高分子材料のフラクトグラフィ : 破壊メカニズムと破面解析事例

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高分子材料のフラクトグラフィ : 破壊メカニズムと破面解析事例 / 成澤郁夫監修

資料種別:: 図書[東工大目次DB]
出版情報:: 東京 : サイエンス&テクノロジー, 2011.6
形態:: 272p ; 31cm
著者名:: 成沢, 郁夫 <DA00559141>
分担著者名:: 久保内, 昌敏
ISBN:: 9784864280181 [4864280185]
書誌ID:: BB06924965

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書誌詳細

注記:

参考文献: p272
背に「A069」とあり

タイトルのヨミ:

コウブンシザイリョウノフラクトグラフィ : ハカイメカニズムトハメンカイセキジレイ

著者名ヨミ:

ナリサワ, イクオ
クボウチ, マサトシ

主題:

破壊(材料); 高分子材料

言語:

日本語

目次情報:

第1章　高分子材料の破壊メカニズムと破面の特徴　成澤郁夫

はじめに 3

1.　高分子の破壊の特徴 3

2.　破壊の様式 3

3.　ぜい性破壊と延性破壊 4

4.　塑性拘束とぜい性破壊 5

5.　クレイズとぜい性破壊 7

6.　クラックの成長と破壊力学 9

7.　クラックの伝播速度とフラクトグラフィ 11

むすび 13

第2章　高分子破面解析手法のポイント

第1節　破面解析に用いる事故原因究明と機器類　大武義人

はじめに 17

1.　有機材料と金属の破面解析の違いと補強手段 17

2.　破面解析と事故原因究明の手順 18

3.　破面解析に用いる機器類 19

　3.1　走査型電子顕微鏡（SEM）と光学顕微鏡についての有効性の差異 19

4.　ゴム・プラスチック成形品の破損破壊とその種類 22

第2節　破面の取り扱いと手法の選択　加藤淳　宮原謙二

はじめに 23

1.　破面の取り扱いと手法の選択の概要 24

2.　観察試料の採取 24

3.　前処理 27

4.　観察法 28

　4.1　光学顕微鏡（OM：Optical Microscope） 29

　4.2　共焦点走査型顕微鏡（CLSM：Confocal Laser Scanning Microscope） 30

　4.3　走査型電子顕微鏡（SEM：Scanning Electron Microscope） 32

おわりに 34

第3節　SEMによる破面解析のポイント　西村雅子　振木昌成　川俣茂

はじめに 35

1.　SEMの原理と装置構成 35

2.　SEMによる高分子観察法 36

　2.1　金属蒸着法 37

　2.2　無蒸着観察法 38

　　2.2.1　低加速電圧観察 38

　　2.2.2　最適試料照射電流の設定 39

　　2.2.3　画像積算 39

　　2.2.4　反射電子像観察 40

　　2.2.5　低真空観察 40

3.　高分子破面への最新SEM観察手法の適用例 42

　3.1　低真空無蒸着観察 42

　　3.1.1　ポリプロピレン樹脂材料破面の観察 42

　3.2　広領域高解像観察 44

　3.3　3次元形状観察 45

おわりに 46

第4節　EDSによる破面解析のポイント川内一晃

はじめに 48

1.　EDSの概要 49

　1.1　X線発生のメカニズム 49

　1.2　X線発生領域 49

　1.3　分析領域の見積もり 51

2.　EDSの原理 52

　2.1　Si（Li）検出器の構造 52

　2.2　SDD検出器の構造 53

　2.3　EDSスペクトル 54

　2.4　元素マッピング 54

　2.5　EDSによる定量分析 55

　2.6　EDS測定の注意点 55

　　2.6.1　時定数および照射電流 56

　　2.6.2　カウント数およびエネルギー分解能に関するSi（Li）検出器とSDD検出器の比較 58

　　2.6.3　試料の表面状態（凹凸の影響） 59

3.　高分子材料のEDS分析 60

　3.1　尿素の分析（エネルギー分解能の選択） 60

　3.2　ポリメチルメタクリレート（PMMA）の分析 61

　3.3　ウレタンゴム添加剤の分析 61

おわりに 62

第5節　AFMによる破面解析のポイント　中嶋健

はじめに 63

1.　AFM 63

　1.1　AFMの原理 63

　1.2　タッピングモードの原理 64

　1.3　位相とエネルギー散逸 67

2.　AFMによる弾性計測 69

　2.1　試料変形 69

　2.2　接触力学 69

　2.3　Sneddonの弾性接触解 70

　2.4　AFMによるナノ触診技術 72

　2.5　凝着接触 73

　2.6　フォースボリューム測定 74

3.　AFMによる破面解析 74

　3.1　モルフォロジー観察事例 74

　3.2　ナノ触診技術の破面解析への応用 75

　おわりに 78

第3章　現象別破壊破面解析技術と事例

第1節　ぜい性破壊・延性破壊の破面　大武義人

1.　ぜい性破壊 83

　1.1　加硫ゴム 83

2.　延性破壊 86

第2節　疲労破壊と破面　大武義人

はじめに 87

1.　プラスチックの場合の疲労 87

　1.1　疲労破壊とストライエーション 88

　1.2　PMM製成形品に疲労によって生じた破壊部破面のストライエーションと分子量，分子量分布の関係 89

2.　加硫ゴムの場合の疲労 91

第3節　ウェルド割れの破面　大武義人

1.　ウェルドラインからの応力集中によるき裂 94

2.　ウェルドラインでの破損を防ぐためにはどうしたらよいか 94

3.　PPシートのウェルドラインでの割れ事故 96

第4節　オゾン劣化で生ずるクラック　大武義人

1.　ジエン系ゴムに対するオゾンの作用とクラック発生機構とその分析手法 99

2.　顕微鏡FT－IR（フーリエ変換赤外分光）表面反射法によるオゾン劣化の明瞭なる判定 100

第5節　溶剤・薬品によるき裂　大武義人

はじめに 102

1.　溶剤き裂（ソルベントクラック） 102

　1.1　PCの破断面観察とFT－IR，GS－MSによる分析 102

　1.2　ソルベントクラックと破断 105

2.　ソルベントクラックの判定は破面観察だけでよいか？ 105

3.　PVC（硬質ポリ塩化ビニル）製排水管のソルベントクラック発生の実例より学ぶ破面観察とその原因究明 105

　3.1　PVC配水管割れ発生原因の経緯 105

　3.2　クラック発生部の破面破壊 106

　3.3　白色部と施工時用いられた接着剤およびPVC管の組成分析 108

結論　109

4.　PVCのソルベントクラックに対する考え方 109

5.　他のソルベントクラック 110

　5.1　環境応力破壊（ESR，Environmental Stress Cracking） 110

　5.2　ナイロン（ポリアミド）の金属イオンによる環境応力破壊（ESR） 110

　5.3　競争用自転車のサドル破損事故にみる環境応力き裂 111

　5.4　PC成形品の典型的なソルベントクラックの外観破面 113

　5.5　ABS樹脂のソルベントクラック 113

第6節　環境応力割れの破面　川口隆文

はじめに 115

1.　環境応力割れ現象の特徴 115

2.　環境応力割れ破面の特徴 116

3.　環境応力割れ破面の発生メカニズム 117

おわりに 120

第4章　材料別破壊破面解析技術と事例

第1節　熱硬化性樹脂の破面解析　岸肇　松田聡

はじめに 123

1.　熱硬化性樹脂の破壊様式と応力場 123

2.　樹脂改質による破壊様式と物性の変化 125

　2.1　ゴム成分添加エポキシ樹脂の破面 125

　2.2　熱可塑性樹脂微粒子添加エポキシ樹脂の破面 127

　2.3　反応誘起型相分離を用いた熱可塑性樹脂添加エポキシ樹脂の破面 128

　2.4　ブロック共重合体（BCP）の自己組織化を用いたナノ相構造を有するエポキシ樹脂 129

3.　炭素繊維強化プラスチックの破壊と層間破壊靱性向上 129

　3.1　炭素繊維/エポキシ積層板の破面 130

　3.2　炭素繊維/エポキシ積層板の層間剥離抑制 131

第2節　結晶性熱可塑性樹脂の破面解析技術　尾関康宏

はじめに 135

1.　破面解析の手順 135

　1.1　不良状況の把握 135

　1.2　破面解析の方法 136

2.　ポリアセタール樹脂「ジュラコン (R) 」の標準破面 137

　2.1　ぜい性破面 137

　2.2　静的な力による延性破面 138

　2.3　疲労破面 139

　2.4　クリープ破面 139

　2.5　腐食劣化破面 140

　2.6　非強化PBT樹脂の破面形態 141

3.　強化系樹脂の解析手法 141

4.　破損および対策事例 144

　4.1　シャープコーナーが原因になる破壊 144

　4.2　ウエルドライン上の異物混入による密着不良部からの破壊 145

　4.3　層分離部からの破壊 147

　4.4　疲労破壊の対策 149

　4.5　インサートギヤのクリープ破壊 150

5.　新規破面解析手法について 152

　5.1　ソフトエッチング法の開発 153

　5.2　難解な破面の解析 154

おわりに 157

第3節　繊維強化樹脂の破面解析　山本俊浩

はじめに 158

1.　短繊維強化樹脂 158

　1.1　疲労破面 158

　1.2　界面の影響 163

　1.3　試験環境（雰囲気温度）の影響 164

2.　連続繊維強化樹脂 166

第4節　繊維強化樹脂の界面強度とタフネス　石川優

はじめに 171

1.　繊維と樹脂の界面強度が高い場合 171

2.　繊維界面に滑りが起きる場合 172

第5節　炭素繊維強化樹脂の破面解析からわかる繊維/樹脂界面の接着強度　小柳潤

はじめに 180

1.　序論 180

2.　界面強度の時間依存性 181

　2.1　実験方法 181

　2.2　試験結果と観察結果 182

　2.3　応力－ひずみ線図 183

　2.4　時間依存クリティカルポイント応力 184

　2.5　時間依存の界面強度 185

3.　界面強度の温度・時間依存性 186

　3.1　実験方法 186

　3.2　実験結果と破面観察 186

　3.3　粘弾性有限要素解析 187

　3.4　温度・時間依存の界面強度 188

4.　検討 190

5.　結言 191

第6節　ゴムの破面形成のメカニズムと破面の実態　深堀美英

1.　破壊の進展過程解明に重要な破面解析 193

2.　ゴムの破面凹凸形成のメカニズム 195

3.　FEMによるゴムの破面凹凸形成のシミュレーション 199

　3.1　破断面凹凸の形成過程 199

　3.2　破断面凹凸の大きさを支配する因子 201

4.　ゴム破面の特徴的模様 202

　4.1　ゴムのフラクトグラフィの特殊性 202

　4.2　架橋ゴムの破面の特徴的パターン 202

　4.3　架橋ゴムの疲労破面 209

　4.4　架橋ゴムの摩耗破面 212

　4.5　架橋ゴムのオゾン劣化破面 216

5.　架橋ゴム製品の破損事故解析 218

　5.1　ゴルフボールの破損 218

　5.2　ゴム製品の破損 219

　5.3　ゴムベルトクリーナの破損事故解析実例 221

第7節　電子顕微鏡による高分子接着界面破壊メカニズムの解析　堀内伸

はじめに 226

1.　高分子界面厚みと破壊面の相関 226

2.　接着剥離表面の高分解能SEM観察－ナノフィブリル構造 230

3.　高分子界面における分子鎖絡み合い構造の解析－ナノフラクトグラフィ 232

まとめ 234

第8節　粘着剤の破面解析　山崎義弘

はじめに 235

1.　粘着テープ剥離のマスターカーブ 235

2.　剥離による粘着剤の形態形成－粘性突起－ 236

　2.1　現象 236

　2.2　メカニズム 238

3.　剥離時の粘着剤による形態形成 239

　3.1　プローブタック測定 239

　3.2　粘着テープ剥離 240

4.　粘着テープ剥離における装置剛性の影響 241

　4.1　トンネル構造の安定性が引き起こす自励振動 242

　4.2　装置剛性の影響 242

　4.3　剥離におけるパターン形成と動的相図 243

5.　時空間共存パターンの特徴 245

さいごに 246

第9節　樹脂ライニングの破面解析　久保内昌敏

はじめに 248

1.　ふくれ（Blister） 248

2.　剥離（Delamination）・浮き（Lifting） 250

3.　膨潤（Swelling）・軟化（Softening） 252

4.　変色 252

5.　白化 253

6.　チョーキング（Chalking） 254

7.　割れ（Cracking） 255

8.　摩耗 256

9.　変形 257

おわりに 257

第10節　車体用プラスチックの破面解析　前博行

はじめに 259

1.　試験片と実験手法 259

　1.1　供試材料 259

　1.2　試験片 259

　1.3　実験手法 260

2.　破面観察結果 261

まとめ 264

第11節　生体材料用高分子の破面解析　迫田秀行

はじめに 265

1.　生体材料分野での破面解析の応用状況の概観 265

2.　人工関節用摺動面高分子材料への破面解析の応用 266

　2.1　人工関節とは 266

　2.2　UHMWPEの酸化劣化への破面解析の応用事例 267

　2.3　UHMWPEの改質への破面解析の応用事例 269

　2.4　不具合抜去インプラントUHMWPEコンポーネントへの破面解析の応用事例 270

おわりに 271

第1章　高分子材料の破壊メカニズムと破面の特徴　成澤郁夫

はじめに 3

1.　高分子の破壊の特徴 3

2.　破壊の様式 3

3.　ぜい性破壊と延性破壊 4

4.　塑性拘束とぜい性破壊 5

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