破壊靭性Gc
技術の進歩で文献調査が本当に楽になりました。良い時代になったものです。
帝国人造繊維開発本部材料開発部試験室。電気式引張試験機や油圧式疲労試験機、恒温恒湿槽などがずらっと並ぶこの部屋の中で、数々の開発材が試験され、その機械特性をはじめとする数々の物性がつまびらかにされてきた。
「はじめまーす」
DCB試験片を試験機にセットした加藤セチは、そういって試験機のスタートボタンを押した。
「さーて、今回の材料はどんなもんかな……」
クロスヘッドがゆっくりと上昇し、DCB試験片を上下に引き裂いていく。
Double Cantilever Beam試験とは、材料、特に樹脂系材料が破壊するとき、どれだけのエネルギーを吸収できるかを測定する材料試験の1つである。２枚の板を貼り合わせた試験片を上下に引き裂き、その亀裂の進みかたから、エネルギー吸収量を測ることができるのだ。
「……まあまあってところ？」
「そうですね。九六式安全帽に使ったエポキシ樹脂とGⅠcは同等みたいです。GⅡcがどうなっているかはわかりませんが、反応性ゴム分子は接着界面にしか分布していなくてもいいみたいですね」
破壊靭性Gcにはいくつかの破壊モードがあり、板厚方向に引き裂かれるモードがモードⅠ（GⅠc）、亀裂の進む方向にせん断破壊されるモードをモードⅡ（GⅡc）と呼ぶ。DCB試験は先ほど解説した通りGⅠcを測定することができ、ENF試験は2枚の板を貼り合せた試験片を三点曲げする試験であるからGⅡcを測定することができるのだ。
なぜ曲げ試験なのにせん断破壊モードが測定できるのかイメージできない方は、下敷きを2枚重ねて曲げてみるとよい。下敷きの端がすれ違っているのがわかるだろう。
「弾性率と強度は今回の処方の方が高いことはすでに確認できてるんだよね」
「はい。なのでGⅡcも同等以上であれば、マトリックスは今回の仕様で確定でよいかと思うのですが」
「まあいいと思うよ。時間もないし、増加装甲板なんて使い捨てだから回収すべき開発費も抑えたいからね」
なんせ開発期間は1年しかないのだ。時間のかかる材料開発は最小限に抑えたいのである。使用するFRPのマトリックスはさくっと決定され、あとの時間は装甲板の構造を吟味する時間にあてることになった。
「……これまでの検討結果をまとめようか」
数か月後、全員を集めた会議の場で、鈴木岩蔵はそのように切り出した。
「まず、FRPは、高強度エポキシを連続繊維テクノーラで強化したAFRPとするのが最良と考える。このままでは靭性が不足するため、反応性ゴム分子を装甲板表面に分散させ、層間せん断強度を維持したまま破壊靭性を向上させることに成功した。また、接着界面のFRP層は連続繊維ではなく、単体の機械特性では劣っている不織布プリフォームを使った方が、接着強度が向上するのでこちらを採用する」
各メンバーから上がってきたレポートを見ながら、岩蔵自ら黒板に成果をまとめていく。
「そして装甲板の積層構造だが、単純に前面に炭素鋼、背面にFRPを配置した場合より、FRP層を鋼板で挟むような構造の方が防弾性能が向上することが分かった。では鋼板をさらに細分化すると防弾性能がより向上するかと言えばそんなことはなく、今回の合計板厚の場合は4枚以上に分割すると逆に防弾性能が低下することも分かった」
ゲームなどでは複数の装甲を貫通する必要がある場合、単純に弾道上にあるすべての装甲の合計板厚を参照することが多い。しかし、実際には複数枚の薄板より、1枚の厚板の方が防弾性能が高いことが、史実でもわかっているようだ。
「一方で、鋼板を『分割』するほど、被弾時の内部損傷が小さいこともわかったと……」
「で、岩蔵さん的には、どんな積層構成がベストだと思います？」
楽しそうにほほ笑みながら耀子が尋ねる。
「前面側に高炭素鋼、中間にAFRP、背面に低炭素マンガン鋼とするのが、最もバランスが取れていると思います」
「その心は？」
「前面の硬い高炭素鋼で弾頭を破砕し、弾丸形状を装甲貫通に適さないものにします。逆に高炭素鋼が割れないようにAFRPで補強し、背面にも高強度でよく伸びるマンガン鋼を配置することで曲げ剛性を向上させ、接着界面の剥離進展や前面高炭素鋼の変形量を低減する狙いです」
内心、この人はすべてわかっているんだろうと思いながら岩蔵が答えた。
「既存の防弾鋼を使用しない理由は？」
「コストです。現在の構成で陸軍からの要求である『距離100mからの六年式重機関銃の徹甲弾に抗堪すること』は達成できています。実運用はどうなるかわかりませんが、この増加装甲は被弾したら交換する前提ですので、できる限り入手性がよく、低コストな材料を使わなければいけません。であれば、資源供給に不安があり、高コストなニッケルクロームモリブデン鋼より、比較的入手性がよく、低コストで資源供給の問題も少ないマンガン鋼や炭素鋼で使うべきだと考えました」
高強度鋼の代名詞ともいえるニッケルクロームモリブデン鋼ではあるが、高価で入手性が（何なら現代でも）悪く、大量に使い捨てる可能性があるシュルツェンには不向きな材料だと岩蔵は考えたのである。
「うん、いいでしょう。ではこの積層構成の装甲板で陸軍に持ち込みましょうか。なにか異議や質問はありますか？」
「あの……炭化ケイ素層を入れる案は結局没になったという理解でよろしいでしょうか」
耀子がチームに投げかけると、岡嶋正枝がおずおずと手を挙げた。
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