雹を含んだ雷雨などから自分や航空機を守るために、現代の技術や材料はどのように開発されているのか、不思議に思ったことはありませんか？繊維強化複合材部品はその複雑な破壊メカニズムのために、このような荷重ケースに対して実験的に試験する必要があり、時には予測できない結果をもたらすことがあります。

例えば、Xycomp® DLF™ (Discontinuous Long-Fiber)を考えてみよう。長年にわたり、この材料は航空宇宙用途の複雑な形状の金属部品に取って代わるものとして大きな期待を集めてきました。しかし残念なことに、低速（落錘）衝撃挙動が非常に優れており、衝撃強度後の圧縮時のノックダウンが少ないにもかかわらず、この材料の高速雹衝撃挙動については早くから不確実性が指摘されており、そのような発生が予想される場所での採用は避けられてきました。このような荷重ケースは、ターボファンエンジンの前面において特に重要であり、衝撃の際に放出された材料がエンジンに取り込まれ、致命的な結果になる可能性があるからです。そのため、このような重要な部品の開発に着手する前に、DLFの耐ひょう害性能を検証する必要がありました。

試験にかかる費用とロジスティックの関係で、ひょうの衝撃データは非常に限られており、お客様がラミネートサンプルで探索的な試験を行った一例では、結果は芳しくありませんでした。

これを十分に調査するため、グリーンツィードの先端技術グループは、高速衝撃を受けたDLFの挙動をよりよく理解し、改善することを目的としたTD（技術開発）プロジェクトを開始しました。低速衝撃と高速衝撃の挙動が全く異なること、落下重量試験で雹の衝撃性能を予測できないことが試験で検証された後、試験能力が重要な要素になることが明らかになりました。迅速な研究反復ループを可能にする試験の柔軟性がプロジェクトの成功の大きな要因であると認識されていましたが、そのようなサービスを提供する公認試験施設の数が限られていたこと、試験コスト、当時のパンデミックによる制約が拡大し続けたことなどが、このようなビジョンの実現を非常に困難なものにしていました。その結果、2020年の早い時期に、社内であらたな衝撃試験能力を開発することが決定された。

限られたスペースで秒速200mを超える速度を出すにはどうしたらいいか、限られたスペースで正確に衝突速度を測るにはどうしたらいいか、多くのハードルを越えなければなりませんでした。というのも、冷凍庫にあるような普通の「氷の塊」は外側から内側に向かって固まっていくため、内部に大きな応力がかかり、加速時に雹が割れてしまい、あまり役に立たない雪見大砲になってしまうことがわかったからです。いくつかの計画を立て、さらにテストを繰り返し、最終的にテスト機能を完成させ、実際の材料調査を開始することができました。

現在、この衝撃試験用治具は、600×500×300mmまでの部品を最大300m/sの速度で試験することができるチャンバーを備えています。すでに直径2インチと1.5インチの雹（ひょう）を使った試験が行われています。試験の様子は、高速度カメラで1秒間に10,000フレーム以上記録することができます。

この1年間で、グリーンツィードは、不連続複合材料の損傷挙動をより深く理解することに加え、従来の連続繊維複合材料の高速衝撃耐性に適合する、またはそれを超える新しいDLF材料とアプリケーション設計コンセプトを開発し、実証することができました。現在、耐衝撃性が要求されるいくつかの航空宇宙用途が開発中で、社内試験能力と「学んだ教訓」が有効に活用されています。