炭素繊維、ガラス繊維及びケブラー繊維の複合材料の補強繊維の弾性及び引張強度
- 2021-12-24
現在、複合材料用の一般的な補強繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、ケブラー(アラミド)繊維の3種類が一般的です。
複合補強に使用される場合、繊維は材料の性能基準を定義することができ、構造の設計における荷重を支える役割を担っているが、樹脂マトリックスは主に繊維に荷重を伝達する役割を担っている。要するに、ファイバー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種類の補強繊維については、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ります。
繊維を選択する際には、繊維弾性率、引張強さ、圧縮強さ、靭性、剛性、電気伝導性、化学/腐食などの要因と特性があります
何千もの材料特性から選択する必要がありますが、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、最良の原材料を示すことができます。一般的に、複合構造は、最終的な使用に必要な設計要件を満たすために、複数の種類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ファイバー特性は無数にありますが、以下の高度な機能は設計目的を定義するための高度な機能を提供します。
繊維弾性率とは、荷重が増加したときに繊維が経験する長さの変化を指します。
この荷重には圧縮または引張があります。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、材料の剛性を示す。与えられた応力/ひずみ曲線上で、それは直線の傾きと呼ばれる。
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、弾性率で分類されます。一般的に、炭素繊維、ガラス繊維、ケブラーを用いた複合材料は、すべて脆性材料に分類されます。より多くのプラスチック材料や非脆性材料と比較して、破断時の伸びはほとんどありません。
引張強さとは、材料が伸びたときに荷重に耐える能力のことです。
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荷重です。図に示すように、炭素繊維は強度と強度重量比に優れています。例えば、東レt800sの強度/重量比は表のように3266にもなります。すべての補強繊維の中で最も高い値。しかし、sグラスファイバーとeグラスファイバー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素材です。上記の表に示すように、ケブラー繊維のバルク密度はわずか1.44g/cm^3です。ケブラーの究極強度は、強度重量比ではガラス繊維を上回りますが、炭素繊維よりもわずかに低いです。経済的に究極の強度を唯一の設計基準とするなら、eガラス繊維が第一選択だ。
