酸環境の影響　その１

酸環境の影響

疲労試験に先立って，3.5%HCl水溶液中におけるガラス繊維の腐食の状況を調べた．Eガラスの長繊維(直径11μm)を3.5%HCl水溶液中に入れ，24時間毎に一定量を取り出し，SEM観察した．図に示すように，24時間後，J.N.Price らの結果と同様ならせん状の表面き裂が観察された．時間の経過とともに，腐食が進行し，繊維の一部が欠落する．彼らは，ガラス中のCaとAlが酸中にイオンとなって溶け出し，分子容の変化が生じた結果，表面層と酸に犯されていない繊維中心部間に応力分布が発生し，き裂が生ずると述べている．酸による応力腐食割れである．らせん状のき裂は，フィラメントから集束器により，ストランド(50～4000本のフィラメント)を生成する際に生ずるよれや残留応力が影響していると思われる。

3.5%HCl水溶液中におけるガラス繊維の腐食

腐食時間，24Hr	腐食時間，48Hr

腐食時間，72Hr	腐食時間，96Hr

3.5%HCl水溶液中における疲労破壊　　ＡＳ材の場合
　

　　主疲労き裂先端がガラス短繊維(ＳＧＦ:short glass fiber)に達すると，ＳＧＦは酸により犯され，この部分の収縮が生じ，さらに，ＳＧＦにはピットとき裂が生成される．タイプＡ，Ａ’の場合は，収縮により界面破壊が生じ，主き裂は界面に沿って進展する．界面破壊したＳＧＦ部が酸により犯され，ピットとき裂が生成，やがてＳＧＦが破壊する．この場合は，界面破壊した領域に接しているＳＧＦ部に発生するピット数は，次に述べるタイプＢと比較すると多く，き裂発生点近傍は段差の多い破面となる．また，破面には，界面破壊した部分，すなわち，繊維の一部が突き出すか繊維が引き抜けた痕跡が残る．タイプＢの場合は，主き裂先端がＳＧＦに達したとき，その箇所で界面破壊より，ピットやき裂の発生が優先的に生じた結果，主き裂は容易にガラス繊維を横断して進展した結果と思われる．したがって，マトリックスと繊維の破面は，段差がほとんど生じないものとなる．
　一般には，主き裂がＳＧＦに達するとき裂は一時的に停止し，き裂伝播に対する抵抗となるが，酸環境中ではＳＧＦの強度劣化により，き裂伝播に対する抵抗は小さいものとなり，結果的に疲労寿命は低下する．


Fig.1 3.5%HCl水溶液中におけるＡＳ材のＳ－Ｎ曲線	Fig.2 表面近傍のＳＧＦの剥離から疲労き裂が成長、AS材, σa=30MPa,Wf =1%,3.5%HCl水溶液中

Fig.3 拡大写真	Fig4　拡大写真

Fig.5 表面近傍のＳＧＦの剥離とき裂	Fig.6 疲労き裂成長の模式図

Fig.7 疲労き裂成長の模式図	Fig.8 疲労破面，AS材,Wf =1%,3.5%HCl水溶液中,σa=30MPa

Fig.9 ガラス繊維の破壊の様相，AS材,σa=15MPa, Wf =1%,3.5%HCl水溶液中	Fig10 典型的な応力腐食割れによるガラス繊維の破面， AS材,σa=25MPa,Wf =1%,3.5%HCl水溶液中

Fig.11 き裂発生点近傍が複雑な形態を示すガラス繊維の破面，AS材,σa=25MPa,Wf =1%,3.5%HCl水溶液中	Fig.12 ガラス繊維の破面とマトリックスの破面が同一平面上にある場合，AS材,σa=15MPa,Wf =1%,3.5%HCl水溶液中
(a)タイプ　A,A'	(b)タイプ　B
Fig.13 酸環境中での AS材のき裂伝播機構の模式図

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