ASTM D6671 に準拠した CFRP の MMB 試験

はじめに

強度や耐久性が要求される航空機材料等を中心に，従来材料よりも比強度・比剛性が高く，酸化して錆びることのない炭素繊維強化プラスチック（CFRP）の適用が検討されています。しかし，CFRP 積層材において優れた力学特性を示すのは，強化された方向（繊維方向）に限り，強化されていない方向（層間方向等）の強度は著しく低くなることが知られています。 また，CFRP 積層材は衝撃に弱く，CFRP 積層材が面外から衝撃を受けると材料内部に層間剥離等の損傷を生じます。そのため，設計や製品開発において，材料内部の損傷が強度に及ぼす影響を考慮する損傷許容設計が取り入れられています。損傷許容設計を行うためには，層間のき裂伝播の抵抗を明らかにする必要があり，破壊じん性試験が行われています。均質等方性材料では，一般的に破壊じん性試験としてモードⅠ（開口型）のみを行っていますが，樹脂マトリクスと繊維から成る複合材料は異方性を示すため，モードⅠだけでなくモードⅡ（面内せん断型），モードⅢ（面外せん断型）やこれらの混合モードの評価も重要となってきます。 MMB 試験（the Mixed Mode Bending Test）はモードⅠとモードⅡの混合モードの試験を行うことができ，連続的にモードⅠとモードⅡの比を変えられることや，モード比がき裂進展によってほとんど変化しないといった特徴があります。均質等方性材料ではじん性の評価として，応力拡大係数 K を用いることが多いですが，異方性材料である複合材料においての層間破壊では応力拡大係数 K の 2 乗に比例したエネルギー解放率Gで評価することが一般的です。 今回は ASTM D6671 に準拠した MMB 試験を行い，モード比（全エネルギー解放率に対するモードⅡのエネルギー解放率の割合）GⅡ/G = 0.16，0.30，0.50，0.70 の 4 条件について臨界エネルギー解放率 Gc を求めました。