Effect of Specimen Size on the Strength Properties in Glass Short Fiber Reinforced Phenolic Resin Matrix Composite

1 緒 言 金属材料で構成された構造物を低コストで大幅に軽量 化するため,短繊維強化樹脂複合材料(Short Fiber Reinforced Plastic ; 以下,SFRPと記す)へ代替する手 段がある.SFRPは,母材樹脂の高性能化によって高い 強度特性が発現可能となってきている.そのため,過酷な 力学的環境下での使用や,一次構造部材への適用も可能 になりつつある.一般に,SFRPの破壊挙動は金属材料 と異なり,樹脂割れ,繊維破断や抜けが絡んだ複雑な挙 動を示す.また,SFRPは強度のばらつきが大きく,製 品の安全性を保証するため個別の要素試験や試作を繰返 し,信頼性を確認する必要がある.今後,SFRPを製品 へ展開するためには,信頼性の高い強度設計技術を確立 して試験や試作を低減することが急務である. 本研究は,耐熱性と機械的特性に優れ自動車用部品へ の展開が期待されているガラス短繊維強化フェノール樹 脂複合材料 1)(以下,G/P材)の強度設計技術の確立を 目的とする.これまで著者らが取り組んできたG/P材の 強度評価に関する研究 2), 3)の一部において,4点曲げ強 度が 2母数ワイブル分布に従うことを示した.3)これに関 連する研究としてHashemiら,4)Wangら 5)の報告があり, いずれも寸法の異なる SFRP材試験片の強度分布をワイ ブル分布 6)で整理し,その寸法効果について論じている. 以上から,SFRP材を適用した構造設計において,応力 分布から構造物に発生する最大応力を算出して材料強度 データと比較する決定論的評価ではなく,構造物の形状, 応力分布,およびワイブル係数から計算される有効体積 を用いた確率論的評価 6)を取り入れることにより,信頼 性の高い強度設計技術が構築できると考えられる. 本報告では,繊維含有量,形状,大きさ,および負荷 方式の異なる G/P材基本試験片を用いた強度試験を行 いワイブル係数を取得し,強度に及ぼす寸法効果につい て述べる.そして,構造体を模したG/P材試験体を用い て確率論的強度評価の有効性について論じる. 2 試験材料および試験方法 2・1 試験片材料 G/P材の組成を Table 1に示す.ガラス繊維は繊維長 6mm,繊維径 10μmのものを用いた.ガラス短繊維体積 含有率(以下,Vf)を 0%,20%,50%(以下,0.0Vf, 0.2Vf,0.5Vfと記す)の 3種類として,トランスファ法で 成形した.成形条件は,金型温度 140~ 160°C,プレス 圧力 20MPa,硬化時間 250secとした. ガラス短繊維強化フェノール樹脂複合材料の 強度特性に及ぼす試験片寸法の影響 澤 田 貴 彦 青 山 博 Effect of Specimen Size on the Strength Properties in Glass Short Fiber Reinforced Phenolic Resin Matrix Composite