高分子材料の破壊メカニズムとそれを踏まえた強度向上設計

高分子材料の塑性変形そして破壊の開始機構とその分子構造との関係を解説する。その様な機構によって破壊が開始するプラスチック成型品の破壊の延性、ぜい性破壊の様式はその成型品の形、負荷の形式など所謂境界条件によるひずみの拘束に敏感が影響される機構を説明する。 　その破壊機構をふまえて、高分子構造そして成型品の形状そしてブレントによってひずみの拘束を調整することによる強度設計の方法を紹介する。

1. はじめに
2. 高分子材料の塑性変形
   1. 結晶性高分子材料の塑性変形
   2. 非晶性ガラス状高分子材料の塑性変形
   3. ソフトニングとネッキング
   4. 配向硬化
   5. 延性破壊
   6. 変形速度が塑性変形に及ぼす影響
   7. クリープ負荷での塑性変形
3. 構造材料のぜい性的破壊の機構
   1. ひずみの拘束による応力集中の機構
   2. 弾性変形による応力集中
   3. 塑性変形による応力集中
   4. ボイドの形成によるぜい性的な破壊
   5. 非晶性高分子のぜい性的な破壊
   6. 結晶性高分子のぜい性的な破壊
   7. 変形速度が破壊挙動に及ぼす影響
   8. 切り欠きを持つ結晶性高分子のクリープによるぜい性破壊
   9. アルミニュウム合金の破壊との比較
   10. 高分子材料の破壊条件と破壊力学
4. デサインの調整によるタフニング
   1. 構造体のひずみの拘束と変形の安定性
   2. 非晶性ガラス状高分子 (ポリカーボネィト (PC) ) の強度設計
      1. PCの真応力-ひずみ曲線の推定
      2. PC構造体の破壊条件の推定
      3. 種々の境界条件でのPC構造体のタフネスの予測
         • 切り欠き先端半径の効果
         • リガメントの厚さの効果
         • 試験片の幅の効果
   3. 結晶性高分子 (ポリオキシメチレン (POM) ) の強度設計
      1. POM の真応力-ひずみ曲線とボイドの形成と拡張状態の推定
      2. POMの破壊条件の推定
      3. 種々の境界条件でのPOM構造体のタフネスの予測
         • 切り欠きの先端半径の効果
         • リガメントの厚さの効果
         • 試験片の幅の効果
5. 微細構造の調整によるタフニング
   1. 高い数平均分子量はクレイズ強度を改善する
   2. 低い粘度で高いクレイズ強度を実現するには分子量分布の幅を狭くすれば良い
   3. イソタクチック-ポリプロピレン (i-PP) の立体規則性の欠陥 を少なくするとクレイズ強度は改善される
   4. 共重合によるクレイズ強度の降伏応力に対する比を改善してぜい性破壊を抑制する
6. ブレンドによる複合構造の調整によるタフニング
   1. ブレンドによるタフニングの機構
      1. ボイドの分散状態が塑性不安定に及ぼす効果の検討
      2. Gurson モデルを用いた非線形解析 (関連流動則) によるポリマーアロイのタフネスの予測
      3. 修正Gurson (非関連流動則) モデルよるポリマーアロイのタフネスの予測
   2. ひずみの拘束の解放によるタフニングの例
      1. 分散相の強度を小さくすればタフニングの効率は改善される
      2. マトリックス樹脂の配向硬化は適切に
         • 部分架橋による配向硬化の改善
         • 結晶化条件の調整による配向硬化の改善
      3. 熱可塑性エラストマーを分散相にするときには相溶性は程々に
      4. 熱可塑性エラストマーとマトリックス樹脂の粘度比は適度に大きく、相溶性は等方の分散相の形成に必要な程度にする
      5. 表面劣化によるぜい性化のエラストマーブレンドによる抑制
      6. 無機フィラーのブレンドによるタフニング
      7. 繊維の充填によるタフニング
         • 繊維と樹脂が強い界面強度を持つ場合
         • 繊維と樹脂の界面が適切な強度ではく離
         • はく離強度がタフネスに及ぼす効果
         • 繊維長のアスペクト比がタフネスに及ぼす効果
         • 繊維長への締め付け力がタフネスに及ぼす効果
         • 界面強度の調整によるタフネスの改善の例
         • 酸変性低分子量PE改質材によるガラス繊維充填PCのタフニング
         • アラミド繊維によるPLAの弾性とタフネスの改善
7. 終わり

• 質疑応答