JP5475561B2 - 充填材の配向解析方法 - Google Patents
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- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Description
本発明は、樹脂成形品内部の充填材の配向状態を解析する方法である。先ずは、解析する対象となる樹脂成形品について説明する。樹脂成形品には、樹脂部分と充填材部分とが含まれ、樹脂成形品は、樹脂材料と充填材とを含む樹脂組成物を成形してなる。以下、樹脂部分に含まれる樹脂材料、充填材について説明する。
本発明の充填材の配向状態を解析する方法では、従来公知の様々な樹脂材料用いて、解析対象となる樹脂成形品を作製することができる。また、複数の樹脂をブレンドした樹脂混合物も上記樹脂材料に含まれる。
上記の通り、樹脂成形品は充填材を所定の割合で含む。充填材の種類は、樹脂と充填材の境界がはっきりと判り易くX線透過率が低い無機系の充填材が好ましい。従来公知の無機充填材として、繊維状充填材、粉粒状充填材、板状充填材等が挙げられる。
好ましい繊維状充填材として、例えば、ガラス繊維、アスベスト繊維、シリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、アルミナ繊維、ジルコニア繊維、窒化硼素繊維、窒化珪素繊維、硼素繊維、チタン酸カリウム繊維、さらにステンレス、アルミニウム、チタン、銅、真鍮等の金属の繊維状物等の無機質繊維状物質が挙げられる。
また、粉粒状充填材としては、シリカ、石英粉末、ガラスビーズ、ミルドガラスファイバー、ガラスバルーン、ガラス粉、珪酸カルシウム、珪酸アルミニウム、カオリン、タルク、クレー、珪藻土、ウォラストナイトの如き珪酸塩、酸化鉄、酸化チタン、酸化亜鉛、三酸化アンチモン、アルミナの如き金属の酸化物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムの如き金属の炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸バリウムの如き金属の硫酸塩、その他フェライト、炭化珪素、窒化珪素、窒化硼素、各種金属粉末等が挙げられる。
また、板状充填材としては、マイカ、ガラスフレーク、各種の金属箔等が挙げられる。
上記繊維状充填材の中でもガラス繊維を含む場合は、特に充填材の配向状態を高い精度で解析しなければ、解析結果を物性の予測に使用することはできない。本発明はガラス繊維を含む樹脂成形品を対象としても、解析精度を高めるための手間等をかけることなく、適切に充填材の配向状態の傾向を解析できる。即ち、本発明によれば、ガラス繊維を含む樹脂成形品の物性も容易に予測できる。
上記樹脂組成物には、核剤、着色剤、酸化防止剤、安定剤、可塑剤、滑剤、離型剤及び難燃剤等の添加剤を添加して、所望の特性を付与した樹脂組成物も含まれる。
上記樹脂成形品は、従来公知の成形方法で得ることができる。従来公知の成形方法としては、例えば、圧縮成形、トランスファー成形、射出成形、押出成形、ブロー成形等種々の成形方法を挙げることができる。
本発明の方法は、スライス画像取得工程と、画像変換工程と、パワースペクトル画像取得工程と、配向状態解析工程とを備える。以下、本発明の配向状態を解析する方法の各工程について、さらに詳細に説明する。
本工程は、充填材を所定の割合で含む樹脂組成物を成形してなる樹脂成形品の少なくとも一部について所定の方向に所定の間隔で一以上のスライス画像を取得する工程である。
図3(a)には、256階調のモノトーンのスライス画像が示されている。
スライス画像は、上記の通り図3(a)に示されるような画像であり、白色の部分、黒色の部分、灰色の部分が含まれている。それぞれの画素について、画素の画像濃度が適宜設定した画像濃度閾値以上の場合には白色を、画素の画像濃度が画像濃度閾値未満の場合には黒色を表示した二値化画像を図3(b)に示した。図3(b)に示す二値化画像は樹脂部分が白色、充填材部分が黒色で表されている。
パワースペクトル画像取得工程とは、上記二値化画像に対して、フーリエ変換を施すことによりパワースペクトル画像を取得する工程である。
配向状態解析工程とは、上記パワースペクトル画像に基づいて、各パワースペクトル画像における充填材の配向状態を解析する工程である。本発明によれば、二値化画像毎に配向状態の傾向を解析するため、画像毎の全体的な配向状態の傾向を正確に捉えることでできる。
充填材の配向状態の傾向は、図3(e)に示されるようなパワースペクトルの場合、パワースペクトルを表す楕円に直交する方向に表れる。具体的には、図4(a)に示す矢印の方向が繊維配向の主軸の方向となる。なお、図4(a)の点線Aはパワースペクトルを表す楕円であり(図3(e)と同じもの)、実線Bで表される楕円が、点線Aで表される楕円を90°回転させた楕円である。
配向角とは、図3(d)、(e)に示すy軸と主軸方向とが成す角であり、繊維配向の主軸の方向が図4(a)に示すような方向の場合には、配向角は図4(b)に示す通り、α1となる。
配向度は、楕円の長径と短径との比で表すことができる。例えば、図3(e)に示す楕円の長径がa、短径がbの場合、配向度はa/bとなる。なお、配向度は配向関数で表現してもよい。配向関数の導出方法は特に限定されず、従来公知の方法を用いることができる。
実施例に用いた樹脂成形品の形状は図5(a)に示すような平板である。この樹脂成形品は射出成形にて作製した。樹脂成形品の形状及び射出成形の際の成形条件を以下に示す。
形状 :縦80mm、横80mm、厚さ2mmt
樹脂 :ガラス繊維30質量%含有ポリブチレンテレフタレート樹脂
金型温度:60℃
樹脂温度:260℃
充填率 :17.3cm3/s
保圧 :49MPa,5sec
冷却時間:7sec
電圧 :32kV
管電流:130mA
X線CT装置にて得られた画像を二値化するために、画像を構成する各画素に対し、設定した画像濃度閾値以上の明度を持つ場合を1、それ未満を0とした。画像濃度閾値以上(「1」で表したもの)を白色、画像濃度閾値未満(「0」で表したもの)を黒色とし、二値化画像を作製した。作製した二値化画像を図3(b)、図6(a2)、図7(b2)に示した。図3(b)は位置Aでの二値化画像であり、図6(a2)は位置Cでの二値化画像であり、図7(b2)は位置Bでの二値化画像である。なお、画像濃度閾値の判断は目視により決定した。
パワースペクトル画像は、数値計算ソフト(Image J)を用いて、二値化画像に対して、フーリエ変換を施すことにより作製した。作製したパワースペクトル画像を図3(c)、図6(a3)、図7(b3)に示した。図3(c)は位置Aでのパワースペクトル画像であり、図6(a3)は位置Cでのパワースペクトル画像であり、図7(a3)は位置Bでのパワースペクトル画像である。
楕円から配向角及び配向度を求めた。位置Aでは配向角が40.9°、配向度が2.1、位置Bでは配向角が14.5°、配向度が2.5、位置Cでは配向角が−15.5°、配向度が4.1であった。位置Aの配向度及び配向角を従来のガラス繊維配向を画像から読み取る方法で実測すると、位置Aでは配向角が39°、配向度が1.9、位置Bでは配向角が15°、配向度が3.2、位置Cでは配向角が−14°、配向度が4であった。本発明の方法によれば、充填材の配向状態の傾向を非常に正確に解析できることが確認された。
Claims (3)
- 充填材を所定の割合で含む樹脂組成物を成形してなる樹脂成形品の少なくとも一部について所定の方向に所定の間隔で一以上のスライス画像を取得するスライス画像取得工程と、
前記スライス画像を各画素の画像濃度に基づいて二値化画像に変換する画像変換工程と、
前記二値化画像に対して、フーリエ変換を施すことによりパワースペクトル画像を取得するパワースペクトル画像取得工程と、
前記パワースペクトル画像に基づいて、各パワースペクトル画像における充填材の配向状態を解析する配向状態解析工程と、を備える充填材の配向状態を解析する方法。 - 前記配向状態解析工程が、各パワースペクトル画像における、充填材の配向度及び/又は配向角を解析する請求項1に記載の充填材の配向状態解析方法。
- 前記配向度及び前記配向角の解析が、各パワースペクトル画像を楕円近似する楕円近似工程を含む請求項2に記載の充填材の配向状態解析方法。
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