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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、炭素繊維、ガラス繊維、ケブラー(アラミド)繊維の3種類があります。

複合材料の強化に使用される場合、繊維は材料の性能基準を定義し、設計構造における荷重支持の役割を果たす一方で、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、繊維タイプ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使用する材料を決定する際に、何千もの特性を考慮する必要があることがよくあります。

弾性率、引張強度、圧縮強度、靭性、剛性、電気伝導性、耐薬品性/耐腐食性などの要因と特性はすべて、使用する繊維を選択する際に重要です。




選択できる材料特性は何千とありますが、プロジェクト設計の開始時に適切な繊維を選択すると、プロジェクト全体の課題が効果的に軽減され、最適な原材料が示されます。

通常、複合構造では、最終用途に必要な設計要件を満たすために複数の繊維が使用されます。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、繊維が負荷の増加を受けたときに生じる長さの変化です。この負荷は、圧縮または引張です。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、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、炭素繊維、ガラス繊維、ケブラーを使用した複合材料はすべて脆性として分類され、より可塑性が高い、または脆くない材料と比較して、破損時に伸びがほとんどないかまったくありません。

引張強度は、材料が伸ばされたときに負荷に耐える能力です。これは、繊維が永久に変形する前に加えられる最大の力または負荷です。図に示すように、炭素繊維は強度と強度対重量比の点で利点があり、たとえば日本の東レT800Sの強度対重量比は最大3266で、表に記載されているすべての強化繊維の中で最も高い値です。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。

密度の点では、ケブラーは最も軽い材料で、上の表に示すように、ケブラー繊維の体密度はわずか1.44g / cm3です。ケブラーの極限強度は最も低いですが、強度対重量比で見るとガラス繊維を上回りますが、炭素繊維より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-ガラス繊維が第一の選択肢となります。




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