衝撃応力2成分同時計測による高分子材料の衝撃緩和現象の解明

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10750652
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 森 保仁 九州大学, 大学院・工学研究科, 助手 (80243898)
• Keywords: 高分子 / 衝撃波 / 波面緩和構造 / 衝撃圧縮曲線 / ポリエチレン / 垂直応力 / 応力ゲージ法 / 高速度写真法

Research Abstract

昨年度は、弱い衝撃波面でさえ敏感に検知可能な「プリズムピン」を開発し、これと応力ゲージ法を組み合わせることにより、数種類の高分子材料における衝撃圧縮曲線及び垂直応力の緩和構造を同時に計測した。特にポリエチレンについては多くの実験を行い、衝撃波の強さが弱いほど緩和構造は大きくなり、ある距離伝播すると波面は定常な形状となることを見出した。またこの領域におけるポリエチレンの衝撃圧縮曲線は、0.3GPa付近で奇妙な折れ曲がりを持つことを発見した。この特異な形状の原因として、「衝撃波伝播速度は試料内で常に一定である」という前提が、弱い衝撃圧縮下における高分子材料にはあてはまらないのではないかと考えた。本年度はこのことに着目し、三角プリズムを配したくさび形ターゲットを設計し、高速度写真法を用いて数種類の高分子材料における「衝撃波伝播速度履歴」の計測実験を行った。その結果、衝突面から3〜9mmの伝播距離の範囲でポリエチレン内を伝播する衝撃波面の伝播速度は、伝播と共に徐々に遅くなり、その変化率は衝撃圧縮曲線上の奇妙な折れ曲がり領域で最も大きくなることを見出した。また結晶化度の小さい試料の方がより大きく伝播速度が変化することもわかってきた。従って高分子材料の弱い衝撃圧縮状態の見積もりは実験条件、即ち伝播距離に大きく依存することになり、これまでの衝撃圧縮曲線の概念とは全く異なる観点で考える必要があることになる。本研究の最大の目的である衝撃応力2成分の同時計測を行うことは出来なかったが、高分子材料の場合、応力緩和構造が衝撃圧縮曲線の形状や波面伝播速度に大きな影響を及ぼしていることが明らかとなった。今後このことを更に追求していくことにより、高分子材料の特異な衝撃波特性をより詳しく解明できると考えている。

Research Products

• [Publications] Y.Mori,K.Hidaka and K.Nagayama: "Simultaneous measurement method of both shock state and stress profile in polymers in 1Gpa stress region"Rev.Sci.Instrum.. (印刷中).
• [Publications] Y.Mori and K.Nagayama: "Shock Hugoniot wrves for several polymeric materials in 0.5GPa shock stress"Proc.23rd Int.Cong.High-Speed Photography and Photonics. 3516. 241-245 (1999)
• [Publications] K.Nagayama,Y.Mori and K.Hidaka: "Shock compression experiments on several polymers in 1GPa stress region"J.Matterials Processing Technology. 85. 20-24 (1999)
• [Publications] K.Nagayama and Y.Mori: "Precise optical observation of 0.5 Gpa shock waves in condensed materials"Proc.23rd Int.Cong.High-Speed Photography and Photonics. 3516. 234-240 (1999)