平 成 １ ９ 年 度 熱可塑性樹脂複合材料の機械工業 ... - 素形材センター

2.2 複合材料としての材料物性
複合材料の諸特性は、繊維に依存するものと樹脂に依存するもの、界面特性に依存する
ものにある程度峻別できる。上記、熱可塑性樹脂複合材料の歴史で触れたように熱硬化性
樹脂と比較した場合の熱可塑性樹脂のメリットは高靭性である。高靭性であることが熱可
塑性樹脂複合材料の材料物性を特徴づけている。複合材料の引張特性は繊維の弾性率なら
びに強度が支配的である。そのため、熱硬化性樹脂であれ、熱可塑性樹脂であれ大きな違
いは見られない。一方、層間破壊靱性や 45°引張試験などは樹脂の特性が支配的であるた
め熱硬化性樹脂のその特性を大きく上回る。一方で、熱可塑性樹脂の中には、樹脂弾性率
が小さいものもある。その場合、樹脂の弾性率が支配的である圧縮特性などは期待するこ
とができない。しかし、樹脂靭性の向上は航空機で重要視される衝撃後圧縮強度の向上に
役立っている。図 2.2-1 にエポキシ樹脂および熱可塑性樹脂(PEEK)を用いた場合の衝撃
試験後の内部損傷面積を超音波探傷装置を用いて評価し、比較したグラフを示す。このグ
ラフからも PEEK 樹脂を用いることにより、通常エポキシ樹脂よりも耐衝撃性が優れてい
ることがわかる。エポキシ樹脂の 3501-6 では、損傷面積がその他の対象材料に比べて極め
て大きくなっている。
図 2.2-1 衝撃エネルギーと損傷面積の関係 (24 プライ擬似等方性積層板) 1)
同様に、衝撃後の圧縮強度を評価したグラフを図 2.2-2 に示す。このグラフから熱可塑性
樹脂複合材料が内部損傷面積の大きさによらず、圧縮強度の低下率が低いことがわかる。
- 26 -