始めとする高い構造性能と重量軽減の両立が必要となる構造コンポーネントへの適用が拡大してきている．CFRPは炭素繊維と合成高分子樹脂からなる不均質な材料であり，繊維方向の引張強度や弾性率が繊維直交方向に対して非常に高いなど，機械的特性は強い異方性を持つ．このため，典型的な熱硬化樹脂であるエポキシ樹脂を適用した CFRP の場合，プリプレグを所定の構成で積層した後，オートクレーブ装置を用いて材料系に合わせて設定された温度と圧力をかけることで樹脂を硬化させて製造し，所望の材料特性を持つようにした積層板として使用されることが多い．この場合，温度条件は樹脂の化学反応を制御し，圧力条件は余剰の樹脂を押し出して層同士を密着させ，ボイド含有を最小にするものである．ボイドの原因としては樹脂中に溶け込んだ水分[1]，積層中やプリプレグ製造における樹脂の含浸中に取り込まれた空気などがあるが[2]，ほとんどのボイドはオートクレーブで高い圧力をかけることにより排出することができ，高い内部品質のCFRP積層板を製造することができる．