複合材料に対する要求は多いです：ロケットの材料は離陸時の熱に耐える必要があり、風力タービンは強風に耐える必要があり、スニーカーは長時間のランニングに耐えうる耐久性とサポート性が求められます。専門家はどのようにしてこのような特殊な用途に合わせた複合材料を開発し、その特性を検証しているのでしょう？

複合材料は、2つ以上の材料が結合して構成されますが、完成した構造体においてこれらの材料間には巨視的または微視的なスケールで差異が残ります。結果として生み出される複合材料は、いかなる単一の材料とも異なる特性を発揮します。したがって材料科学者は、特定の用途に向けた複合材料の配合を最適化する力を与えられていますが、まずは材料特性を検証するための十分な試験を行う必要があります。

複合材料開発者は、最先端の分析技術を用い、軽量で信頼性のある製品に対する現代の高い要求に応えています。彼らはまず材料と製品のプロトタイプを特性評価することで、強度、耐熱性、接着性、耐久性など、顧客が期待する重要な性能属性に対処しています。

世界中の研究所の複合材料科学者は、どのように材料分析を用いて製品を強化しているのでしょう？ここでは、トップクラスの材料科学技術に加え、それらがいかにしてさまざまな用途と業界で複合材料の試験に使用されているかの実際の研究例を紹介します：

示差走査熱量計（DSC）は、材料中の熱転移に伴う温度および熱流を測定します。DSCは、複合材料のガラス転移温度（Tg）、ゲル時間、硬化時間などの主要な指標を定量化します。

Mohamed Rady教授は、ボルドー大学のDSCを利用して、粒状複合材料の相変化に関する研究をサポートしました。¹彼は特に融解と凝固に注目し、DSCから正確な結果を得るための簡単な手順を考案しました。

ポール・サバティエ大学CIRIMAT研究所の研究者であるRivière、Caussé、Lonjon、Dantras、Lacabanneは、ポリマー（ポリエーテルエーテルケトン）マトリックスに銀ナノ粒子を添加する効果を研究するために変調DSCを使用しました。²正確な熱伝導と比熱の測定により、材料中の熱輸送のメカニズムを把握することができました。彼らのデータは、特定の用途に適用する複合材料を形成する目的で、材料のブレンドを最適化する際に使用することができます。

TA Instruments社のDiscovery DSCラインは、特許取得済みのTzero™ DSCテクノロジーを搭載しており、ベースラインの平坦性、転移分解能、感度の向上により、より正確な熱流測定を実現します。Modulated® DSC（MDSC®）実験は、TA DSCでより速く、より正確に行うことができます。さらに生産性を高めるため、Multi-Sample X3 DSCは独特に最大3つのサンプルの熱流を同時に測定します。

レオロジーは材料の流動と変形を研究する学問です。変形と流動はそれぞれ「ひずみ」と「ひずみ速度」と呼ばれ、外力または応力の影響下で物体が移動する距離を示します。

例えば、エボニ州立大学のOgah教授は、レオメーターを用いて、フィラーと添加剤が木材プラスチック複合材料の加工に及ぼす影響を測定しました。³ Ogah教授は熱可塑性ポリマーをマトリックス材料として天然繊維を処理し、天然繊維複合材料を作り出しました。そして、彼はTA Instruments Discovery Hybrid Rheometerで、繊維の種類、含有量、粒子径、形状の違いが、最終的な複合材料のレオロジー特性にどのような影響を及ぼすかを分析しました。

レオメーターは、粘度だけでなく粘弾性も測定できる独特な機能を備えています。TA Instruments社のDiscovery Hybrid Rheometerは、粘度計やキャピラリーレオメーターでは調べることのできない微細構造の違いを、ユーザーが容易に特定するためにも役立ちます。これらの測定は、複合材料が微視的なレベルでどのように相互作用するかを調査する場合に特に有用です。

機械試験は、研究者が材料の機械的特性を評価したり、特定の力に対する構造物の反応を判断したりするのに役立っています。複合材料の開発者は、材料の破損、疲労、せん断またはクリープを定量化し、特定の用途により適した製品を設計するためにこの情報を使用します。

アルバータ大学のGarces氏とAyranci氏は、押し出しベースの付加製造法を用いる抵抗加熱により、形状記憶ポリマー複合材料（SMPC）を製造し、活性化する新しいアプローチを開発しました。⁴彼らは、TA Instruments社のElectroForce熱条件付き引張試験機を用いて、特定の加工条件下におけるSMPCの変形の影響を評価しました。彼らの研究は、「バイオメディカルステント、スポーツ用品、無人航空機（UAV）」のような幅広い用途のために、他の人々が彼らの技術でSMPCの製造に成功することを可能にします。

頑丈な建築材料や生体適合性のある骨補填材の開発など、世界中の主要な研究所が複合材料の機械的特性を検証するためにElectroForce機械試験装置に信頼を寄せています。ElectroForceロードフレームは幅広い荷重範囲をカバーし、Multi-Specimen Fatigue Instrumentは一度に最大16個のサンプルの疲労試験を迅速化することができます。

これらの研究例は可能性の一端を示しているものの、複合材料のあらゆる材料特性を分析するための機器や技術は無数にあります。複合材料のページで現在の最先端技術をご覧いただき、複合材料の設計と処理におけるお客様のニーズに合った機器をご確認ください。

お客様の研究所に最適な技術がまだお分かりになりませんか？TA Instruments社にご連絡いただければ、複合材料の専門家が適切なアドバイスをさせていただきます。