JPS6367551A - 繊維補強複合材料中の繊維分散性評価法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、繊維補強複合材料中の繊維が均一に分散さ
れた効率良い補強が行えているか否かを判別するために
、ＣＴ　（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ　Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ　
）法を利用する繊維分散性の評価方法である。

Ｃ従来の技術） 繊維補強複合材料の補強材としては、炭素繊維、アラミ
ド繊維、耐アルカリガラス繊維、ビニロン繊維などの無
機、有機系繊維、また、ステンレス繊維、鋼繊維などの
金属系繊維などが挙げられるが、この様な短繊維は、切
断時の加圧、運搬時の振動などにより、ｉＲｍ同志が絡
み合い凝集して塊状となってしまう。

この状態のままでは、マトシツクメ中に添加しても良好
な分散が得られず、はとんどの場合、この塊状繊維が欠
陥となって強度の低下をもたらし、効率の良い補強が行
えなくなる。従って、複合材料中における繊維の分散性
を非破壊的に評価する・ことが非常に重要となる。

現在唯一の実用的な分散評価方法としては、繊維補強複
合材料の試料を表面研磨して、その表面を顕微鏡により
写真撮影を打なうか、画像処理が行われている。また、
他の方法として、Ｘ線透過法により繊維複合材料中の繊
維の分散情況の評価を行うこともある。

上述の様な繊維補強複合材料の繊維分散評価法では、試
料の表面の情報だけしか得られず、また、試料の表面仕
上げに熟達と時間を要する。

また、透過法では、３次元的繊維の重なりか、繊維同志
が絡み合つ念塊状の繊維状態なのか判別しがたいといっ
た問題点がある。

一方、医療分野での使用が拡大されているＣＴスキャナ
の機能例としては、内部欠陥検査、密度。

組成分布測定、寸法形状測定等に利用されているのが現
状であり、繊維補強複合材料の繊維分散性評価には利用
されていない。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、繊維補強複合材料中の繊維が均一に分散、補
強が行えているかどうかの評価方法として、物質の比重
の違い、すなわち、Ｘ線吸収率の違いを利用したＣＴ法
を使用する方法である。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、繊維補強複合材料を、Ｘ線透過コンピュータ
ー断層法によって測定し、得られたＸ線吸収率より算出
されたＣＴ値のヒストグラム、プロフィールから、繊維
補強複合材料中の繊維分散性の評価を行う方法である。

即ち、次式で示されるように、物質のＸ線吸収係数より
計算されるＣＴ値で評価を行う方法である。

Ｉ　＝　Ｉｏ　ｅｘｐ　　（−μＸ〕 但し、ｘ：試料厚さ、μ：Ｘ線吸収係数ｒｏ：Ｘ線初期
強度、■＝材料通過後のＸ線強度 ＣＴ値＝（（μｍμａｉｒ）／μａｉｒ　）ＸＩ、００
０＋２１ 得られ７’ＣＣＴ値のヒストグラフの例を第１≠に示す
０ 横軸は、Ｘ線ＣＴで測定して得られたＸ線吸収率より計
算されたＣＴ値、縦軸は、材料中の各々のＣＴ値のカウ
ント数で、半値幅は、ＣＴ値とカウント数のプロフィー
ルにおけるピーク高さの半分高さでのピーク幅である。

これよｌ）、ＣＴ値のプロフィールから繊維補強複合材
料中の繊維が、均一に分散した均質な材料であるかどう
かが判別できる。

すなわち、指標方法の１つとして、例えば、半値幅を計
算することにより数値化もできる。つまり、繊維の分散
が不良の場合は、試料中のＸ線吸収率にばらつきがあり
、すなわち、ＣＴ値も広い範囲に渡って取ることになり
、従って半値幅が大きくブロードなピーク（または、複
雑なピーク）を示す。

一方、繊維の分散が均一であれば、Ｘ線吸収率が試料全
体で均一になり、ＣＴ値も狭い範囲を取ることになり、
従って半値幅は小さく、ピークは鋭くシャープな形を示
す。

また、第４図の点線で示した様な分散不良については、
繊維とマトリックスが分離しているためにＸ線吸収率の
違い、すなわちＣＴ値の違いが広く大きいために、偏っ
たピークを持ったグラフになる。

以下、実施例を上げて本発明を説明するが１本発明はこ
れらの実施例のみに拘束されるものではない。

（実施例） 実施例１ 普通ポルトランドセメン）（Ｃ）、骨材（Ｓ）、水（Ｗ
）・増粘剤（ＭＣ）を、以下の配合条件で混練し、増粘
剤の量を変えることにより炭素繊維（ＣＦ　、　４ｗｔ
　％　）の分散の程度の異なる試料を準備した。

配合条件：　　Ｓ／Ｃ＝０．５ Ｗ／’Ｃ＝０．６ ＭＣ／Ｃ＝Ｏ〜１．０ｗｔ　％ ＣＦ／（Ｃ＋Ｓ＋ＭＣ）”４ｗｔ％ 使用増粘剤：ヒドロキシ・プロピルｅメチルセルロース
（信越化学（株）、９０ＳＴ（−４，０００） 得られたＣＦ混入セメントモルタル混練物の硬化体をＣ
Ｆ法により測定し、得られたヒストグラムの代表例を第
２図に示す。縦軸にＣＴ値、横軸にそのカウント数を示
す。ｆａｒが分散不良のもので、ブロードなピークを示
し、（ｂ）が分散良好なもので、シャープなピークを示
している。

また、これより計算された半値幅の結果を第１表に示し
た。

この結果より、Ｘ線ＣＴ法により繊維の分散性を評価で
きることが分かる。

第　　１　　表 但し、ＭＣ：２ドロキシ・プロピル・メチルセルロース
（信越化学、９０ＳＨ−４，０００）セメントモルタル
ペーストの水／セ メント比は、０．６、ＣＴ値は、ＣＦ ”４ｗｔ％添加時のＣＦＲＣについて の値。

実施例２ ６．６ナイロン（宇部興産、２０２０　　ＵＷＩ　）を
マトリックス樹脂として、ガラス繊維（集束タイプ）を
３ｍｌ！長さに切断したものを、１，５　ｙｏｅ−％：
添加した繊維補強プラスチックを作製し、実施例１と同
様にして、Ｘ線〜ＣＴ法により繊維分散評価を行った。

得られたヒストグラムを第３図に示す。

目視、写真による繊維分散が良好のものは、半値幅が約
１０であるのに対し、分散不良のものは、その値が約３
０であり、Ｘ線ＣＴ法より得られたヒストグラムから計
算された半値幅から、繊維補強プラスチック中の繊維分
散性を評価できることが分かる。

実施例３ 純度９９．９８％のアルミニウムをマトリックス金属と
し、アルミナ繊維（ＡＪ２０３／Ｓ　１ｏ２＝　８０／
２０　）を補強材とし、約４ｗｔ％添加した分散性のこ
となる繊維補強金属を種々炸裂し、実施例１と同様にし
て、Ｘ線ＣＴ法により繊維分散評価を行った。

第４図には、ヒストグラムの半値幅では繊維の分散性の
評価ができない例を示す。

この結果力）うば、ＣＴ値のヒストグラムの半分値幅を
計算し、繊維分散の評価はできないが、描かれたグラフ
のプロフィールを見れば繊維の分散性の差異が明らかで
ある。すなわち、目視、写真による繊維分散不良のもの
のプロフィールは、繊維分散良好のものに比べ、アルミ
ニウム単味のＣＴ値（約＋１，０００）側に偏っており
、材料の不均質性が分かる。

（発明の効果） 以上の実施例に示した繊維補強セメント、繊維補強プラ
スチック、繊維補強金属を例に挙げて、ＣＴ法による繊
維補強複合材料の＊維分散の評価が可能であることを示
したが、繊維補強コ゛ムなどを含み、種々の７１１ツク
スを繊維状のもので補強を行った一般の繊維補強複合材
料について、Ｘ線ＣＴ法により繊維の分散性を評価でき
る。

さらには、繊維状のみならず、粒子強化型複合材料にお
いても、本方法は粒子が均一な分散、補強が行えている
かどうかの指標、評価が行えるものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は、Ｘ線等かコンピューター断層法によって測定
したＣＴ値のグラフ、第２図（ａｌ　、　（ｂｌは、Ｃ
Ｆを４ｗｔ％添加したセメント硬化体のＸ線ＣＴ法によ
るヒストグラム、第３図は、繊維強化プラスチックのＸ
線ＣＴ法によるヒストゲラム、第４図は、繊維強化金属
のＸ線ＣＴ法（てよるヒストグラムである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 繊維補強複合材料をＸ線透過コンピューター断層法によ
   って測定し、得られたＸ線吸収率より算出されたＣＴ値
   のヒストグラム又はプロフィールから、繊維補強複合材
   料中の繊維分散性の評価を行うことを特徴とする繊維補
   強複合材料中の繊維分散評価法。