2017 Fiscal Year Annual Research Report
Material design optimization of particle-reinforced PTFE composite based on TMA indentation creep testing
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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 | クリープインデンテーション試験 / シール材料 / 粒子分散強化 / クリープコンプライアンス / 時間温度換算則 / 粘弾性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
試験材料はPTFEにアルミナ粒子を配合した粒子分散強化材料であり、配合比を３段階に変えた。アルミナ粒子の配合率が試験材料の長期・高温クリープ特性に及ぼす影響をクリープインデンテーション試験により検討した。クリープコンプライアンスの評価には、熱機械分析装置TMAを改造して三角錐圧子を装着した試験装置を用い、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。一方、粒子分散強化材料の常温と高温における弾性係数について、引張試験と圧縮試験を実施して取得した。
次に、長時間領域までの粘弾性特性を表すマスターカーブを作成するために、各試験温度の粘弾性特性に時間－温度換算則を適用した。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.式によるものより、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方が優れていることを確認した。
並行して、粒子分散強化PTFEの高温におけるシール製品としての微小リーク特性に及ぼす粒子配合率の影響を高温ガスケット密封性能試験により定量的に評価している。配合率を高くすると、シール製品としてのクリープ変形は減少するが、常温における密封性能がやや低下すること、高温にするとシール性能が向上することを明らかにした。本試験において測定されたシートガスケットのクリープ変形は、クリープコンプライアンスのマスターカーブより予測できることを示した。
以上より、粒子分散強化をPTFE系シール製品に適用する場合に、インデンテーション試験とマスターカーブ構築法を組み合わせた粘弾性特性評価に基づき、高温において長期にわたりシール性能を発揮するための最適な粒子配合率の決定方法を示した。
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