概要
ガラス繊維強化プラスチック（GFRP）の引張疲労試験
2021年03月18日更新
概要
恒温恒湿槽付き疲労・耐久試験機では、温度だけでなく湿度もコントロールした静的/動的試験が可能です。幅広いロードセルラインナップを取揃えているため、さまざまな材質の試験片や部品・実製品の試験にも対応しています。
今回、吸湿性の高いナイロン66をマトリックスとするガラス繊維強化プラスチック（GFRP： Glass Fiber Reinforced Plastics）について、異なる湿度環境下で引張疲労試験を行った事例をご紹介します。
試験温度は80℃で固定し、試験湿度を制御し20%RH、90%RHの条件で評価しました。
分析・試験装置
■使用機器
| ・ | 油圧サーボ式疲労･耐久試験機サーボパルサ EHF-UV 20kN特形 （島津製作所製） |
| ・ | 恒温恒湿槽THC2形 （島津製作所製） |
■使用機器の仕様
図1 EHF-UV 特形＋恒温恒湿槽
サーボパルサ EHF-UV 20kN特形 （島津製作所製）
| 項目 | 詳細内容 |
|---|---|
| 試験力 | Max．±20kN |
| ストローク | Max. ±50 mm |
| 負荷周波数 | Max. 100 Hz |
| ロードセルの種類 | 100 N、500 N、1 kN、 5 kN、10 kN、20 kN |
| 制御装置 | 4830形 |
図2 試験外観写真
恒温恒湿槽 THC2形（島津製作所製）
| 項目 | 詳細内容 |
|---|---|
| 温度範囲 | -60℃～+250℃ |
| 湿度範囲 | 20～40℃において湿度40～95%RH 40～95℃において湿度20～95%RH |
分析・試験方法
■試験条件
| 試験片材質 | ： | ナイロン66をマトリックスとするGFRP |
| 試験温度 | ： | 80℃ |
| 試験湿度 | ： | 20%RH、90%RH |
| ロードセル | ： | 5 kN |
| 試験治具 | ： | アルミ合金製平板つかみ具 |
| 試験周波数 | ： | 20 Hz |
| 最大負荷応力 | ： | 90 MPa、 80 MPa、 70 MPa |
| 応力比 | ： | 0.1 |
分析・試験結果
試験条件および試験結果を表1に示します。また、S-N線図を図3に示します。試験湿度が高い条件の方が、 すべての応力水準において破断繰り返し数Nfが小さくなり、疲労強度が低下しています。つまり吸湿性のある 材料の評価において湿度制御は欠かせません。
恒温恒湿槽付き疲労・耐久試験機を使用することで、異なる湿度環境で疲労強度を評価することが可能です。
表1 GFRPの引張疲労試験条件および試験結果
| 試験温度 (℃) | 試験湿度 (%RH) | 最大負荷応力 （MPa） | 最小負荷応力 （MPa） | 応力振幅 （MPa） | 破断繰返し数 Nf |
|---|---|---|---|---|---|
| 80 | 20 | 90 | 5 | 42.5 | 6.69E+02 |
| 80 | 5 | 37.5 | 9.01E+03 | ||
| 70 | 5 | 32.5 | 3.02E+05 | ||
| 90 | 90 | 5 | 42.5 | 4.02E+02 | |
| 80 | 5 | 37.5 | 3.51E+03 | ||
| 70 | 5 | 32.5 | 7.52E+04 |
図3 S-N線図
分析事例
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