複合材料の強化材のアスペクト比と強化効果

Halpinの式から、強化繊維のアスペクト比が大きいほど、複合材全体の強化効果が上昇するということはわかるのですが、直感的なイメージで理解できません。アスペクト比が大きければ連続繊維とみなせるからなのでしょうか？それもよくわかりません。
どなたか教えてください。よろしくお願いします。

No.1 回答者： my3027 回答日時： 2008/03/10 01:22

Halpinの式は知りませんが、アスペクト比が高いという事は針状の形状という事です。

それであれば、繊維方向がランダムの場合は繊維はあらゆる方向に配行し、同一方向より強度が増します。逆にアスペクト比が低い場合、粒状に近くなりランダムに配行しても強度は低いと思われます。

こんなイメージかなと思います。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。それについてはよくわかりました。
では、ランダムではなく一方向に配向させた場合、アスペクト比が高いほうが有利なのはなぜなのでしょうか？

お礼日時：2008/03/10 15:05

No.2 回答者： chem_navi 回答日時： 2008/03/10 02:13

アスペクト比が大きい針状の場合，マトリックス（高分子）の熱運動を抑制して剛直にする効果が大きくなります．

熱力学的には，エントロピーを減少させる方向に向かうことから，ポリマー自身のバネ係数を大きくとることができるので，弾性率等に代表される複合材料特性の向上が見込まれます．

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
＞「マトリクスの熱運動を抑制して～」
という部分は、高分子を硬化させるとき（複合材料成形時）にそういった効果が現れるということなのでしょうか？

お礼日時：2008/03/10 15:12

No.3 回答者： my3027 回答日時： 2008/03/10 20:31

>ランダムではなく一方向に配向させた場合、アスペクト比が高いほうが有利なのはなぜなのでしょうか？

よくわかりませんが、一方向に高アスペクト比で配向した場合、複合材全体の強度が上がるんですか？配向方向に上がるのは理解できますが(繊維長が長くなりからみつきく部分が多くなる）、直角方向も上がるのは理解できませんね。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。私も直角方向についてはよくわからないです。しかし私が疑問に思っていたのは配向なので、直角方向についてはノータッチで大丈夫です（笑　質問が下手で申し訳ないです。
いろいろと勉強して、自分の疑問を整理したのですが、結局「高アスペクト比であれば連続繊維とみなせるのか？」ということに落ち着きました。変な事を質問してしまいましたが、「連続繊維とみなすには実際に試験や解析をしてみて、強化繊維がどの程度応力を負担するかを調べる事が必要」という考えに至りました。
質問下手な自分にお付き合いいただき、ありがとうございました。

お礼日時：2008/03/10 23:23

No.4 回答者： chem_navi 回答日時： 2008/03/11 01:00

はい，おっしゃる通りです．固めるときに効果が表れます．

ただし，固めるときに強化剤をうまく分散させないと，固めたときに強化剤があちこち向いてしまうので，そのあたりは成型加工に関する工学的なテクニックが要りそうです．

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。そうですか、成形時の問題としてもアスペクト比が関わってくるのですね。参考になりました、ありがとうございます。

お礼日時：2008/03/11 17:03