樹脂製品設計の専門家、田口技術士による樹脂の強度の解説。金属にはない樹脂ならではの応力-ひずみの関係について解説されています。
【書き起こし】田口技術士 樹脂の強度
(00:00) あげとくせいと言うのは無粋家の中に入っていません それはプラスチックの場合は品質管理なんかで使うのでこの曲げ特性というのが書かれ ているんですが強度設計とか 設計を行う際には常に引張特性を使うというふうに覚えておいてください なので引張弾性率と曲げ弾性率の両校が書かれている物性表 込 た時には必ずこの引張弾性率を使うというふうに覚えていいただき思います プラスチック材料のヤング率ですね引っ張りなぁフェイスあるいは曲げ弾性率これが他 の材料と比べてどれくらい違うのかと言いますとこれは皆さん 普段の生活の中で感じられている鳥プラスチックてが非常に柔らかい 他の材料に比べると非常に柔らかい材料になったプラスチックもですねええ 非常に柔らかいものから硬いものまで非常にバリエーションに富んでいます 例えばエラストマーとかですね低密度のプラスチックになるとこれは横軸がですね ヤングリーズの大数で表しています鍛冶之ギガパスカルですね通常 プラスチックの場合はメガパスカルで表すんですが他の材料と比較する
(01:07) ためにここではギガパスカルで晴らしています1ギガパスカルが鮮明なパスからですね で柔らかい材料だと1とか2ぐらいですね 我々の身近にある一般的な瓜田とかそういうとこで使うような材料に行くと1ギガから 2.5気が少し固めになると2.5から4ギガグラガラス繊維で強化していくとさん から10ギガパスカルぐらいになります さらにで ね炭素繊維で強化したりいあるいはあがらしいで熱硬化性プラスチック ねっから急いで強化した水子カフェプラスチックになると 8から50ギガパスカルぐらいになりますね 私があ今まで一番硬い材料を作った 使った製品としてはですね製品というの材料としては炭素繊維で強化した熱交パフェ プラスチックというものを作ったことがありますけどそれで75ギガパスカルぐらい ですねもうそれ以上はなかなかたくしが難しこれがプラスチック材料22 しています じゃあ他の材料はどうかというと木材で号から16触れ 金属材料の中でも柔らかいと言われるアルミニウムで70くらいですかね
(02:15) 一般的な鋼材でステンですでに100 超硬合金で度100一番硬いダイヤモンドで線ギガパスカル いうことで他の材料に比べるとですね人気 ラフ武田あるいは3てだ柔らかいということでこれをしっかり頭に入れて共同設計を 行っていく必要があるということになります 弱の応力とひずみですねこれは どういう関係があるかというところで先ほどフックの法則に良い必ず服の法則というの が成り立つよというお話をしましたただしフックの法則が に完全にフックの法則が完全になりたて材料っていうのはこの世の中には存在しないと まあフックの法則にほとんど なんかねあの の法則ほとんど達成できるような材料もありますけれども一般的にはですねふくの法則 から大きく編違った特性を持っています その特性を表すのがこの応力歪み曲線 あるいは応力とひずみの英語の頭文字を使った ss 曲線と呼ばれるものですねこれ縦軸に多い
(03:22) 横軸に歪みをとってフックの法則に従う材料はこれが一直線になります しかし多くの材料はこんな形 あるいはビヨーンといろんなかたちをとって変形をするとじゃあその変形の具合曲線の 具合がどんな感じなのかというのを示すのがこの応力歪み曲線にある 従ってこの応力歪み曲線を自分が使う材料はですねこの応力歪み曲線どんな形状を描く のか それをしっかり把握しておくということが非常に大切になるということですね じゃあこの応力歪み曲線でどんなことが分かるのかというとまあいくつか分かります その一つがですね 弾性変形範囲がどの辺なのかということですね フックの法則だったら一直線になりますでも多くの材料はいろんな形を取りますじゃあ いろんな形をとるから 際料理 気学の計算式が使えないのかというとそんなことはないですね このグラフこれ典型的なあーのプラスチックの黄れ傷3曲なんですけどこの中でもこの 部分は一直線上に見えますね
(04:29) 従ってこの一直線上に見えている範囲であれば 材料力学の計算式はアルティず使えるよという風に理解することができます あるいはここに山がありますこの山を越えたところでは変形が元に戻りません 従ってこの山より手前側で設計しないといけないねそういうことがこの応力 泉客船を見ることによってわかるということです 次に材料強度ですプラスチックの場合は金属材料と材料強度に関する考え方が少し違い ます 金属材料は引張強さというと材料が保持できる最大の 強さになりますけどもプラスチックの場合はちょっと違います こういう幸福店小さい山が洗われるような場合はこの山のところを引っ張り強さとき ます 違う言い方でいくと降伏点なので引っ張り降伏応力ともいいますね引っ張り降伏応力と 引っ張り 強さが同じ値ですしかし降伏点がないようなこういう材料 これ税制材を貼りん問われるような材料ですけども
(05:37) こういった場合は引っ張り破壊応力が引張強さになりますこれ 金属との方法大きな違いですのでへまぁちょっとわかりずらいですけど覚えておいて ほしいな 思います でこれブス定評でどういうふうに書かれているかというと通常物性表とは入手できます けれども 応力歪み曲線っていうのはなかなか入手できません なので物性表を見てですね応力歪み曲線がどんな形をするのかということを推測する 必要があります 例えばこれ abs の物性表ですけどもここにはですね 引っ張り降伏応力が61メガパスカル 引っ張り破壊応力が44メガパスカルと書いていく これ引っ張り降伏応力0よりも引張り破壊応力の方が小さいのでおそらくこんな形です ね こんな形です したがってこの場合にどこを基準強度とするかというと当然ここですね 61メガパスカルを使って生地を基準強度にして設定をすると ここを44を基準強度にするとまぁコストアップになってしまう
(06:43) これ逆にですねこちらが大きいこともあります こーんなか タッチでびよんと伸びここが例えば80ぐらいですね その場合は引っ張り破壊応力の方が大きいですけども引っ張り破壊応力を見て設計する とこれは危険側になるので注意が必要ですそれはやってはいけないということですね もう一つ 曲げ強さというものがありますこれ曲げ強さ98 すねこちら引張強さに比べると曲げ強さは強大きいくなりますこれ一般的に引っ張り強 さに比べて曲げ強さっていうのは1.5倍になります絶世表情ですねこれなぜ1.5倍 になるかというと曲げに強いわけではなくて曲げ試験の精度が低いからです まぎ色 の精度が低いからこれが大きくなるんですね したがって曲げ強さというものを使って設計をしてはダメなんですね なので必ず引っ張りなお成立を含めて引っ張りだ 引っ張り他の施術も含めて強度設計をする場合は ああ 引張特性を使うこれを頭によってくださいただですね 引張弾性率の差は実はそんなに大きくないです
(07:51) ただ引張強さと曲げ強さの差はもうすごく大きいので注意が必要です あと応力歪み曲線から何が分かるかというとここの囲まれている面積ですね 囲まれている面積が大きいほどを衝撃に強い材料はれにくい材料だよということです あとプラスチックの場合はいろんな材料がありますいろんなが医療があっていろんな 形状をしています それぞれのプラスチックが使いたいプラスチックはですね どんな形の応力歪み曲線をしているのかこれをよく理解した上で使うことが大事ですね もう一つプラスチックは材料の違いによって応力歪み曲線が変わってくるというのも あるんですがもう一つはですね 使用環境条件によっても応力歪み曲線が変わってきます ここが非常に難しいとこですね例えばこういう応力歪み曲線をしている場合に温度が 上がるとこれはねていきます 温度が下がると あってきますつまり温度が上がると柔らかくなって伸び 温度が下がると硬くなって割れやすくな脆性破壊しやすくなるということですね水を 吸っても同じです水をすると出てきます
(09:00) 水が出て行くと断ってきますあるいはひずみ速度によっても違うし ガラス繊維が入っても応力ひずみ曲 が大きく変わらこのように使用環境条件あるいは配合剤によっており歪み曲線が変わる ということを理解しておいてください って最後にですね劣化 new 応力歪み曲線の変化ということで プラスチックはですね紫外線とが水分とか 3つとかそういったものによって劣化が進んでいきます じゃあ劣化が進んだときにどうなるかというと強度が低下していくんですが実は強度が 低下するだけじゃなくて応力日 に直線が変化しますどういう風に変化するかというと例えば最初こういう形の応力歪み 曲線があった場合例えば氏が以前とか熱なんかで劣化が進んでいくと これがどんどん短くなっていきます休憩っけつまりになかなか伸びにくい の雛伸びずに割れてしまう材料になった いくということですねで例えば1年ぐらい経つとこれがこれでパリンと 割安くねこれ例えばですね公園とかにはなんかにある
(10:06) おい落ちてあるプラスチック部品なんかプラチックの包装材とかですね子供のオモチャ なんか見ていただくとわかりますけど 曲げジェット曲げると簡単にぱりん問われますね あれなんで割るかという とヤング率はそんなに変わらないですか硬さは変わらないんだけど伸びがなくなって いる したがってああやって割れやすくなってるんですね が強度は最初はあんまり落ちないですね強度はここです今日だ落ちないんだけど のび太なくなってこの後急てキュッと下がって強度も落ちていくとこういった形で応力 歪み曲線が変化葉をしていた いうことになります 以上で今日のショート雪平ショートセミナーを終わります 入っておりです
