形状記憶材料の長期間使用による機能特性変化

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650104
• 研究機関: 愛知工業大学
• 研究代表者: 戸伏 壽昭 愛知工業大学, 工学部, 教授 (70103231)
• キーワード: 形状記憶合金 / 形状記憶ポリマー / 疲労 / 繰り返し変形 / フォーム / 回復応力 / 形状固定 / 形状回復

研究概要

TiNi形状記憶合金線材およびポリウレタン系形状記億ポリマーフォームについて長期間使用した場合の形状記憶特性の変化及び疲労特性について実験的に調べた。得られた結果の主要な点は次の通りである。(1)TiNi形状記億合金線材の曲げ疲労特性について、疲労限のひずみ振幅はR相変態ひずみである。ひずみ比が小さい方が疲労寿命は短い。これはヒスレシシスループの違いにより現れ、1サイクル当たりの散逸仕事密度の大きい方が平均亀裂進展速度は高くなり、結果として疲労寿命が短くなる。回転曲げ及び片振り曲げを受ける場合の破断面の観察から、いずれの場合にも疲労亀裂は表面のある1点を起点として生じ、この亀裂が優先的に成長して最終破断に至る。このために疲労亀裂の進展した領域は扇形になり、不安定破壊した領域ではディンプルが観察される。(2)ポリウレタン系形状記億ポリマーフォームの形状固定性及び形状回復性について、Tg以上の高温で負荷し、冷却すると形状は固定される。その後無応力下で加熱すると形状は回復する。この場合には、形状固定期間が3ヶ月であっても形状固定率及び形状回復率は98%以上であり、両者とも良好である。しかしながら、形状を固定するときの条件として温度が高くなると、形状は完全には元の形状に戻らなくなる。即ち、2次賦形現象が生じるようになる。この2次賦形は形状の保持温度が高く、形状固定ひずみが大きく形状固定時間が長くなるほど顕著に現れる。形状記憶ポリマーフォームでは形状を固定したままで加熱すると回復応力が生じる。この回復応力は高温で負荷したときの応力の約80%であり、ポリマー単体の引っ張りで発生する回復応力の割合に比べて大きい。ただし、高温で負荷したときに応力が緩和すると、この緩和した応力は回復応力として取り出すことは出来ない。

研究成果

• [文献書誌] 戸伏壽昭, 林俊一, 遠藤雅人, 島田大介: "ポリウレタン系形状記憶ポリマーフォームの形状固定性と形状回復性"日本機械学会論文集. 68・675. 1594-1599 (2002)
• [文献書誌] 戸伏壽昭, 林俊一, 遠藤雅人, 島田大介: "ポリウレタン系形状記億ポリマーフォームのクリープと応力緩和"日本機械学会論文集. 68・676. 1788-1793 (2002)
• [文献書誌] 戸伏壽昭, 中川健一, 岩永弘之, 遠藤雅人: "TiNi形状記憶合金線材の曲げ疲労寿命および破断面の形態に及ぼすひずみ比と雰囲気の影響"日本機械学会論文集. 69・678. 420-426 (2003)
• [文献書誌] H.Tobushi, K.Okumura, M.Endo, S.Hayashi: "Thermomechanical Properties of Polyurethane-Shape Memory Polymer"IUTAM Symposium on Mechanics of Martensitic Phase Transformation in Solids. 79-86 (2002)
• [文献書誌] J.M.Gong, H.Tobushi, K.Tanaka, K.Okumura: "Superelastic deformation of a TiNi shape memory alloy subjected to various cyclic loadings"Proc. Instn. Mech. Engrs., Part L : Materials : Design and Annlications. Vol.216. 17-23 (2002)
• [文献書誌] H.Tobushi, K.Okumura, M.Endo, K.Tanaka: "Deformation behavior of TiNi shape-memory alloy under strain-or stress-controlled conditions"Archives of Mechanics. Vol.54,No.1. 75-91 (2002)