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複合材料用強化繊維の弾性率と引張強度 2024-07-16

現在、複合材料の一般的な強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、ケブラー(アラミド)繊維の 3 種類が一般的である

複合強化材に使用される場合、繊維は材料の性能基準を定義することができ、設計構造において耐荷重の役割を果たす一方、樹脂マトリックスは主に繊維に荷重を伝達する役割を果たします。

つまり、ファイバーの種類の選択は設計プロセスの不可欠な部分です。




上記の 3 つの強化繊維については、特定のプロジェクトにどの材料を使用するかを決定する際に、比較検討する必要がある数千の特性が存在することがよくあります。

使用する繊維を選択する場合、弾性率、引張強さ、圧縮強さ、靱性、剛性、導電性、耐薬品性/耐食性などの要素と特性はすべて重要です。




選択できる材料特性は数千ありますが、プロジェクト設計の開始時に適切な繊維を選択することで、プロジェクト全体の課題を効果的に軽減し、最適な原材料を特定することができます。

通常、複合構造は最終用途に必要な設計要件を達成するために複数の繊維を使用します。構造部品の最終用途をさらに定義できる繊維特性は無数にありますが、次の高度な機能は、設計の目的を定義するための高度な機能を提供します。

繊維弾性率は、増加した負荷を受けたときに繊維が受ける長さの変化です。この荷重は圧縮または引張の場合があります。計算方法は、応力をひずみで割ったものです。弾性率は通常、材料の剛性を示します。特定の応力/ひずみ曲線では、それは線の傾きと呼ばれます。




ほとんどの繊維は、複合材料の剛性を決定するのに役立つため、弾性率によって分類されます。


一般に、カーボンファイバー、グラスファイバー、ケブラーを使用した複合材料はすべて脆性に分類され、プラスチックや非脆性材料と比較して、破損時にほとんど伸びません。[74]

引張強さは、材料が伸ばされたときに荷重に耐える能力です。これは、繊維が永久変形する前に加えられる最大の力または荷重です。図に示すように、炭素繊維は強度と強度重量比の点で優れています。たとえば、日本の東レ T800S の強度重量比は最大 3266 です。 、表に記載されているすべての強化繊維の最高値。ただし、S ガラス繊維と E ガラス繊維の間には大きな違いがあります。[77]
密度の点では、ケブラーは最も軽い素材であり、上の表に示されているように、ケブラー繊維の本体密度はわずか 1.44g/cm3 です。ケブラーの極限強度は最も低くなりますが、強度対重量比の点ではグラスファイバーを上回りますが、カーボンファイバーよりはわずかに低くなります。経済的な観点から、極限強度が唯一の設計基準である場合、e-グラスファイバーが第一の選択肢となります。




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