2015 Fiscal Year Research-status Report
TMAインデンテーション試験に基づく粒子分散強化高分子材料の材料設計最適化
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15K05689
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| Research Institution | Tokyo Denki University |
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Principal Investigator |
辻 裕一 東京電機大学, 工学部, 教授 (10163841)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 隆志 沼津工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (10161994)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | インデンテーション試験 / クリープコンプライアンス / 粒子分散強化 / 時間－温度換算則 / 粘弾性 / シール材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
熱機械分析装置TMAの球状プローブをナノインデンテーションで標準的に用いられている三角錐圧子、および四角錐圧子を装着できるように各種圧子を用意し改造した。高温試験は主に三角錐圧子により、極低温試験は球状圧子により実施する。改造したTMAによって高温・極低温インデンテーション試験を予備的に実施し、測定データの妥当性の検証を実施した。押込み荷重と押込み変位の再現性向上について検討を行った。続いて、高分子材料・シール材料としてPTFE系シール材料を取りあげ、比較的短時間の高温粘弾性特性のデータを、試験温度を変えながら取得した。長い時間領域までの粘弾性特性を各温度の粘弾性特性に時間－温度換算則を適用しマスターカーブを作る。高分子材料に関して一般的に行われている手順によって、特定の温度のクリープコンプライアンスを表すマスターカーブを作成することができた。このとき用いるシフトファクターとして、W.L.F.式によるもの、及び各温度のコンプライアンス曲線の時間軸に関する移動量を最小自乗法に基づき求めたものの両者を比較検討している。今年度の成果として、球状圧子、三角錐圧子を用いる場合のマスターカーブ構築法をほぼ確立できた。これにより高分子材料・シール材料の長時間の高温・極低温粘弾性特性を推定できる。ただ、極低温におけるクリープコンプライアンスのマスターカーブを作成するには、コンプライアンスが小さいため、試験温度の間隔の設定が課題である。一方、上述の検討と並行して高温におけるシール製品の微小リーク特性と応力負荷順序の影響に関する評価を高温ガスケット密封性能試験により実施している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
３年計画の初年度の実施計画では，（１）TMA（熱機械分析装置）を改造しての高温・極低温ナノインデンテーション試験の実施，（２） 測定データの妥当性の検証，（３）分子材料・シール材料の高温・極低温でのクリープコンプライアンスのマスターカーブ構築，の３つの課題を掲げた．それぞれの研究課題に関して，当初の目標をほぼ達成し，次年度以降の研究の基礎データも取得できた．以上より，研究はおおむね順調に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度以降，次の研究項目を実施する予定である．
一番目に，研究初年度に確立したTMAを用いるインデンテーション試験によるマスターカーブ構築法に基づき，シール材料の長時間・高温／極低温粘弾性特性を評価する．時間－温度換算則におけるシフトファクターとしてW.L.F.式の適用の可否について適用範囲や代替の係数について調査検討する。二番目として、粒子分散強化高分子材料の材料設計の最適化を図るための基礎データを取得するため、分散粒子の大きさと分散密度を変えて、クリープコンプライアンスのマスターカーブを作成していく。
最終的な目標として、PTFE系シール材料に対する粒子分散強化による材料設計の最適化、ならびにシール製品の高温・極低温粘弾性挙動とシール性能の関連の定量的解明を進めていく。
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