材粋砂寄動特性の 誠験法と評価締果 プラスチ“ ノ 安田 武夫＊ 2．プラスチックの各種試験法（続き） 本規格は，定められた条件下でのプラスチックおよ びプラスチック複合材料の引張特性を測定するための 2−4．機械的性質の試験・評価方法（2） 一般原則を規定する。 2−4−6．引張特性（続き） JIS K7162∼7165はIS0527シリーズの各パート ③試験法 のおのおのの材料に適するように，数種の異なった形 引張特性の試験法は，JIS K7113−19畠5およびJIS の試験方法を規定する。 K7161一・舳11〕，JIS K7162一舳・・〕に規定されている。こ これらのJISが適するとした材料は以下のとおり。 の言亭，JIS K7161，JIS K7！62等はIS0527シリー ズめ一蔀を翻訳し，技術的内容を変更することなく作 JIS K7162：型成形，押出成形および注型用プラス 成された規衝である二・ JIS K7163：板およびフィルム ・本連載岬では1二甲際整倉の申で1SO規情のl1・化 チツク JIS K7164：等方性および面内等方性繊維強化 の動き’につ＾で述べてきた。今後も・国際規格である プラスチック ISO規格が翻訳されゴIS規梧となる流れに変わりはな・ JIS K71651一方向繊維強化プラスチツク い。本連載でもこの流れに沿って，今後の試験法の紹 本試験方法は，試験片の引張挙動を調べる目的，な 介を行う際は，ISO規格に基づいたものについて優先 らびに規定された条件下での引張強さ，引張弾性率， 的に行うこととする。原則として，それ以外のJIS規 および引張応力一ひずみ特性を測定する目的に用い 格は規格番号の紹介のみとしたい。 る。 なお，今回紹介したJIS K7ユ13は，日本規格協会発 行「JISハンドブック プラスチック試験編」3〕に記載 本試験方法は，とくに，つぎの材料に適する。 があるので必要のある方はご参照願いたい。 可塑性プラスチック材料（非強化，各種強化コンパウ 一型成形，押出成形，および注型の硬質，半硬質熱 ここでは，IS0527−1：1993を日本語翻訳したもの ンドを含む。硬質・半硬質熱可塑性樹脂の板，フィル のうち，前述のJISハンドブックに掲載されている ム） JISK7ユ61を主として紹介したい。このハンドブツク 一硬質，半硬質熱硬化性成形材料（各種強化コンパ ではIS0527関運のJIS規格は今後JIS ウンドを含む。硬質・半硬質熱硬化性型成形樹脂板， K7ユ63∼7165まで規格化されると予告されている。こ 積層板を含む） れらは，最近規格化されたか，または近い将来規格化 一繊維強化熱硬化および熱可塑性複合材料（一方向 される見込みである。 性強化および非一方向性強化材料） JIS K7161（プラスチックー引張特性の試験方法第 一サーモトロピック液晶ポリマー 1部：通則）の概要は以下のとおりである。 一硬質発泡材料，発泡材料を用いたサンドイッチ構 ・適用範囲 造物には適さない。 本試験方法は，規定の寸法に型成形した試験片，ま ‡Takeo YASUDA，安田ポリマーリサーチ研究所所長 〒168−O082東京都杉並区久我山4−27−7 104 たは型成形品，積層品，フィルム，押出成形板，注型 板のような完成品もしくは半完成品を切削もしくは打 プラスチックス 表1推奨試験速度 速度（mm／min） 1 2 5 ε’→ ε舳 ε〃 ε柵 許容範囲（％〕 ±20｝1 σ月 σ〃 σ月 σ〃 ±20 ±20 10 ±20 20 土10州 50 ±10 b σ｝ ユ00 土ユ0 200 ±10 500 レ 土10 σ凋 ＊1：この許容範囲はIS05893に規定されているものより狭い。 a 、”／ o σ月 σ〃 d σよ 抜によって機械加工した試験片を用いる。場合によっ ては多目的試験片（IS03167）を用いることもできる。 ・装置は，IS05893＝1985Rubber and plastics test equipment−Tensi1e，Hexura1and compression α2 α1 ε1ε2 ε出 ε｝ ε｝ 兀％ εB types（constant rate of traverse）一Description、に ε〃 ε〃 ε〃 ε→ 従うものとする。 曲線邊 ：もろい材料 曲線b，C：降伏点を示すもろくない材料 曲線d 1降伏点を示さないもろくない材料 試験速度は表1のとおり規定している。 ・試験片では，試験片の形状と寸法および作製法に ついて，「JIS K7162∼7ユ65のうち試験される材料に 図1代表的な応力一ひずみ曲線 適用する規格を参照する。」としている。 ・状態調節は試験される材料の規格に規定された方 次のつぎによって算出する。 法で行う。この規定がない場合，当事者問の協定で定 σ2■σ1 EF ε2’ε1 める。これもない場合はIS0291からもっとも適した 条件を選んで行う。 ・計算および結果の表示 ここに，E…：引張弾性率 （MPa） σ。：ひずみε。1O．0005において測定され 引張応力は試験片の初め（応力をかける前）の断面 た引張応力 （MPa） σ1：ひずみε1＝O．0025において測定され 積をもとに，つぎの式によって算出する。 た引張応力 （MPa） 一応力の計算 F σ＝7 一ポアソン比＃2 必要な場合には，ポアソン比を互いに直交する2方 ここに，σ：引張応力 （MPa） 向のひずみの値をもとにつぎの式（5）によって算出す F：測定荷重 （N） る。 λ：試験片の初めの断面積 （mm2） 一ひずみの計算 引張ひずみは標線間距離をもとにっぎの各式によっ て算出する。 △Lo ε冊 μ祀＝一 ε ここに，μ祀：ポアソン比，無次元の比 勉＝ろ（幅），または勿＝ゐ（厚さ）となり， 選択された方向を示す。 ε＝ 五〇 ε：縦ひずみ △工o ε（％）＝100×丁 ε抽：横ひずみ，〃＝ゐ（幅），または例＝免（厚 さ） ここに，ε：引張ひずみ（無次元の比または％） ム。：試験片の標線間距離（mm） △ム：試験片の標線聞距離の増加（mm） 一弾性率の計算 引張弾性率は2点の規定されたひずみの値とともに ＊2：縦方向対法線方向のひずみ曲線の初期の直線部分におい て，引張方向のひずみεとそれに対応する引張方向と直交 する二つの軸のいずれか一方のひずみε”との負の比率。ボ アソン比はそれぞれの軸の方向により幅の方向と厚さ方向 とに示される。ポアソン比は長繊維強化材料に使用される。 Vol．5ユ，No．8 ユ05 また，JIS K7162では，JIS K716！の通 則で規定されたプラスチック材料のうち， ’ヨ 1 ｛ つぎに示す材料に適する。 丁型碑形，押出成形，おキび注塑の疲質， わ ゐ 凹1−1 ■一一■r■■■’’’一一 ■■ Lo ヨ 工 工 試験片の形 IA ’3：全長 11：幅の狭い平行部分の長さ ≧IとO1〕 80±2 r：半径 を含む）。 1B 一型成形および注型用の硬質・半硬質熱 60．O±ヒO．5 硬化性材料（充填物入りおよび強化材（織 物用繊維は除く）入りコンパウンドを含 104∼1203〕 104∼1I3ヨ〕 ムo：標準間距離 各種強化コンパウンド（織物繊維を除く） （単位：mm〕 （ ≧602〕 20∼25 わ1幅の広い平行部分間の間隔 b2：端部の幅 あI：狭い部分の幅 乃1標準厚さ4〕 半硬算熱可塑性プラス†ツク材料（非強化， 20．0±ヒO．2 む）。 10．O±O．2 一サーモトロピック液晶ポリマー 4．O±O．2 50．0±O．5 一硬質発泡材料，発泡材料を用いたサン 115±1 工：つかみ具間の初めの間隔 （注〕射出成形などで直接成形する試験片は1A形多目的試験片，また，板などから 機械加工によって作る試験片は1B形多目的試験片を標準（Preferred）とする。 ドイッチ構造物には適さない。 JIS K7162で使用される試験片の形状 は可能な限り図2．に示すダンベル片の1A 形または！B形を用いる。試験片を直接成 形する場合1A形の，機械加工により作製 する場合は1B形の多目的試験片が望まし 1）材料によっては，つかみ具の中での滑りや破壊を防ぐために，つかみ部の長さ を大きくする必要が有る。 （たとえば，’ヨ己200mm〕 2）。＝’［（1。一11）2＋（あrあ1）21／4（わ。一わ1〕 3〕11，r，凸1およびあ2によって決まる。ただし，記載した許容範囲であるこ乙 4）支障のない隈り優先的に使用する厚さ。 図2試験片！A形およびユB形 い。 一有効数字：引張応力および弾性率は有効数字3け ④各種プラスチック等の引張特性 たまで，ひずみおよびポアソン比は2 現在新計量法により計量単位は，国際単位系（SI） けたまで計算する。 が全面的に採用された。しかし，過去のデータには従 図1にJIS K7161に紹介された代表的な応力一ひ 来日本で採用されてきた非SI系で表示されているも のもある。したがって，本連載もこの単位系を便用し ずみ曲線を示す。 たデータの紹介を優先するが，非SI系のものも紹介す □45∼69 フェノール樹脂（木粉〕 ユリア樹脂いセル回一ス〕 メラミン硯脂＝O・セルロース〕 ［コ4君一8君 ポリエステル＝ガラス櫨離〕 二11111 □6ト206 エポキシ樹脂げラス繊雑〕 ［コ4ト76 ジアリルワタレート樹脂 ｛ガラス繊維〕 塩化ピニル樹脂1麗 ロヨ4∼62 □6．ト25 □34∼冒2 ポリスチレンー般用 S＾N樹脂‘一般用〕 □66∼82 ＾ 日 s 樹 脂 ポリエチレン（高密度〕 □34∼59 □22∼38 □48∼76 メタクリルメチル樹脂 □29∼3君 ポリプロピレン □14∼34 ポリ四ふっ化エチレン □62∼82 ポリアセタール 口69∼82 ポリアミド｛6’6〕 ｛ホモポリマー〕 ポリカーポネート 日55∼66 □13∼62 ァセチルセルロース ポリフェニレンオキサイド ］76 □25∼ヨ昌 ■27 ア イ オ ノ マ ー 4一メチルペンテン・I樹脂 ジ ュ ラ ル ミ ン 7 ル ミ ニ ウ ム 木 材 フェノール樹岨冒｛木粉） O．4∼O．8 ユリア樹脂〔o・セルロー刈 0．5∼1．O ’ラミン樹脂｛o・セル回一ス〕 o．6∼o．9 ポりエステル〔ガラス繊雑〕 0．5∼2．0 エポキシ樹脂｛ガラス域織 1．O∼6．0 塩化ピニル樹脂1麗 ポリスチレンー般用 SAN樹脂（一般用） 1．5−3．7 A B S 樹 脂 3．O∼60 50｝800 ポ リ ェチ レ ン 2∼IO ポリプロピレン 200∼700 メタクリル酸メチル樹脂 ポリ四ふo化エチレン ［＝＝＝＝二＝＝＝＝］200｛400 司｛リアミド ‘6 ［＝二二二ニコ60∼300 ポリァセクール‘ホモポI」マー〕 □一ト70 ポリカーポネート 口100∼1ヨO アセチルセルロース □トマO ポ1』フェニレンオキサイド ア イ オ ノ マ ー 4・メチルペンテン・I樹脂 □50∼80 □ヨ50∼450 皿15 炭 素 鋼 □1ト23 クロムモリプデン鋼 □7．5∼30．5 黄 銅 □ト57 チ タ ン □I2山28 口186∼196 コ． ム 伸び（％）（圧縮射出成形材料） 引張弾性率（MPa） 図3各種工業材料の引張強さの比較 ＝400∼1，OOO lO0 200 300400500600 700 0 100 200 300 400 500 600 700 106 2．O∼40 □300∼450 1．O∼2．5 □ 373∼4ヨ1 口69山108 569，6罧6□ 鋼 る場合があるのでご了解願いたい。なお，SI単位と従 □ヨト88 図4 各種プラスチックの破断時の伸びの比較 プラスチックス ナイロン12｛未変†空） 230㌔350 ナイロン12（未変性） ナイ日ンl1（未変性） ナイロン引2｛未変性〕 旧 r l…・｛変性〕 ナイロン610〔未変性〕 □56∼65 口54∼67 ．日49∼59 P−E （変性〕 ナイロン610｛未変性） 工OO∼300□ ナイロン6｛エストラマー〕 ［＝コ52ぺ71 ナイロン‘（エラストマー〕 160午270口 ナイロン1l｛未変性〕 ナイロン612（未変性〕 口54∼58 □59㍗63 ナイロン6（未蛮性〕 ナイロン66く未変性） 口70∼82 ナイ［Iン6（未変性〕 ナイロン“｛未変性〕 ホ1」カー赫一ト’棚けロイ〕 ［＝＝コ52∼83 ポりカーポネーH＾田5＝ア回イ〕 ［コ72∼83 ポ1」涜一ポネーH非充瑚〕 □56∼66 ポ3』苗一ポネート｛非充堀〕 U ポ リ マ ー □64∼8I □98∼137 1」 ポ リ マ ー ナイロン12｛ヨO％O〕 ナイロン12｛ヨO％O〕 口69∼73 ポリサルホン ナイロン1］〔ヨo｝3ヨ咄o〕 ナイロンll｛ヨo｝ヨ5％o〕 口95∼l08 叩E｛変性2ト300） P肥｛変笹加％｝；o％o〕 □98∼118 P 旧 S □88，94 ，85 ホ■」工一テル甘ルホ刈非充堀〕 ポリサルホン ポ1」苗一ポネイトOO盟来請O〕 P P S ポリアリルサルホン ポ1』エーテル甘ルホ刈非充岨〕 □65∼69 ポリアリルサルホン 口65∼74 ナイロン‘｛ヨo｝ヨ5％o〕 ナイロン6｛ヨO｝ヨ5％O） 88∼177 ナイ回ン“｛ヨo一ヨ5％o〕 ナイロン舶〔珊∼ヨ5％o〕 157∼196〔 78∼177 ポ1」売一ポネートO皿一珊明O〕 ポリカー赫一Nlト峨o〕 ポ3」アセクール‘コポりマー〕 □59∼63 ポリアセタール □46∼50 ポリアセタール ｛ホモポリマー，20％O〕 □59∼76 ｛ふっ素樹脂繊維充堀〕 □108∼147 ポリアセタール ｛コポリマー，25％G〕 PPS ｛40％O〕 ポ1」工一テルサルホ刈珊兜O〕 綱雌ポljエステル㈱o〕 98∼216 油駅11エステ川㎜〕㈱O〕 10ト300□ 60∼300＝ 口10∼15 口100∼130 □50∼95 □3∼5 □50∼ldO □3∼7 □4∼6 □1∼5 □10∼20 □30∼90 □2∼4 □3∼5 □40∼80 □09∼5 口8∼16 ポリアセタール ‘ホモポリマー．20％o〕 □2∼7 籔可壷睦ポ■」エステル＝咀瑞o〕 □2∼3 ポリアセタール （コポリマー，25％O） □2∼4 □1∼5 旧PS （40％O〕 ホ，jエーテルサルホン｛仙趾o〕 ［＝＝＝＝＝＝＝＝］127∼167 黒可里性ポ1』エステル｛珀瑞o〕 137∼工77□ 液晶ポりエステル｛LCP〕 I77∼216□ 50 100 150 □50∼60 ポ1」アセタール ポ1」了セタール＝コポー』マー〕 ｛ふo素樹脂繊維充堀〕 口49∼53 黒可哩珪ポ■」エステル｛岨緕o］ 200，400□ 150∼350□ （ヨo％o〕 □3∼4 □1∼3 □2∼7 1 2345 10 20ヨ04050 IO0 200 400 300500 200 伸 び（％） 引張強さ（MPa） 図6 破断時の伸び（％） 図5引張強さ（MPa） フェノール構閉旨（ヨ倖弛一fヒ〕 口2，750∼4，l02 1木粉充狽〕 □5，510∼11，700 □6，90ト10，300 ユリア樹脂｛ゼセル回一ス充頓〕 口7，600∼9，600 □5，510∼l l，700 メラミン櫛脂｛o・セルロース充測 1メラミン・フェノー州。・セルローユ充剛 フーノール樹脂／若驚 □2，070｝4，410 ｛oP布棚層） 口1，lll1ll．1ll エポキシ樹脂（非強化） ｛0F充坂） ジアリルフタレート樹脂（非強化〕 塩化ビニル樹脂（硬質） ポリスチレン（一般用） 口4．6−7，0 03．9㌔4．8 不飽和ポリエヌテル樹脂〔非強化〕 ■2，410 皿20，700 ユリア樹脂｛血セルロース〕 メラミン樹脂〔皿セル日一ス） 口2，28ト3，2畠O □4．9∼9 エポキシ樹脂（ガラス繊維） □1ト35 ［二＝二］7∼21 ジアリルフタレート樹脂｛ガラス繊維〕 ［コ4I2∼7．7 ポリエステル（ガラス繊維） 口9，60ト15，200 □2，4IO∼4，140 ［コ3．9∼9 塩化ピニル樹脂／緩警 口3．卜6．3 0．7∼2．5 SAN樹脂（」般用〕 ABS樹脂｛一般用〕 □ 3，2君O山3，昌60 口1．86ト2，760 ポリスチレンー般用 口2，240∼3，240 S A N 樹 坦旨 A B S 樹 坦旨 □6．7∼8．4 P M M ＾ 樹 田旨 ポリエチレン｛高密度） メタクリル酸メチル樹脂 □2．2｝3．9 ポリエチレン｛商密度〕 工1，070∼1，090 ポリプロピレン ポリ四ふo化エチレン □1，140∼1，550 □390山550 ポ リ ア ミ ド 6 −2，620 ポリアミドイミド ポ リ イ ミ ド −4，450 口2，070 ポリアセタール｛ホモポリマー〕 □ 3，100∼3，590 ポリカーボネート ［＝＝］3．5㌔8．4 □3．5∼6 ポリプロピレン □4．9㌔7．7 日3．O，3．9 ポリ四ふっ化エチレン □1．4∼3．5 ポりアミド（6’6） □6．3∼9．4 ポりアセタール＝ホモポりマー〕 口7．O∼8．4 ポリカーポネート ［］5．6∼6．7 ポリフェニレンエーテル −2，380 回2，450｝2．620 ポ リ ス チ レ ン 02．480 ポリフェニレンオキサイド ポリフェニレンサルフ7イ ポリエーテルサルホン 引張弾性率くMPa） 図7 ァセチルセルロース 03，300 皿2，410 102 103 104 105 各種プラスチックの引張弾性率 口1．3∼6．3 ア イ オ ノ マ ー □7．7 □2．5∼3．9 4一メチルペンテンー1樹脂 □2．呂 ジ ュ ラ 」レ ミ ン □38∼44 ァ ル ミ ニ ウ ム 鋼 □7∼11 木 材 一9｝20 5ト70□ 0 10 20 30 40 50 来の非SI単位系との換算表は，すでに本連載の第一回 に記載したので参照願いたい。 60 70 引張強さ（kg／mm！） 図8 各種工業材料の引張強さの比較 各種工業材料とプラスチックの引張強さを図3 に4〕，プラスチックの引張破断伸びを図4に示す。また Vol．5ユ，No．8 ユ07 ポ／エステル（鶉孟） ［＝＝コ11∼21（比重1，7） エポキシ梛旨（欝孟） ［＝コ3．9∼1l．6（1．8） ナ イ ロ ン 66 □5．卜7．4（1．14〕 ボリカーボネート 口4．9∼7．O（1．2） ポリアセタール 硬質塩化ビニル樹脂 表2標準試験片の寸法 A 測定項目 （単位：mm） 長さ1 幅凸 厚さ免 弾性率 50±2 10±0−2 4±0．2 強さ 10一。十〇 口4．9∼5．9（1−43〕 □2I5∼4．5（1．4） 比強度の比較を図9に示す。硬鋼では，7．4∼8．9kg／ ジ ュ ラ ル ミ ン 口13．6∼15．7（2．8） ア ル ミ ニ ウ ム 硬 鋼 木 材 口2．6∼4．1（2．7） mm2，ジュラルミンではユ3．6∼15．7kg／mm2程度し □7．4∼8．9（7．85） かならないものが，ポリエステルガラス繊維クロス充 口14．3∼14．6（1．4〕 填品（FRP）では，21．0kg／mm2という大きな値とな O l0 20 30 40 引張強さ 比抗張力＝ kg／mm！ 比 重 図9比抗張力の比較（同じ重量当たりの材料強度） る。 引張破断伸びは，複合材料である熱硬化性樹脂は非 常に小さく，熱可塑性樹脂で非強化グレードでは靭性 に大きな材料は，大きな値を示す。しかし，強化グレ ードの伸びは小さい。 性率を図5∼7に示す5〕。 金属材料の伸びは数％∼数10％の値である。工業材 料のうち，ゴムは非常に大きな値を示す。 各種業材料の引張強さを比較すると，図8に示すよ 引張弾性率は，熱硬化性樹脂が熱可塑性樹脂より高 うに鋼鉄では最高70kg／mm2以上，アルミニウム合金 い値を示し，とくに不飽和ポリエステル樹脂のガラス のジュラルミンで44kg／mm2程度の値を示すが，プラ クロス強化の積層板は高い値を示す。 スチック材料では熱硬化性樹脂のポリエステルガラス 繊維強化晶（FRP）が最大35kg／mm2でもっとも高い 値を示す。強度の高いエンプラ関係の材料では，スー 2−4−7．圧縮特性 パーエンプラの非強化グレードでは，PESの18kg／ 体，立方体，円柱形または円筒形のブロック状の試験 各種エンプラの引張強さおよび引張破断伸び，引張弾 ① 圧縮特性の測定方法（圧縮試験） プラスチック材料の圧縮特性を測定するには，直方 mm2がもっとも大きな値で，強化グレードでは，熱可 片を2枚の平行板面にはさみ，その両端から圧縮力（圧 塑性ポリエステルが22kg／mm2と高い値を示す。 縮荷重）を加えて破壊するまでの応力（圧縮応力）と また・最近目ざましい発展をしているLCPは，かな ひずみ（縮み）の関係を求める6〕。 り値のバラツキが大きいが，これは，分子構造が異な JIS規格ではISO規格であるIS0604■m93を日本 るためである。LCPの中では非常に強度の高いものが 語翻訳したJIS K7181■1叫7〕がある。 ある。 JIS K7181（プラスチックー圧縮特性の試験方法） しかし・全般的にいってプラスチックの引張強さは の圧縮特性と引張特性との違いはあるが，内容的には 金属と比べるとその値は非常に小さい。 JIS K7161とほぼ同一である。 プラスチック成形品の強度比較では，同一形状の試 本規格に適する材料は，JIS K7162と同］である 料の強度比較と，相似形の試料について同一重量当た ・試験片で，標準試験片の寸法は表2のとおりであ りの強度を比較する場合があ乱 る。 引張強さの意味はあくまで，同じ切口断面の試料に ・計算と試験結果の表し方 ついての引張強さの比較で，結局“同一体積当たりの 一応力の計算 強さ”を示すことになる。すなわち，同一形状の試料 圧縮応力は，試験片の初め（応力をかける前）の断 についての比較値となる。しかし，近代工業は，自動 面積をもとにつぎの式にて算出する。 車，航空機等の交通機械では“軽くて強い”材料が要 求されている。すなわち・材料の特性項目で示すと‘‘同 F σ＝7 一重量当たりの強さ”が問題となる。“同 重量当たり ここに，σ：圧縮応力 （MPa） の強さ”は比強度と呼ぱれる量で示される。その値は F：圧縮荷重 （N） λ：試験片の初めの平均断面積 （mm2） 一ひずみの計算 引張強さを比重の値で割って与えられる。 比強度＝引張強さ 比重 108 圧縮ひずみは標線問距離をもとにっぎの各式（2）に プラスチックス よって算出する。 ポリェステル1鵠姦 △五〇 ユリア樹脂 メラミン樹脂 ε＝丁 52 17∼28 17∼30 エポキシ樹脂1繋物墨 △Lo ε（％）二100×τr 13 ポリスチレン アクリル樹脂 8∼11 4．8｝I2 ポリエチレン樹脂 ここに， 1I69以下 ナイロン6 5．O∼9．1 ε：圧縮ひずみ（無次元の比また ポリカーポネート は％） 硬質塩化ビニル Lo：試験片につけた初めの標線 7．7 7．O∼11．3 ステアタイト 間距離（mm） 45，91 アルミナ磁器 電気用陶器 △Lo：標線問距離の減少量（mm） 56∼110 17．5｝35．0 一弾性率の計算 35 鋼鉄 圧縮弾性率は2点の規定されたひ ずみの値とともにつぎの式によって 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 算出する。 圧縮強さ｛kg／mm2） σ2’σ1 E。＝ ε2■ε1 図10各種プラスチック材料と工業材料との圧縮強さ ここに，凪：圧縮弾性率 140 奄120 （MPa） ω：圧縮ひずみε。＝O．0005において測定 ξ1・・ ／w 犯弓 泉／イツ・ ぺ ・・ ＾◇ 。ペナ r イ 脊 1．400 1．200 1，OOO｛ ＝… 800 ） された圧縮応力 （MPa） q：圧縮ひずみε1＝O．0025において測定 580 された圧縮応カ （MPa） 一有効数字：圧縮応力および弾性率は有効数字3け 僅60 鐸 出40 渠 たまで，圧縮ひずみは2けたまで計算 20 0 10 20 30 0 只 600邊 400出 200 只 ②各種プラスチック等の圧縮特性 図10に各種プラスチックおよび他の工業材料の圧 縮み率1％〕 図11各種プラスチックの圧縮応力一ひずみ曲線 縮強さを示す4〕。圧縮強さも，ガラス繊維クロス充填 PEEK／30％GF ■ ■ ■ ■ ■ PSFμO％GF ■ FRPがもっとも高い値を示している。鋼鉄は，約35 kg／mm2の値をもっているが，プラスチック材料では ふつうの成形品で10kg／mm2程度で低い。しかし，ガ ラス繊維クロス充墳ボリエステル成形品は52kg／mm 2の高い値をもち，鋼鉄の値を大幅に越えている。磁器 ㊥ ■ PBT／40％GF／ ↑ 昌1，500 ■ ■ PBT／15％GP ●PBTβO％GF 、、、・ヅ撫ヅ・㌻帥・胃 750 500 250 一 ポリアセタール ポリカーボネート 白o PBT．昆・4ロン。 ポリアミド ポリブロピレン ε R 硬質塩化ビニル樹脂 ポリアミ“ ポ1カーボネート ポリアセタール 1086420246810 （縮み〕 （伸び〕 ひずみく％） 図12各種熱可塑性樹脂の引張，圧縮挙動 Vol．5ユ，No．8 500 追 追 750 7 ／ ／ ￡ ポリプロピレン ㊨PSF／ ．ナイロン66 出 R500 1，OOO ■POMコポリマー 鍵1，OOO 冨 o 5 250 O○変性PPO ■■■PC／30％GF 舳 灘 100 0 OPFA OPTFE GF：ガラス繊維 0 500 1，OO0 1，500 引張強さ （kgf・om■2〕 図13エンジニアリングプラスチック（無充填および充填系）の圧 縮強さと引張強さの比較 109 いては，降伏点における圧縮応力，すなわち，降伏応 力をもって表すか，または一定のひずみ（縮み）を生 じたときの圧縮応力，たとえぱ，ひずみ量ユ％のときの 。子 圧縮応力（ユ％圧縮変形応力）等をもって表す。 2−4−8．せん断特性 ①せん断特性とは 図14せん断ひずみ （ずり変形） せん断特性とは，たとえぱ図14のように，物体の底 面を固定し，これに接する他の面に固定し，これに接 する他の面に接線外力Rを加え，これにより発生す る応力（せん断応カ）とひずみ（ずり変形）との関係 ガイドヒノ 目 によって示される機械的性質である。図において上面 試験片 ダイ 8 一 ■φ’25・40 Ml＼1 の移動量を∂（mm），これに対する角度をθ，上面の面 『1〔〇一 半η曜s 積A（mm2），高さ∬（mm）とすると，接線において 作用する外力Rに対するせん断応力σ。は R σ・＝兀 1 となる。 畠 プラスチック材料においては・せん断特性は一般に はあまり重要視されていない。しかし，熱硬化性樹脂 1 lb■串惣臨 bポンチ 1φ25．37） ②座金 （φ25．3ηφlO．③ナット｛MlO） 積層板や熱可塑性樹脂のシートやフィルム類の打抜き （パンチング）加工において直接問題となる物性であ （φ253ηφl05） る。またせん断応力は物体にどのような外力がかかっ 臨 ③ナット｛MlO） た場合にも・大小の相違はあるが必ず発生してい乱 図15せん断試験装置（JIS K7214） すなわち，せん断特性には前述の“直接的せん断特性” （単位：mm〕 の他に，曲げやねじりにおける曲げモーメントあるい 製晶の圧縮強さの値は，他の工業材料の値よりきわめ て大きい。もっとも大きなアルミナ磁器の値は はねじりモーメントによるものや，引張，圧縮におい て荷重を受ける断面の位置（たとえば引張あるレ）は圧 56∼110kg／mm2程度の高い値を示している。また，図 縮応力に対しある角度をもつ断面において）によって 11に各種プラスチックの圧縮応力一ひずみ曲線の例 付随的に発生する等・いわぱ“間接的”なものがある。 を呂〕，図12に各種熱可塑性樹脂の引張，圧縮挙動を示 す9〕。また，図13にエンプラの引張強さと圧縮強さの 関係を示す。 せん断特性の測定方法としては，JIS K7214■1眺5・10〕 （プラスチックの打抜きによる試験方法）に規定されて いる。この試験方法では，図15に示す試験装置を使用 これらの図より多くのプラスチックは圧縮強さの方 して，厚さ1．O∼12．5mmの50mm□の角板（または が引張強さより大きい傾向にあること．が分かる。 50mmφの円板）をポンチで打抜く方法で，せん断面は プラスチック材料の圧縮強さは，その引張強さにく ポンチの外形（25．37mm）と試験片の厚さとによって らべ一般には高い値である。熱可塑性樹脂のうち，ポ 形成される円柱の周囲面となる・〕。 リエチレン，ポリプロピレンおよび耐衝撃性ABS等 ②剛性率（横弾性率） 前述の図13で外力（せん断荷重P岳）によって上部平 面の移動量（変形量・ずり）は元の平面に対しての の弾性に當む材料では，荷重をかけるとまずふくらみ， さらに圧縮を続けると偏平状に押しっぶされるだけ で，完全に破断（または破砕）するには至らない。し かし，熱硬化性樹脂や一般用ポリスチレン等のように 硬質で，しかも比較的もろい材料では，圧縮により破 砕する。このため，このような材料については圧縮特 性は重視されるが，一般の熱可塑性樹脂ではそれほど ∂ ε岳＝一＝tanθ 亙 関係となるが，このε。をせん断ひずみ，またはすへり 変形量と呼ぶ。外力の変形量がその材料の弾性限度以 内である場合，このせん断ひずみ6〃とせん断応力 σ岳の関係は 重要視されていない。 完全に破断しないプラスチック材料の圧縮特性につ 110 プラスチックス 表3各種プラスチックスのせん断強さ・引張強さ・剛性率・縦弾性係数 類 せん断強さ（MPa） プラスチック 別 フ 熱 可 塑 性 樹 脂 剛性率G ビッカース硬さ 縦弾性係数（参考〕E ねじりせん断 （MPa〕 （MPa） 払 （GPa〕 木粉入 り 75 56 45 1，230 布 入 り 74 48 43 890 アスベスト入り 52 25 24 ユ，290 38 ユ リ ア樹脂 86 49 42 1，730 49 6．9∼10．3 メラミン樹脂 ポリエステル 80 58 51 1，310 50 8．2∼9−6 60 58 43 670 17 2．1∼4．ユ 素フイラーなし 53 59 51 ユ，140 1．350 25．8 29．1 2．7∼8．9 63 64 450 7，1 O．98∼2．55 12 600 4．9 0．4∼0．98 工 ノ 熱 硬 化 性 樹 脂 引張強さσ王 直接せん断 i ノレ 主Nフィラー入り 49 ナ イ ロ ン 6 67 ■ 52 17 22 ポリエチレン ポリプロピレン ポカーポネート 40 66 一 6 34 42．4 27．1 7．5 一 730 61 R σ8＝一＝G×ε占二G・tanθ 29．1 5−5∼1！．8 ■ 6，9∼20．6 ■ 1．08∼1．37 5−9∼9．8 σ’（MPa〕 λ となる。このG（MPa）は，剛性率（rigidity）または 10 020406080 横弾性係数あるいはせん断弾性係数とよばれる。この 100 80 横弾性係数（亙）がσ二E・εの関係より求められるこ 60 記 ε とを対比してみれば，いっそう理解しやすいであろ う6〕。 40 ぎ ③各種プラスチックのせん断特性 20 表3に各種プラスチックのせん断強さ，引張強さ， 剛性率，硬さ，縦弾性係数を示す11〕。また，図16に直 0 2 4 ’ 6 8 接せん断強さと引張強さの関係を示す。 引張強さσ。｛kg／mm，） これらの図，表より熱硬化性樹脂では，直接せん断 強さは引張強さより大きく，熱可塑性樹脂では両者が （注）σ皿＝σ・σ’ 近い値を示していることが分かる。また，ねじりせん 口＝1．7 熱硬化性プラスチック ＝1．0 熱可塑性プラスチック 断強さは熱硬化性樹脂では引張強さと同等であり，熱 （＝O．8軟鋼） 可塑性樹脂ではねじりせん断強さと引張強さとの間に 図16直接せん断強さと引張強さの関係 特に相関関係はないといえるデータである。 次回は機械的性質の試験・評価方法の曲げ特性等に 8）「プラスチック成形加エデータブック」p．40，㈹日本塑性加工 っいて述べる。 学会編 日刊工業新聞祉，昭和63年3月25日初版第1刷発 ＜参考文献〉 1〕JIS K7161一・雪咀（プラスチックー引張特性の試験方法 第1 部：通則〕 2〕JIS K7162■1葭胴（プラスチックー引張特性の言式験方法 第2 都：型成形，押出成形および注型プラスチックの試験条件） 3〕「JISハンドブック プラスチック試験編」1999年4月21日 行 9）「プラスチック・データブック」p．109，旭化成アミダス㈱ノ「プ ラスチックス」編集部共編 ㈱工業調査会1999年12月1日 初版第ユ刷発行 ユ0〕JIS K7214−1眈5（プラスチックの打抜きによるせん断試験方 法） 11〕山口1プラスチック年鑑，㈱工業調査会（1967） 第1版第1刷 日本規格協会発行 4）桜内雄二郎：「新版プラスチック材料読本」工業調査会，1998 隼4月1日，新版4刷発行 5）小太刀：東芝技術資料 6）「成形加工技術者のためのプラスチック物性入門」廣恵章利， 本吉正信共著 1996年1月31日第3版第1刷発行（日刊工 業新聞社〕 7）JIS K7181−1・帥（プラスチックー圧縮特性の試験方法） Vo工．51，No．8 111
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