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「 機械設計 」連載 第二十五回 吸水によって大きく変化するFRP特性と吸水のメカニズム

2021-01-13

吸水によって大きく変化するFRP特性と吸水のメカニズム

( The image above is referred from https://pub.nikkan.co.jp/magazines/detail/00001001)

連載開始に関するお知らせについてはこちらをご覧ください。

 

日刊工業新聞社が発行する月刊誌、「 機械設計 」において

「これからの設計に必須のFRP活用の基礎知識」

という題目での連載の第二十五回目です。

 

2021年2月号の連載では

吸水によって大きく変化するFRP特性と吸水のメカニズム

という題目で書いています。

 

2021年2月号は以下のURLから概要をご覧いただけます。

https://pub.nikkan.co.jp/magazines/detail/00001001

 

FRPは強化繊維とマトリックス樹脂から構成される複合材料です。この二種類の構成材料のうち、マトリックス樹脂は様々な環境変化によって特性が変化しやすい高分子を適用しており、その特性変化をもたらす代表的な外的要因の一つが「水分」です。

湿度に加え、降雨や水に浸漬されるといった様々な水に関する環境変動は、FRPの以下のような特性に影響を与えます。

・強度

・弾性率

・寸法

・ガラス転移温度

そのため、FRPの特性評価では吸水状態での材料試験やFRP吸水メカニズムの理解が不可欠ですが、以下のようなポイントがあります。

・吸水によるFRP材料特性評価は引張では評価できない

・FRPへの水の拡散現象はフィックの法則(Fick’s law)で概ね説明できる一方、吸水/脱水を複数回繰り返す場合は深さ方向に関する関数を導入したBarrieらが提案したモデルを適用する必要がある

・長時間の水浸漬によるFRPの吸水挙動の予測にはフィックの法則は適用できず、吸着する水と離脱する水という考え方を取り入れた Langmuir equation の導入が必要である

FRPという吸水現象を過去の知見はもちろん、最新の研究結果も踏まえて概要をまとめています。

 

上記のような事実をほとんど知らずにFRP材料を用いた設計をしている方もいるのではないでしょうか。やはり、何事も技術の基本理論を一つひとつ抑え、吸水という一見単純な現象に対しても真摯に目を向けることが重要だと思います。

 

水にさらされる可能性のある環境下でFRPを適用される方、FRPの吸水現象について基本を知りたい方にはご一読いただきたい内容です。

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