複合材料中の層間接着強度に及ぼす残留応力の影響

摘要

現在，様々な産業分野において既存の材料の特性·機能の限界を超えた新素材が求められている。このような背景から，繊維と樹脂といった異種素材を複合させ，それぞれ単独では達成できないような優れた性質を発揮させようとする“複合材料”の研究開発が活発に行われている。繊維強化複合材料において，もとの素材の特徴を活かして，更に優れた特性を得るためには，複合材料の構造（微細構造や相構造，界面構造）と物性との関連性についての知見が必要である。“接着”と繊維強化複合材料の構造との関係に着目すると，「繊維-樹脂間の接着」，「層間の接着」の良し悪しが複合材料の特性に大きな影響を与えることが知られている。一般に高強度である長繊維強化複合材料は，繊維方向と繊維直交方向の間で機械的特性に異方性を有するため，変形初期に接着部での剥離を生じる可能性が大きい。これを抑制するため，繊維-樹脂間の接着においては，例えば辻岡らは繊維の表面処理剤（サイジング剤）の有無が接着強度に与える影響について報告している。また層間に微粒子を分散させたインタレイヤを形成させることによって層間の接着性を向上させる方法も報告されている。一方，接着現象そのものについて目を向けると，接着部に生じる内部応力の重要性が指摘されている。繊維強化複合材料を構成する繊維と樹脂は，多くの場合，その線膨張係数が異なることから，作製時の温度サイクル下において内部応力（残留応力）が生じることが知られている。しかし，これらの研究で対象としている残留応力は成形時に不可避的に発生したものであり，積極的に残留応力を内部に生じさせ，接着への影響を議論したものは筆者らの知る限り殆ど無い。