Title Author(s) Citation Issue Date 結節強度の研究：Ⅳ．テグスのチャック切れ強度について山本, 勝太郎北海道大學水産學部研究彙報 = BULLETIN OF THE FACULTY OF FISHERIES HOKKAIDO UNIVERSITY, 25(4): 318-325 1975-03 DOI Doc URL http://hdl.handle.net/2115/23538 Right Type bulletin Additional Information File Information 25(4)_P318-325.pdf Instructions for use Hokkaido University Collection of Scholarly and Academic Papers : HUSCAP 北大水産象報 2 5 ( 4 )， 3 183 2 5 .1 9 7 5 . 結節強度の研究 IV. テゲスのチャック切れ強度について * 山本勝太郎料 Studiesonthe Tensile Strengthofthe 区not IV. Tensile strengthwithchuck andi t sfracture surface ofthe nylonmonofilament* KatsutaroYAMAMOTO** Abstract s i l e的 r e n g もho ft h ekno ，も i nt h i sp晶per，we Inoneo ft h es t u d i e son七he句 n havei n v e s t i g a t e dt h emecha 品目 m o fthet e n 自i l es t r e n g t ho ft h en y l o nm o n o f i l a m e n t wi も hchuckt h r o u g ht h em o r p h o l o g i c a lo b s e r v a t i o n so fi t sf r a c t u r es u r f a c ebyぬ e op もi c a lm i c r o s c o p e . Themorphologyo ft h ef r a c t u r eS u r f i 晶c eo ft h en y l o nm o n o f i l a m e n ti sd i v i d e d i n t oad u c t i l er e g i o nt h a tp r e s e n 旬晶 v erysmoo ぬ呂町f a c e，ab r i t t l er e g i o nt h 抗 ac l e a v a b l e呂町f a c eandt h eboundaryr e g i o nt h 抗 l i e sbetw 田 nt h ed u c t i l eand b r i t t l er e g i o n s . Theb r e 乱k i n go ft h en y l o nm o n o f i l a m e n tw i t hchuckg o e st h r o u g hもhef o l l o w i n g 切関倒. N 晶m ely ，thecrackoccurs姉 thea r t i f i c i a ld e f e c む onもh esurfaωofthe p r o n y l o nmonofilamen 七c o m p r e s s e dbyt h e宜的 c h u c k . T h i sc r a c kpropag 晶旬ss l o w l y 抗命的f romt h ea r t i f i c i a ld e f e c tt o七hei n s i d e( d u ω i l ef r a c t u r e )， g r a d u a l l yt h es p e e d 晶c kprop 品g a t i o ni n c r e a 糊 ( b o u n d a r yr e g i o n )岨 da tl a s tt h ec r 品。ki n d u ω日 ofthec r 七h em a c r o f r a c t u r e( b r i 七 t l ef r a c t u r e ) . Andt h eもe n s i l e耐 ' e n g t hwi 七 hchuckd e p e n d s ont h es i z eo ft h ea r t i f i c i a ld e f e c t七h a tt h e直前 chuckc r e a t e sont h esurfaωoft h e n y l o nm o n o f i l a m e n t . 緒言引張強度試験において.網糸・ロ戸プなどの試料は大部分のものがチャック切れをおこす。このチャック切れ強度も広い意味で結節強度と考えられる。前報 11 では n y l o nmono五l a m e n t(以下ナイロンテグスと呼ぶ)の引張強度を求めるのに，平チャックのチャック間隙 d とテグスの初期直径 Doとの比 d/Doを種々に変えてチャック切れ強度 F をiIt!定し， d/ D ，。と F との関係を求め d/Do=lに相当する F の値を推定しこれを真の引張強度 Foとした。チャック切れ強度は，チャックの形状特に試料と接する面のロ，ーレットに大きく影響されることは当然のことながら，チャッグ間隙すなわちチャックの締り具合いによって大きく異なってくる。本報では，まずこのチャック間隙とナイロンテグスを押さえるチャッグの庄縮力との関係を求め，圧縮力のチャック切れ強度におよぼす影響を調べた。さ * 昭和 49年度目本水産学会春季大会で一部講演発表 "北海道大学水産学部漁具設計学講座 (La b o r a t o r yo fF i s h i n gGearD e 8 i : 抑， Fac叫l t yo fF i s h e r i ω ，， Hokkaido U n i v e r 8 i t y ) - 318ー山本. 結節強度の研究 IV テグスのチャック切れ強度らにチャック切れ破断面の顕微鋭観察からナイロンテグスのチャック切れ機構について考察を加えた。稿を進めるに先立ち，本研究に対して綜始適切なる御助言をいただ L、た北海道大学水産学部佐藤修教授，梨本勝昭助教授に感謝の定、を表する。実験方法使用したナイロγ テグス 1 5 0号および平チャクの形状を示す。ナイロ γ テグスを試料長 γ クは前報りと同じものである。図 lにこの平チャッ 50mmにとって平チャックの聞にはさみチャックの両側から P なる力で圧縮した時のチャッタ間隙 d およびチャックとテグスとの接触幅 b とをノギ旦を使って測定した。図 2にm l l定箇所を示す。測定試料数は 80本である。また，これとは別にチャック切れ破断面の形状を観察するために，ナイロ γ テグス 1 5 0号を平チャックにはさみこれを引張って(引張速度 1 . 0m m / se c ) チャック切れ強度を測定後すみやかに破断箇所の阿断面を実体顕微鏡を佼って写真撮影した。また破断商の面総はこの顕微鏡写真の重量を測ることによって間接的に求めた。この l 時の試料数は 5 8本である。両実験の圧縮・引張りは島津万能試験機 RHl O型を使用した。また両実 l l度は前報 1) のチャック切れ強度を測定した時と同様に 12-14C，65-7096 とした。験時の温度。 i 0 ⑪ -FI g L Phobo gra ph&nds e he n I a U GI l l us b r a M o nofus e dna tc huck P p F i g.2 . Schema t i ci l l us もr a ti ono ft h ec ompre s si o no ft henyl onm o n o f il ame n tw凶hもhef l a t c huc k 、 Whe r eP:c o m p r e s s i v ef ot 'c e， d :c h u c J どsg a p， b:w idtho ft h ec on t a c tbetween もh ec huc k andt henyl o nm o n o f i lame n t . - 31 9ー ; jt 大水産業 5 ( 4 ) . 1 9 7 5 . 報 2 実験結果と考察 I チャック切れ強度と圧縮力の関係チャック間隙 d と圧縮力 P との関係を図 3に示す。縦軸にチャック間隙比 d/Doをとり横軸に試料の単位長さ当りの圧縮力 ρをとって片対数グラフにプロットすると直線関係が成り立ちチャック間隙 d は，単位長さ当りの圧縮カ pが大きくなるに従って指数関数的に小さくなる。図 3から任意のチャック間隙比 d/Doに対する単位長さ当りの圧縮力 pが求まるから，前報 1) で求めたチャ γ ク間隙比とチャック切れ強度との関係を単位長さ当りの圧縮力 p とチャック切れ強度 F との関係におきかえて片対数グラフに描いたのが図 4である o 図 4からある任意のチャック切れ強度 F においてテグスがチャックから受ける単位長さ当りの圧縮力 I うが求まり，チャック切れ強度におよぼす圧縮力の影響を知ることができる。また，チャックとテグスの接触幅 bと単位長さ当りの圧縮力 p との関係を両対数グラフにプロットしたのが図 5である。同図の回帰直線の勾配はほぼ 2分の 1となり接触幅 b はコロの接触におけると同様に圧縮力の 2分の l乗に比例する結果が得られた。 1 1 . チャック切れ破断面の観察ナイロンテグスのチャック切れ破断面の顕微鏡写真の一例を図 6 K示す。同図は同一試料の両破断面の写真で右側がチャックに残った側の破断面であり左側がその反対側の破断面である O この破断面を図 7に示すように模式的に書くと，破断面は引き裂かれたような面を呈する非常になめらかな Aの n u n u 白3 0 0 司'FOE-w'h -Enunununununu 022 2S吾切さZご ~‘ζミoza守l町L'd.時~噌るI也~--E~酬I l 匂一勺片元:I.....J 9 .QL一も . . . . . . . . Q l 一﹃ 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 Compressive f o r c e peru同tl e n g t h p(kg/mm) F i g .3 . R e l a t i o nbetwe 岨 t h ec o m p r e s s i v eforωperu n i tI e n g t h(p) 乱ndt h er a t i oo f出 aωchuck'sg叩 ( d )t ot h ei n i t i a ld i 乱m eter( D o )o ft h enylonmono f i IamentNo.1 5 0 . 150 3 . . i 5 喜100 ~ 90 ミ 80 ~ 70 60 百 50 ト、、 F 、、降、、、炉、、~ E 、、ト4、、 h 司、也 240A 也ト・ U ' 」 4 8 1 2 1 6 20 24 2 8 耐 l e n g t hp(kg/mm) Compressivef o r c eperu ト、ト、 32 3 6 抗i o nbe もw eent h ecompr ，回目i v ef o r c ep e ru n i tl e n g t h ( p )晶ndt h e七em < i l es t r e n g t h F i g . 4 . Rel ( F )o ft h enylonmonofilamentNo.1 5 0withc h u c k . - 320- v 結節強度の研究山本 IV テグスのチ + ック切れ強度 3. 0 ~馬ー官 2. 0」同a 9 Q 。。 E1 ぽ1 0 百。 ;シ区 9 ~ E .0 . . u 。 . / 。./1'0 c 81 .0 《ち 0. 9 工 0. 8 ./ ヨ 0.7 ぷ三こ ~ 0. 6」 0. 5 一。」 2 3 4 5 6 7 B91 0 Compressi vef o r c ep e ru n i tl e n g t hp( kg/mm) 2 0 子保 . 理一 F i g . 5 . Re l 叫i onbe もw eent h ec omp r e s s i v ef o r cep e rl m i tl e ng もh( p )and七hewi d ぬ( b )o fもhe もb etweent h ec hl1c kandt h enyl onmonofilamentNo. 1 50 c o n t a c ，..安!iiて宅対.，.." 唱~ 山. F i g .6 . Photomicrogr ap hso fもhef r a c t u r es u r f a c eo ft h e nyl on m o n o f il amen もN o. 1 50 w i t hc huc k .r igh ti st h ef r a c t u r es u r f a c 川 eont h ec huc ks i d eandl e f ti sano もh e r8 i d e. r a c t u r e8 1 1 r f a c eo ft h enyl onmonofilamen も F i g.7 . Sc he ma . t i cf i g u r eo ft h emorphologyo f七hef No.1 5 0 . Wher eA i 8d u c t il er e g i o n，B b r i ももl er egi o nandCboundaryr e g i o n. 部分と，面の粗い引きちぎられたような状態の B の部分，それと A の部分と B の部分の中聞に位置する面のやや粗い C の部分の 3つに大きく分けることができる。一般に高分子材料の破綾は，材料の局部における応力集中が微視的な磁波を生み，次々とこの微視的な破駿が伝矯して巨視的な破壊へと成長するものと考えられており，その破援の進行過程は温度，湿度，引張速度などの外的条件によっ -3 2 1ーゴ E大水産議報 9 7 5. 2 5 ( 4) 1 て奥なるが，最初に延性破壊がゆっくりと進行しあ 120 るところから突然脆性破段へと転移し l 瞬時に破断がおこるものと考えられている叩〉。また，高分子 100 材料の破壊而の顕微鋭学的観察 415) などとあわせ ~ 考えるならば，図 7の A の部分はチャッタによっ " " てテグス表面につけられた{努力、らクラックがゆっくりと進行する延性破壊の部分と考えられ .Cの部分はクラックの進行速度が加速され B の部分に移る泣移領域の部分であり .Bはクラックが高速で進行して l 瞬時に巨視的な破壊にいたる脆性磁波の部分と考えられる。この脆性破壊に相当する B の部分の面積とその時のチャック切れ強度との関係は図 8のようになり脆性破壊領域の面積と強度との口、 i 孟 BO ・ L 4 ~ . : M 60 p z40 . . ー ω 凶 5 ; 20 トー間には直線関係が成り立つ。図 6のような破断面の綾子は，ナイロ γ テグ兄 o 0 . 5 . 1 0 . 1 5 2p Are~-of b ri t ¥l er e g i o n( mr T fl 1 に直角にノッチをの表面にカミソリでテグスの恥1 1 作り J iI 振，った!時の破断面')の総子と非常によく似ている。図 9にこの同じナイロンテグスにカミソリでノッチを作り引強った時の破断面の顕微鏡写真例を示す。右と左は 1本の試料の両断面を示す。 F i g .8 . R e l a t i o l lbe t w e ent h ea r e ao f 七 hebl 'i t t l er e gi olandt h et e ns l i e s t r e ng t ho ft henyl onmo n o f il a me n tNo_1 50wi t hc huck 同図の破断固の様子は図 6のチャッ F切れの時の破断面と同じような級相を呈している。すなわちノッチの部分に続いて函のなめらかな延性破壊の部分があり，っし、で商のやや粗い遷移倣j 或があり，さらに引きちぎられたような而を示す脆性破壊部分へとあい、ている。この脆性破駿領域の面積と破断強度との関係を図示したのが図 1 0であるが，やはり脆性破壊部分の箇秘と破断強度との関係は図 8のチャック切れの時と同様に直線関係にある。ただしこの直線の勾配は図 8の勾配よりもゆるやかである。これはチャック切れの場合のクラックの進行過程がノッチをつけたものよりも複雑になるためと考えられ，ノッチを作ったものとチャック切れをおこしたものとの強度の比較は脆性破壊領域の面積だけでは比較できな L、。時の横仙の値はつぎに，ノッチの切り込み深さと破断強度との関係を図 11に示す。破断強度 0の l テグスの初期直径 Doに相当する。ノッチ深さが大きくなると破断強度は小さくなるが，縦刺Iに前報 1) F i g .9 . Photomicrograp hso ft hetwof r a c t u r es u r f ac eo ft h ed r awn o fon enyl o nmono且l amen 七N o.1 50w i t hr a zo rc u t . - 322ー山本: 結節強度の研究 I V . テグスのチャッグ切れ強度 120 O I'OO . " . コ u 80 0 N 咽 . s : 60 主五 : 240 叫皇 20 E 曲ト・ o 1 . 0 . 15 2β2.5 0 . 5 r i U l er e g i o n(mm2) Areao fb F i き .1 0 . R e l a t i o nbetweent h ear<ωofd u c t i l er e g i o nandt h et e n s i l es t r e n g t ho fも. h enylon m o n o f i l a m e n t No. 1 5 0wi ぬr a z o rc u t . 120 民・ -t ~'00 3 s o i ￡ミ60 急 i 540 b ・帥 U 320 0c .2 4 6 8 1 01 21 41 61 8 20 22 Notch depth{X101mm} . R e l a t i o nbetw 田 n ぬen o t c hdep も h andt h et e n s i l es t r e n g ぬ o ft h enylonmonoF i g .11 もN o.1 5 0w i t hr 晶z o rc u t . f i l a m e n で求めたこのテグスの真の引張強度 Foをとると，この時のノッチ深さは C oとなり 0とはならない。これは Foにノッチ深さにして C oに相当する強度の減少があることを意味し，この C oに相当する強度減少の原因としてテグス自身に個有の欠陥が存在するためであると考えられているの。 - 323~ 北大水産会報 2 5 ( 4 ) . 1 9 7 5. 白l ament No. 1 5 0 Fi g .1 2 . Comparison betwee nt h ef r a c t u r es u r f a c eo ft h e nylon mono も )a nd、、叫hrazor cuも( ri g h t ) . Whe r eA: duct i ¥ef r a c t u r er e g i o n，B: with c h u c k (l e f b r i t t l ef r a c t u r er e g i o n，C :boundaryr e g i o n， D: c u七 o fr a Z O f . 図 12 はカミソリでノッチをつけて引 ~~ った時の破断面とチャック切れの時の破断簡を比較し丙破断面の対応する令部分に記号をつけたものである。 A の部分は延性破壊領域. Bは脆￨生破壊領域 .Cは遷移領域をあらわす。カミソリでテグス表面にノッチをつけて引張った時の破断面とチャック切れの時の破断固を対比して考えると，テグ λ のチャック切れの過程はチャックによってテグスに作られる人為的な欠陥部からクラッグがゆっくり進行する延性破嬢があり，ついでこのクラックが次第に加速される遷移領域をへて，ついには瞬時に破駿がおこる脆性破壊へと続くものと考えられる。この時のチャック切れ強度の大小はチャックがテグスに作る傷などの人為的欠陥の大小によって F i g .1 3 . Photomicrographo ft h ef r a c t u r e s u r f a c ewhent h eb r ea k i n go c c ur r . en t e ro f ed a c c i d e n t a l l ya t もhe c t h enyl onmonofilament No.1 5 0. /s howsad u c t i ler e gi o n . 決まり，この欠陥部の大小はチャックの圧縮力によるものと考えられる。ただしチャックによるテグスの圧縮変形もチャック切れの大きな要因と考えられるから，チャックがテグスに作る人為的欠陥にはテグス表面の傷のほかに圧縮によるテグス内部の変形も含んで考えなければならないものと思われる。図1 3の写真は稀にチャック切れをおこさず試料の中程で破断したものの破断面であるが，外縁部の矢印の部分に非常に面のなめらかな延性破壊領域が観察され破駿はこの矢印の部分から発生進行したものと考えられる。要約結節強度機構の解明の一過程として，ナイロンテグスのチャック切れ強度機構を究明した。結果を要約すると次の通りである。 1) チャック間際 d はチャックの圧縮力 P の指数関数的減少曲線であらわされ，圧縮力の大小はチャックがテグスに作る人為的欠陥の大小を意味し，この欠陥部の大小がチャック切れ強度の大小を決定する。 - 324 山本: 結節強度の研究 I V . テグスのチャック切れ強度 2 ) 実体顕微鏡によるチャック切れ破断面の観察から，破断面は非常になめらかな延性破壊の部分，やや面の粗い遷移領域の部分，それと引きちぎられたような面の粗い脆性破壊の部分の 3つに分けられ，このような破断面の様相はテグス表面にカミソリでノッチを作り引張って破断させることによっても得られる。 3 ) ナイロンテグスのチャック切れは，チャックがテグスに作る人為的欠陥からクラックがゆっくり進行する延性破壊が最初におこり，ついで、このクラックが次第に加速される遷移領域をへて，ついにはクラックが急速に進行する脆性破壊をおこし瞬時に破断がおこるものと考えられる。文献 1 ) 山本勝太郎 ( 1 9 7 4 ) . 結節強度の研究 1 1 . テグスの振れによる強度減少.北大水産業報 2 4，1 5 7 ー 1 7 0 . 2 ) 繊維学会編 ( 1 9 6 2 ) . 繊維物理学. 4 7 7 p .丸善，東京. 3 ) 中野詔彦・岸野正信 ( 1 9 7 3 ) . ポリスチレンの破壊の形態観察.繊維学会誌 2 9，9 6-1 0 5 . 4 ) 黒川昌孝・小西孝・滝文夫・亀井良祐・木村祥平 ( 1 9 7 1 ) . 6・1 0ナイロンフィラメントの疲 7，4 5 74 6 5 . 労破壊の電子顕微鏡的観察.同誌 2 1 9 7 2 ) . ガラス状無定形高分子の破壊.繊維と工業 5 ，2 2 7 2 4 0 . 5 ) 成沢郁夫 ( 1 9 7 0 ) . 繊維のクリ{プ破断.同誌 3，1 6 51 7 0 . 6 ) 高久明 ( - 325-