C/C複合材料の高温における層間剪断強度

Abstract

剪断強度への繊維配向の影響を検討するために2種類の炭素繊維強化炭素複合材料(C/C複合材料)試料AおよびBについて層間剪断強度(ILSS)測定を行った。試料A(C/C-501、大和田カーボン)は平織布で補強し、試料B(BN-M、新日鉄化学)はランダム切断短繊維で補強した。目違い切欠き圧縮法により高温におけるILSSを測定した。試料Aの室温におけるILSS値は試料Bの2分の1であった。両形式の複合材料のILSS値は共に測定温度上昇とともに増加した。室温でテストした試料A特有の破壊表面は平坦な表面を示し、剪断破壊は炭素繊維布とマトリックスの間の層剥離に起因した。試料Bについては、繊維プレフォームの明確な境界面が認められず、剪断破壊は特定の部分からではなく、プレフォーム内にランダムに分布している微細亀裂から始まるように思えた。高温においては、すべての試料破壊面は凹凸であることが分かった。この結果は、高温下で測定したILSS値は、内部残留応力の解放と前から存在した亀裂の閉塞により室温で測定した値よりも高くなることを示唆した。

Interlaminar Shear Strength (ILSS) measurements were performed on two kinds of C/C composites (sample A and B) to study the effect of fiber orientation on the shear strength. Sample A (C/C-501, Ohwada Carbon Co.) is reinforced with plain-woven cloths (2D-C/C), and sample B (BN-M, Nippon Steel Chemical Co.) is reinforced with random chopped fibers. ILSS was measured at elevated temperatures by a double notched compression method. Sample A was found to be one half of sample B in value of ILSS at room temperature. The ILSS of both types of composites increased with increasing measurement temperature. The typical fractured surfaces of sample A tested at room temperature showed flat planes and the shear failure was caused by the delamination between CF (Carbon Fiber) cloths and matrices. As for sample B, the boundaries of the fiber preforms were not observed clearly, and the shear failure seemed to initiate not from the special portions but from the randomly distributed microcracks within the preforms. At high temperatures, the fractured surfaces of all samples were found to be rough. The results suggest that the values of ILSS measured at high temperatures became higher than those measured at room temperature because of release of the internal residual stress and closure of preexisting cracks.