JP5742432B2 - Method for predicting deterioration of molded product, method for producing molded product based on design obtained thereby, and molded product - Google Patents

Method for predicting deterioration of molded product, method for producing molded product based on design obtained thereby, and molded product Download PDF

Info

Publication number
JP5742432B2
JP5742432B2 JP2011099608A JP2011099608A JP5742432B2 JP 5742432 B2 JP5742432 B2 JP 5742432B2 JP 2011099608 A JP2011099608 A JP 2011099608A JP 2011099608 A JP2011099608 A JP 2011099608A JP 5742432 B2 JP5742432 B2 JP 5742432B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
deterioration
molded product
factor
profile
resin material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2011099608A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012230055A (en
Inventor
古屋敷 啓一郎
啓一郎 古屋敷
藤井 昌浩
昌浩 藤井
正勝 小郷
正勝 小郷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ube Corp
Original Assignee
Ube Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ube Industries Ltd filed Critical Ube Industries Ltd
Priority to JP2011099608A priority Critical patent/JP5742432B2/en
Publication of JP2012230055A publication Critical patent/JP2012230055A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5742432B2 publication Critical patent/JP5742432B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)

Description

本発明は、成形品の材料劣化を、少ない実験データに基づき、コンピュータシミュレーションにより予測する方法に関する。   The present invention relates to a method for predicting material deterioration of a molded product by computer simulation based on a small amount of experimental data.

樹脂材料(プラスチック)成形品は、構造部材、機械部品として、あらゆる用途に使用され、かつその用途により種々の環境下で使用される。樹脂材料成形品が、その製品の予定された寿命の間、充分に性能が維持されるかどうかを確かめるため、耐環境試験が行われる。従来、耐環境試験は、テストピースや実製品を作成し、通常の使用環境よりも過酷な条件による加速試験を行うのが一般的である。   Resin material (plastic) molded articles are used for various purposes as structural members and machine parts, and are used in various environments depending on the applications. In order to ascertain whether or not the resin material molded product maintains sufficient performance for the expected lifetime of the product, an environmental resistance test is performed. Conventionally, in the environmental resistance test, a test piece or an actual product is generally prepared, and an accelerated test under conditions severer than the normal use environment is generally performed.

しかし、テストピースでの劣化と実成形品の使用状態での劣化は必ずしも一致しない場合が多い。これは、テストピースによる評価は、材料間の比較などの相対評価には適するが、成形品の形状が異なる場合に劣化の進行が異なることによると考えられる。   However, the deterioration of the test piece and the deterioration of the actual molded product in use are often not always the same. This is considered to be because the evaluation by the test piece is suitable for relative evaluation such as comparison between materials, but the progress of deterioration is different when the shape of the molded product is different.

従って、使用環境や部品構造の変更を行う場合、その都度、耐環境試験を行って、製品寿命を見積ったり、劣化を防止するための手段を講じたりする必要がある。また、近年、商品寿命が長期間化しており、従来からの加速試験によって得られた結果が充分に信頼性を有するかどうか、疑問をもたれるようになってきている。   Therefore, each time the usage environment or the part structure is changed, it is necessary to perform an environmental resistance test to estimate the product life and to take measures to prevent deterioration. In recent years, the product life has been extended, and it has become questionable whether the results obtained by conventional accelerated tests are sufficiently reliable.

一方、成形品を設計・開発する立場の設計者および開発者にとって、テストピースの劣化データは、上記のとおり材料の相対的評価を与えるだけで、実際の成形品の寿命を予測するために役立つものではない。実際に成形品を作って耐環境試験を行うのが好ましいとしても、耐環境試験は、加速試験であっても時間を要する。加えて、部品形状の変更には、金型を変える必要があり多大な費用を要するため、何種類もの設計変更を試すことは困難である。このため、成形品を設計する上で大きな制約があり、従って、予め劣化に対して余裕を持った過大な設計とせざるを得ないことも多かった。   On the other hand, for designers and developers in the position of designing and developing molded products, test piece deterioration data can be used to predict the actual life of molded products by simply giving a relative evaluation of the materials as described above. It is not a thing. Even if it is preferable to actually make a molded product and perform an environmental resistance test, the environmental resistance test takes time even for an accelerated test. In addition, changing the shape of the parts requires changing the mold and is very expensive, so it is difficult to try various types of design changes. For this reason, there is a great restriction in designing a molded product, and therefore, there has often been an excessive design with a margin for deterioration in advance.

材料の劣化予測に関しては、特許文献1(特開2011−21903号公報)には、化合物の品質劣化を予測する方法が記載されている。しかし、特許文献1の予測方法は、成形品の環境劣化を予測するものではない。   With regard to material deterioration prediction, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2011-21903) describes a method for predicting quality deterioration of a compound. However, the prediction method of Patent Document 1 does not predict environmental degradation of a molded product.

特許文献2(特開平7−214629号公報)には、熱劣化樹脂の成形時の劣化度を予測する方法が記載されている。しかし、特許文献2の予測方法は、成形時の劣化を扱ったものであって、使用環境における成形品の劣化を予測するものではない。   Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-214629) describes a method for predicting the degree of deterioration during molding of a thermally deteriorated resin. However, the prediction method of Patent Document 2 deals with deterioration at the time of molding, and does not predict deterioration of a molded product in a use environment.

特開2011−21903号公報JP 2011-21903 A 特開平7−214629号公報JP 7-214629 A

本発明は、設計者・開発者を過度の実験から開放し、樹脂材料成形品の劣化を速やかに簡便に予測する方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a method for freeing a designer / developer from excessive experimentation and quickly and easily predicting deterioration of a resin material molded product.

本発明は、以下の事項に関する。   The present invention relates to the following matters.

1. 樹脂材料で製造された成形品の、1種以上の劣化因子による劣化を予測する方法であって、
各劣化因子の前記樹脂材料中への一次元浸透−時間関数を取得するステップ(S1)、
前記成形品の形状データを取得するステップ(S2)、
前記成形品の使用環境データを取得するステップ(S3)、
前記形状データおよび環境データに基づき、前記成形品の内部への各劣化因子の3次元浸透プロファイルを計算するステップ(S4)、
各劣化因子濃度と劣化の関係式を取得するステップ(S5)、
前記各劣化因子濃度と劣化の関係式を、前記各劣化因子の3次元浸透プロファイルに適用し、前記成形品の内部における3次元劣化プロファイルを計算するステップ(S6)
を有することを特徴とする成形品の劣化予測方法。
1. A method of predicting deterioration due to one or more deterioration factors of a molded product made of a resin material,
Obtaining a one-dimensional penetration-time function of each deterioration factor into the resin material (S1);
Obtaining shape data of the molded product (S2);
Obtaining use environment data of the molded product (S3);
Calculating a three-dimensional penetration profile of each deterioration factor into the molded product based on the shape data and environmental data (S4);
Obtaining a relational expression between each deterioration factor concentration and deterioration (S5);
A step of calculating a three-dimensional deterioration profile inside the molded product by applying the relational expression between the respective deterioration factor concentrations and deterioration to the three-dimensional penetration profile of each deterioration factor (S6).
A method for predicting deterioration of a molded product, comprising:

2. 得られた3次元劣化プロファイルに基づいて、成形品の劣化後の機械的性能を予測するステップ(S7)をさらに有する上記1記載の劣化予測方法。   2. 2. The deterioration prediction method according to 1 above, further comprising a step (S7) of predicting mechanical performance after deterioration of the molded product based on the obtained three-dimensional deterioration profile.

3. 前記ステップ(S1)において、前記一次元浸透−時間関数を、物質拡散方程式により予測することを特徴とする上記1または2記載の劣化予測方法。   3. 3. The deterioration prediction method according to claim 1 or 2, wherein in the step (S1), the one-dimensional penetration-time function is predicted by a material diffusion equation.

4. 前記劣化因子が2以上であり、前記ステップ(S6)において、各劣化因子に基づく劣化に重み付け係数を乗じたものの総和を劣化度とすることを特徴とする上記1〜3のいずれか1項に記載の劣化予測方法。   4). In any one of the above items 1 to 3, wherein the deterioration factor is 2 or more, and in step (S6), the sum of the deterioration based on each deterioration factor is multiplied by a weighting factor, and the sum is set as the deterioration degree. Deterioration prediction method described.

5. 上記1〜4のいずれか1項に記載の劣化予測方法により得られた設計に基づいて成形品を製造することを特徴とする樹脂材料成形品の製造方法。   5. A method for producing a resin material molded product, characterized in that a molded product is produced based on the design obtained by the deterioration prediction method according to any one of 1 to 4 above.

6. 上記1〜4のいずれか1項に記載の劣化予測方法により得られた設計に基づいて製造された成形品。   6). The molded article manufactured based on the design obtained by the deterioration prediction method of any one of said 1-4.

7. 上記1〜4のいずれか1項に記載の劣化予測方法を実行する装置であって、前記各ステップを実行する機能を有する装置。   7). The apparatus which performs the deterioration prediction method of any one of said 1-4, Comprising: The apparatus which has a function to perform each said step.

8. 上記1〜4のいずれか1項に記載の劣化予測方法を実行するコンピュータプログラム。   8). The computer program which performs the deterioration prediction method of any one of said 1-4.

本発明によれば、プラスチック成形品の劣化を速やかに予測する方法を提供することができる。従って、本発明を使用することにより、長期の環境試験をしなくても、種々の形状の成形品の劣化を容易に予測することができ、さらに、形状の変更を予定している場合に、実際の成形品を製造しなくても、劣化の予測が可能であるため、材料選定、形状設計等の成形品の設計において有用な指針となり、求められる性能に適合する成形品を容易に設計することができる。従って、短い開発期間で成形品を提供することができ、新製品、改良品の開発スピードを向上することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the method of estimating rapidly deterioration of a plastic molded product can be provided. Therefore, by using the present invention, it is possible to easily predict the deterioration of molded products of various shapes without performing a long-term environmental test. Since it is possible to predict deterioration without manufacturing an actual molded product, it is a useful guide for designing molded products such as material selection and shape design, and it is easy to design molded products that meet the required performance. be able to. Therefore, a molded product can be provided in a short development period, and the development speed of new products and improved products can be improved.

また、本発明による予測結果に基づいて製造される成形品は、コストと性能のバランスに優れたものとなる。   Moreover, the molded product manufactured based on the prediction result by this invention becomes the thing excellent in the balance of cost and performance.

本発明の劣化予測方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the deterioration prediction method of this invention. 2層劣化モデルを模式的に示す図である。It is a figure which shows a two-layer deterioration model typically. 樹脂材料内部における劣化因子の濃度示す図である。It is a figure which shows the density | concentration of the deterioration factor in the resin material inside. 2層劣化モデルにおいて、劣化層の厚さの時間変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time change of the thickness of a deterioration layer in a two-layer deterioration model. 使用環境の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of a use environment. 劣化因子濃度と機械的特性の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a deterioration factor density | concentration and a mechanical characteristic. 2層劣化モデルにおいて、劣化因子濃度と機械的特性の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a deterioration factor density | concentration and a mechanical characteristic in a two-layer deterioration model. 劣化層と未劣化層の積層構造で生じる可能性のある考慮すべき破断の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the fracture | rupture which should be considered which may arise in the laminated structure of a degradation layer and an undegraded layer. 機械的特性が、吸水率により変化(劣化)する様子を模式的に示すグラフである。It is a graph which shows typically a mode that a mechanical characteristic changes (deteriorates) with water absorption. 予測対象成形品の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the prediction object molded article. 予測対象の成形品の荷重と押し込み量の関係を実測した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having actually measured the relationship between the load and the amount of pushing of the molded article of prediction object. 樹脂材料内部への水分の浸透(拡散)を示すグラフである。It is a graph which shows the osmosis | permeation (diffusion) of the water | moisture content inside the resin material. 成形品に多層劣化モデルを適用した、劣化因子の内部プロファイルの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the internal profile of a degradation factor which applied the multilayer degradation model to the molded article. シミュレーションによる予測と実測との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between prediction by simulation, and actual measurement.

図1に示すフローチャートに従って、本発明の代表的形態について説明する。この形態に従う成形品の劣化予測方法は、以下のステップ、即ち、
各劣化因子の樹脂材料(バルク)中への一次元浸透−時間関数を取得するステップ(S1)、
成形品の形状データを取得するステップ(S2)、
成形品の使用環境データを取得するステップ(S3)、
形状データおよび環境データに基づき、前記成形品の内部への各劣化因子の3次元浸透プロファイルを計算するステップ(S4)、
各劣化因子濃度と劣化の関係式を取得するステップ(S5)、
前記各劣化因子濃度と劣化の関係式を、前記各劣化因子の3次元浸透プロファイルに適用し、前記成形品の内部における3次元劣化プロファイルを計算するステップ(S6)、および
得られた3次元劣化プロファイルに基づいて、成形品の劣化後の機械的性能を予測するステップ(S7)
を有する。
A typical embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The method for predicting deterioration of a molded article according to this embodiment includes the following steps:
Obtaining a one-dimensional penetration-time function into the resin material (bulk) of each degradation factor (S1),
Obtaining shape data of the molded product (S2);
Obtaining the usage environment data of the molded product (S3);
Calculating a three-dimensional penetration profile of each degradation factor into the interior of the molded product based on the shape data and the environmental data (S4);
Obtaining a relational expression between each deterioration factor concentration and deterioration (S5);
Applying the relational expression between each deterioration factor concentration and deterioration to the three-dimensional penetration profile of each deterioration factor to calculate a three-dimensional deterioration profile inside the molded article (S6), and the obtained three-dimensional deterioration; Predicting mechanical performance after deterioration of the molded product based on the profile (S7)
Have

ここでいう「樹脂材料」は、成形品を構成する材料の全体を意味し、通常、ベースポリマーと、必要によりベースポリマーに加えて添加される各種添加剤を含む。   The “resin material” as used herein means the whole material constituting the molded article, and usually includes a base polymer and various additives added in addition to the base polymer as necessary.

用語「劣化因子濃度」は、対象となる媒体中における劣化因子の強度をあらわすものとして使用する。物質については、そのまま「濃度」を意味し、温度については「温度°K」を意味し、または光については例えば「光強度W」を意味するなど、劣化因子の影響を表すのに適切な物理量が選択される。   The term “degradation factor concentration” is used to indicate the strength of the degradation factor in the target medium. For substances, it means “concentration” as it is, for temperature it means “temperature ° K”, or for light it means “light intensity W”, etc. Is selected.

用語「関数」、「関係式」は、2つ以上のパラメータについて、パラメータ間の相互の関係が示されるものを意味し、数式として表されてもよいし、グラフデータ等のように測定から求まる関係でもよい。   The terms “function” and “relational expression” mean two or more parameters that indicate the mutual relationship between the parameters, and may be expressed as a mathematical expression or obtained from measurement such as graph data. The relationship may be good.

ステップS1の前段として、まず、対象となる特定の樹脂に対して劣化因子を選択する。劣化因子は、樹脂材料を劣化させる原因となるものであり、成形品が使用される環境により異なる。例えば、酸素、水分、温度、潤滑剤、燃料、冷媒、融雪剤、オゾン、光(紫外線等)、その他、種々のものが因子として挙げられる。本発明において、成形品が使用される環境において、劣化の原因となるすべての因子を考慮してシミュレーションを行ってもよいが、一般的には、成形品が使用される環境において、劣化の原因となる主要な因子を考慮すればよい。例えば使用環境中に大量に存在する因子であっても他の因子と比較して劣化の原因としての影響が小さいもの、あるいは使用環境中にごくわずかしか存在しないものは、その存在を無視してもよい。樹脂材料の種類によっても選択すべき劣化因子は異なってくる。   As a pre-stage of step S1, first, a degradation factor is selected for a specific target resin. The deterioration factor causes the resin material to deteriorate, and varies depending on the environment in which the molded product is used. For example, oxygen, moisture, temperature, lubricant, fuel, refrigerant, snow melting agent, ozone, light (ultraviolet ray, etc.), and various other factors can be cited as factors. In the present invention, in the environment where the molded product is used, the simulation may be performed in consideration of all the factors that cause the degradation, but in general, the cause of the degradation in the environment where the molded product is used. The main factors that should be considered are as follows. For example, even if a factor is present in a large amount in the usage environment, if it has less influence as a cause of deterioration compared to other factors, or has a negligible presence in the usage environment, ignore its presence. Also good. The deterioration factor to be selected varies depending on the type of resin material.

少なくとも1つの劣化因子を選択した後、各劣化因子について、樹脂材料中への劣化因子の浸透−時間関数を取得する(S1)。   After selecting at least one degradation factor, a penetration-time function of the degradation factor into the resin material is acquired for each degradation factor (S1).

樹脂材料への劣化因子の浸透、即ち拡散は、環境に曝されている周囲より起こる。樹脂材料薄片10の内部への劣化因子の浸透を、図2および図3を用いて説明する。図2に模式的に示すように、樹脂材料10の内部に、時間経過と共に浸透層(劣化層)12が浸透し、内部の未浸透層(未劣化層)11が縮小する。図3(a)は、樹脂材料薄片の断面を示し、図3(b)は、劣化因子の濃度を縦軸にとって、樹脂材料薄片10への劣化因子の拡散を示す模式図である。   The penetration, that is, the diffusion of the deterioration factor into the resin material occurs from the environment exposed to the environment. The penetration of the deterioration factor into the resin material flake 10 will be described with reference to FIGS. As schematically shown in FIG. 2, the permeation layer (deterioration layer) 12 penetrates into the resin material 10 over time, and the inner non-permeation layer (undegradation layer) 11 shrinks. FIG. 3A shows a cross-section of the resin material flake, and FIG. 3B is a schematic diagram showing the diffusion of the deterioration factor into the resin material flake 10 with the concentration of the deterioration factor as the vertical axis.

図3(b)に示すように、劣化因子濃度は、界面で高く、内部で低い。劣化因子濃度は、時間と共に変化する。劣化因子濃度が、ある特定の臨界値以上になった領域を劣化層12とすると、劣化層12の厚さは、図4に示すように時間と共に増大する。   As shown in FIG. 3B, the deterioration factor concentration is high at the interface and low inside. The degradation factor concentration varies with time. If the region where the deterioration factor concentration is equal to or higher than a specific critical value is defined as the deterioration layer 12, the thickness of the deterioration layer 12 increases with time as shown in FIG.

即ち、このステップS1で用意すべき「樹脂材料中への劣化因子の浸透−時間関数」は、図3(b)に示すような、劣化因子の拡散プロファイルの時間変化、即ち劣化因子の浸透挙動である。材料の劣化を、劣化層と非劣化層の2層構造とする非常に簡略化したモデルでは、図4に示すように、劣化層の厚さを時間関数として得ればよい。   That is, the “permeation of deterioration factor into the resin material—time function” to be prepared in step S1 is the time change of the diffusion profile of the deterioration factor, that is, the permeation behavior of the deterioration factor, as shown in FIG. It is. In a very simplified model in which the material deterioration is a two-layer structure of a deteriorated layer and a non-degraded layer, the thickness of the deteriorated layer may be obtained as a time function as shown in FIG.

浸透−時間関数は、樹脂材料のサンプル薄片を使用して、全て実験的に求めることも可能である。しかし、すべてを実験的に求めるのは多数の長期わたる実験が必要になり煩雑であるので、公知の物質拡散方程式(1):   The penetration-time function can all be determined experimentally using a sample flake of resin material. However, since it is cumbersome to obtain all the experiments experimentally over a long period of time, the known substance diffusion equation (1):

Figure 0005742432
(式中、C:質量濃度、 ρ:密度、 Dm:物質拡散係数、 d:湧き出し、 u:流速)
に従うと仮定し、実験的に求めた物質拡散係数Dm、または文献記載の物質拡散係数Dmを当てはめることができる。
Figure 0005742432
(Where C: mass concentration, ρ: density, Dm: material diffusion coefficient, d: springing out, u: flow velocity)
The material diffusion coefficient Dm determined experimentally or the material diffusion coefficient Dm described in the literature can be applied.

尚、樹脂材料薄片を使用した劣化因子の浸透実験では、d=0、u=0として、実験的に得られる浸透(拡散)プロファイルから、拡散係数Dmを求めることができる。   In the deterioration factor penetration experiment using resin material flakes, the diffusion coefficient Dm can be obtained from the penetration (diffusion) profile obtained experimentally with d = 0 and u = 0.

ステップS2では、成形品の形状データを取得する。例えば汎用のCADソフトによりデータを作成する。   In step S2, the shape data of the molded product is acquired. For example, data is created by general-purpose CAD software.

ステップS3では、使用環境データを用意する。使用環境データの1例としては、図5に示すように、使用環境における劣化因子の濃度(強度)の時間変化を示すグラフ(関数)が挙げられる。また、劣化因子の濃度が、成形品外面の位置により異なるときは、形状データとあわせて、その位置ごとに使用環境データを用意する。   In step S3, usage environment data is prepared. As an example of the usage environment data, as shown in FIG. 5, a graph (function) showing a temporal change in the concentration (intensity) of the deterioration factor in the usage environment can be mentioned. Further, when the concentration of the deterioration factor varies depending on the position of the outer surface of the molded product, use environment data is prepared for each position together with the shape data.

次に、ステップS4では、劣化因子の浸透−時間関数を、使用環境データに基づいて、成形品の形状データに適用し、所望の時間経過後における成形品中の劣化因子濃度の3次元プロファイルを求める。計算は、汎用の有限要素解析ソフト(FEM)、例えば、MSCソフトウェア社のMSC.MARC(商標)等を使用して行うことができる。   Next, in step S4, the deterioration factor penetration-time function is applied to the shape data of the molded product based on the usage environment data, and a three-dimensional profile of the deterioration factor concentration in the molded product after a desired time has elapsed. Ask. The calculation is performed using general-purpose finite element analysis software (FEM), for example, MSC. This can be done using MARC (trademark) or the like.

このステップS4により得られる劣化因子濃度の3次元プロファイルは、次以降のステップで計算する機械的特性(弾性率、強度、伸び等)の劣化の基礎となる。また、劣化因子濃度の3次元プロファイルは、ステップS1の前段で選択した劣化因子のすべてについて求める。   The three-dimensional profile of deterioration factor concentration obtained in step S4 is the basis for deterioration of mechanical properties (elastic modulus, strength, elongation, etc.) calculated in the following steps. Further, the three-dimensional profile of the deterioration factor concentration is obtained for all of the deterioration factors selected in the previous stage of step S1.

次に、ステップS5として、機械的特性(弾性率、強度、伸び等)を計算する前段階として、各劣化因子濃度と劣化の関係を取得する。理想的には、図6に示すように、機械的特性の変化を劣化因子の濃度の関数として用意する。簡便なモデルとして、未劣化層と劣化層の2層モデルでは、図7に示すように。劣化因子濃度が臨界濃度未満の未劣化領域と、臨界濃度以上の劣化領域において、それぞれ機械的特性が決まればよい。   Next, as step S5, as a pre-stage for calculating mechanical characteristics (elastic modulus, strength, elongation, etc.), the relationship between each deterioration factor concentration and deterioration is acquired. Ideally, as shown in FIG. 6, a change in mechanical properties is prepared as a function of the concentration of the deterioration factor. As a simple model, in a two-layer model of an undegraded layer and a degraded layer, as shown in FIG. It is only necessary to determine the mechanical characteristics in an undegraded region where the degradation factor concentration is less than the critical concentration and in a degraded region where the degradation factor concentration is higher than the critical concentration.

各劣化因子と劣化との相関データは、実験的に求められるか、既知のデータについては文献値を採用してもよい。実験的に求めるには、例えば薄いテストピースを使用して、所定の環境(例えば劣化因子濃度が異なる複数の環境)においた後に機械的特性を測定し、内部の劣化因子濃度から、劣化因子濃度と機械的特性の関係(即ち、劣化との関係)を得ることができる。   The correlation data between each deterioration factor and deterioration may be obtained experimentally, or literature values may be adopted for known data. For experimental determination, for example, using a thin test piece, measure the mechanical characteristics after placing in a predetermined environment (for example, multiple environments with different deterioration factor concentrations), and determine the deterioration factor concentration from the internal deterioration factor concentration. And a relationship between mechanical properties (that is, a relationship with deterioration) can be obtained.

また、劣化層(多段階の劣化層)、未劣化層をそれぞれ単独で測定することに加え、またはその代わりに、テストピース中に劣化層(多段階の劣化層)と未劣化層が存在する状態で、あるいは、テストピース中に有意の濃度勾配が存在する状態で、機械的特性を測定することも有用である。例えば、図8に示すように、劣化層12が先に破断して表面にノッチ状亀裂が生じたとき、いわゆるノッチ効果により、未劣化層11が早期に破断する場合もありうる。より実情に近い結果を得るために、このような測定を行うことは有用である。   In addition to or in place of measuring each of the deteriorated layer (multi-stage deteriorated layer) and the undegraded layer, there is a deteriorated layer (multi-stage deteriorated layer) and an undegraded layer in the test piece. It is also useful to measure the mechanical properties in the state or in the presence of a significant concentration gradient in the test piece. For example, as shown in FIG. 8, when the deteriorated layer 12 breaks first and a notch crack is generated on the surface, the undegraded layer 11 may break early due to a so-called notch effect. It is useful to make such measurements in order to obtain more realistic results.

機械的特性は、例えば弾性率(例えば、引っ張り、曲げ弾性率)、強度(例えば、引っ張り強度、曲げ強度)、伸び、tanδ等の他、融点、軟化温度、Tg、結晶化温度等から選ばれる。これらは単に例示であり、成形品の用途で必要とされる物性を過不足なく評価できればよい。   The mechanical properties are selected from, for example, elastic modulus (for example, tensile and bending elastic modulus), strength (for example, tensile strength and bending strength), elongation, tan δ, etc., melting point, softening temperature, Tg, crystallization temperature, and the like. . These are merely examples, and it is sufficient that the physical properties required for the use of the molded product can be evaluated without excess or deficiency.

ステップS6において、成形品中の機械的特性プロファイル、即ち劣化プロファイルを計算する。成形品中のある点の機械的特性(例えば弾性率)の劣化度は、例えば式(2):
total=A+A+A+・・・+C (2)
(ここで、Ctotal:ある点の機械的特性の劣化度、 C:劣化因子iに基づく劣化度、 A:係数、 C:定数、 但し、i=1、2、3・・・である。)
で表すことができる。
In step S6, a mechanical characteristic profile in the molded product, that is, a deterioration profile is calculated. The degree of deterioration of mechanical properties (for example, elastic modulus) at a certain point in the molded product is expressed by, for example, the formula (2)
C total = A 1 C 1 + A 2 C 2 + A 3 C 3 +... + C 0 (2)
(Where C total is the degree of deterioration of mechanical characteristics at a certain point, C i is the degree of deterioration based on the deterioration factor i, A i is a coefficient, C 0 is a constant, where i = 1, 2, 3,... .)
Can be expressed as

成形品中のある点における劣化因子iの濃度は、前記ステップS4で求められている。また、劣化因子iの濃度と機械的特性の関係は、ステップS5で求められている。劣化度Cを、例えば、機械的特性の初期特性からの低下値とし、複数の劣化因子による劣化を重畳した場合に各劣化因子が及ぼす影響度の重みづけ係数Aを、Cに掛け合わせて総和をとることで、ある特定の点においての劣化度(即ち、その点での特性低下値)を求めることができる。ここで、Cは、劣化因子によらない劣化に基づくもので、そのような要素がなければ、C=0とすることができる。このような成形品の各点における劣化度から、成形品中の劣化度プロファイル、および劣化後の機械的特性(例えば弾性率)プロファイルが得られる。 The concentration of the deterioration factor i at a certain point in the molded product is obtained in step S4. Further, the relationship between the concentration of the deterioration factor i and the mechanical characteristics is obtained in step S5. The deterioration degree C i is, for example, a reduction value from the initial characteristic of the mechanical characteristics, and when deterioration due to a plurality of deterioration factors is superimposed, a weighting coefficient A i of the influence degree of each deterioration factor is multiplied by C i . By taking the total sum together, it is possible to obtain the degree of deterioration at a specific point (that is, the characteristic deterioration value at that point). Here, C 0 is based on deterioration not depending on the deterioration factor, and if there is no such element, C 0 = 0 can be set. From the degree of deterioration at each point of such a molded product, a degradation level profile in the molded product and a mechanical property (for example, elastic modulus) profile after degradation are obtained.

尚、重み付け係数Aは、複数の劣化因子が存在する環境下おいたテストピースから、実験的に得ることができる。また、すでに有している劣化データと合うように、Aを計算から決めることもできる。 The weighting coefficient A i can be experimentally obtained from a test piece placed in an environment where a plurality of deterioration factors exist. Also, A i can be determined from the calculation so as to match the deterioration data already possessed.

このようにして、ステップS6で、成形品の劣化後の機械的特性(例えば弾性率)プロファイルが得られるので、ステップS7では、成形品全体として、部品としての劣化後性能を計算する。   In this way, since a mechanical property (for example, elastic modulus) profile after deterioration of the molded product is obtained in step S6, the post-degradation performance as a part is calculated for the entire molded product in step S7.

部品としての性能としては、成形品が使用される用途により適宜選択して計算する。例えば、特定部位での引っ張り、圧縮、特定方向の曲げ、振動に対する強度、変形、破壊等を計算により予測する。この計算も、汎用の有限要素解析ソフト(FEM)、例えば、MSCソフトウェア社のMSC.MARC(商標)等を使用して行うことができる。   The performance as a part is selected and calculated as appropriate depending on the application in which the molded product is used. For example, pulling, compression, bending in a specific direction, strength against vibration, deformation, destruction, etc. at a specific part are predicted by calculation. This calculation is also performed by general-purpose finite element analysis software (FEM), for example, MSC. This can be done using MARC (trademark) or the like.

このようにして得られた予測された劣化後性能を元に、設計者、開発者は、成形品の形状および材料のアセスメントを行う。用途に対して結果が不満足であったり、さらに向上を求めたりする場合には、形状を変更したり、樹脂材料を変更したりして、再度本発明のシミュレーションを行うことができる。例えば、添加剤として高価な劣化防止剤を多量に含有する樹脂材料を使用した成形品は、劣化が小さいかもしれないがコスト高になる。本発明によれば、少ない実験に基づいて、迅速に劣化後性能を予測できるため、性能とコストのバランスの取れた成形品を容易に設計することができる。   Based on the predicted post-degradation performance obtained in this way, the designer and developer perform an assessment of the shape and material of the molded product. When the result is unsatisfactory for the application or further improvement is required, the simulation of the present invention can be performed again by changing the shape or the resin material. For example, a molded article using a resin material containing a large amount of an expensive deterioration preventing agent as an additive may be less deteriorated but is expensive. According to the present invention, the post-deterioration performance can be predicted quickly based on a small number of experiments, so that a molded product with a good balance between performance and cost can be easily designed.

以上、本発明の劣化予測方法を説明したが、本発明はさらに上記劣化予測方法を実行するコンピュータソフトウェア、および本発明の劣化予測方法の各ステップを実行する機能を有する装置にも関する。   Although the deterioration prediction method of the present invention has been described above, the present invention further relates to computer software that executes the deterioration prediction method and an apparatus that has a function of executing each step of the deterioration prediction method of the present invention.

また、ステップS1において取得する一次元浸透−時間関数、ステップS5において取得する劣化因子濃度と劣化の関係式、さらにはステップS6において成形品中の劣化プロファイルを計算する際の係数Aの1つ以上を、予めデータベースとして記憶装置に記憶しておき、ステップを実行する際に呼び出すように構成することで、より簡便にシミュレーションを実施することができる。また、製品またはテストピースでの劣化データが新たに得られたとき、新たな実測データを加えて、各基礎データを修正し更新することが好ましく、より確度の高いシミュレーションが可能になる。 Further, one-dimensional penetration-time function acquired in step S1, a relational expression of deterioration factor concentration and deterioration acquired in step S5, and one coefficient A i for calculating a deterioration profile in the molded article in step S6. The above can be stored in advance in a storage device as a database, and can be executed more easily by executing a simulation by executing the steps. Further, when new deterioration data on a product or a test piece is newly obtained, it is preferable to add new actual measurement data to correct and update each basic data, thereby enabling a more accurate simulation.

劣化因子として水分(吸湿)を選択し、シミュレーションの結果を実測の結果と対比した。   Moisture (moisture absorption) was selected as the deterioration factor, and the simulation results were compared with the actual measurement results.

まず、吸湿と機械的特性の変化の相関を得るために(ステップS5に対応)、ポリアミド6樹脂を使用して、ダンベル型テストピース(JIS2号試験片)を作製した。テストピースを、調湿条件下において絶乾(吸水率≒0)した後、所定数のテストピースを、所定温度の水中に、所定時間、浸漬した。浸漬後のテストピースを、水蒸気不透過性の袋に入れて密閉し放置した。テストピース内の水分の分布が平衡に達する程度まで放置した後、機械的特性を試験した。水中での浸漬時間、浸漬温度を変更することで、吸水率の異なるテストピースを得た。吸水率は重量変化から求めた。   First, in order to obtain a correlation between moisture absorption and changes in mechanical properties (corresponding to step S5), a dumbbell-type test piece (JIS No. 2 test piece) was produced using polyamide 6 resin. After the test pieces were completely dried (water absorption rate≈0) under humidity control conditions, a predetermined number of test pieces were immersed in water at a predetermined temperature for a predetermined time. The test piece after immersion was put in a water-vapor impermeable bag, sealed and left. After leaving to the extent that the moisture distribution in the test piece reached equilibrium, the mechanical properties were tested. Test pieces having different water absorption rates were obtained by changing the immersion time and immersion temperature in water. The water absorption was determined from the weight change.

図9に、テストピースの測定から得られた歪み(strain)−応力(stress)曲線を模式的に示す。この結果から、ステップS5での劣化因子濃度と、機械的特性の関係式が得られたことになる。   FIG. 9 schematically shows a strain-stress curve obtained from the measurement of the test piece. From this result, the relational expression between the deterioration factor concentration in step S5 and the mechanical characteristics is obtained.

次に、機械的特性を求める予測対象の成形品を、図10に示す断面コの字型形状とした(ステップS2に対応)。使用環境データについては(ステップS3に対応)、表1に示す水中での浸漬条件とした。また、シミュレーションと実測とを比較するために、同形状の成形品を作製した。すべての成形品を、調湿条件下において、絶乾(吸水率≒0)し、所定数の成形品を、表1に示す条件にて水中に浸漬した。   Next, the predicted molded product for which mechanical characteristics are to be obtained was formed into a U-shaped cross section shown in FIG. 10 (corresponding to step S2). For the usage environment data (corresponding to step S3), the immersion conditions in water shown in Table 1 were used. In addition, in order to compare simulation and actual measurement, a molded product having the same shape was produced. All molded articles were completely dried (water absorption ≈ 0) under humidity control conditions, and a predetermined number of molded articles were immersed in water under the conditions shown in Table 1.

Figure 0005742432
Figure 0005742432

テストピースを、3点曲げ試験機により、テストピースの上方から荷重をかけ、荷重と押し込み量のデータを得た。得られた結果を図11に示す。この図において、参考のために成形品全体としての平均吸水率も示した。   A load was applied to the test piece from above the test piece using a three-point bending tester, and data on the load and the amount of indentation were obtained. The obtained results are shown in FIG. In this figure, the average water absorption rate of the entire molded product is also shown for reference.

一方、水分の浸透を、物質拡散方程式を用いて予測した(ステップS1に対応)。その結果を、図12(a)、(b)に示す。   On the other hand, moisture penetration was predicted using the material diffusion equation (corresponding to step S1). The results are shown in FIGS. 12 (a) and 12 (b).

次に予測対象の成形品の機械的特性を求めることになるが、ここでは簡便のため、成形品中の劣化因子の浸透プロファイル(ステップS4に対応)については、ステップS1で予測した浸透プロファイルから、図13に示すように、多層劣化モデルを用いて、計算することとした。前述のとおり、使用環境データ(ステップS3)が表1のとおりであるので、従って、図12は、使用環境データに対応した浸透プロファイルを示している。   Next, the mechanical properties of the molded product to be predicted will be obtained. Here, for the sake of simplicity, the penetration profile of the deterioration factor in the molded product (corresponding to step S4) is determined from the penetration profile predicted in step S1. As shown in FIG. 13, the calculation is performed using a multilayer deterioration model. As described above, the usage environment data (step S3) is as shown in Table 1. Therefore, FIG. 12 shows a penetration profile corresponding to the usage environment data.

このような多層劣化モデルについて、先の図9から求められる劣化因子と機械的特性の関係を適用することで、成形品の機械的特性を予測する(ステップS6に対応)。ここでは、押し込み量と反力の関係を求めた。予測データと実測データを図14に示す。尚、実測データは、先の図11を補正したものである。この結果から、シミュレーションにより予測した結果は、実測と概ね±10%の範囲で一致していた。   By applying the relationship between the deterioration factor obtained from FIG. 9 and the mechanical characteristics for such a multilayer deterioration model, the mechanical characteristics of the molded product are predicted (corresponding to step S6). Here, the relationship between the pushing amount and the reaction force was obtained. Prediction data and actual measurement data are shown in FIG. The actual measurement data is obtained by correcting the previous FIG. From this result, the result predicted by the simulation agreed with the actual measurement within a range of ± 10%.

実施例では、水分のみを劣化因子として簡単な構造の成形品を対象としたが、本発明の原理によれば、劣化因子が複数の場合でも少数の実験から得られるデータに基づいて、複雑な形状の成形品についても劣化が予測可能である。   In the examples, a molded article having a simple structure was used only with moisture as a deterioration factor. However, according to the principle of the present invention, even when there are a plurality of deterioration factors, a complex product is obtained based on data obtained from a small number of experiments. Deterioration can also be predicted for shaped molded products.

本発明は、樹脂材料の成形品の設計に有利に使用される。   The present invention is advantageously used for designing a molded article of a resin material.

10 樹脂材料薄片
11 未劣化層
12 劣化層
10 Resin material flake 11 Undegraded layer 12 Degraded layer

Claims (6)

樹脂材料で製造された成形品の、1種以上の劣化因子による劣化を予測する方法であって、
各劣化因子の前記樹脂材料中への一次元浸透−時間関数を取得するステップ(S1)、
前記成形品の形状データを取得するステップ(S2)、
前記成形品の使用環境データを取得するステップ(S3)、
前記形状データおよび環境データに基づき、前記成形品の内部への各劣化因子の3次元浸透プロファイルを計算するステップ(S4)、
各劣化因子濃度と劣化の関係式を取得するステップ(S5)、
前記各劣化因子濃度と劣化の関係式を、前記各劣化因子の3次元浸透プロファイルに適用し、前記成形品の内部における3次元劣化プロファイルを計算するステップ(S6)
得られた3次元劣化プロファイルに基づいて、成形品の劣化後の機械的性能を予測するステップ(S7)
を有することを特徴とする成形品の劣化予測方法。
A method of predicting deterioration due to one or more deterioration factors of a molded product made of a resin material,
Obtaining a one-dimensional penetration-time function of each deterioration factor into the resin material (S1);
Obtaining shape data of the molded product (S2);
Obtaining use environment data of the molded product (S3);
Calculating a three-dimensional penetration profile of each deterioration factor into the molded product based on the shape data and environmental data (S4);
Obtaining a relational expression between each deterioration factor concentration and deterioration (S5);
Applying the relational expression between each deterioration factor concentration and deterioration to the three-dimensional penetration profile of each deterioration factor to calculate a three-dimensional deterioration profile inside the molded article (S6) ;
Predicting mechanical performance after deterioration of the molded product based on the obtained three-dimensional deterioration profile (S7)
A method for predicting deterioration of a molded product, comprising:
前記ステップ(S1)において、前記一次元浸透−時間関数を、物質拡散方程式により予測することを特徴とする請求項1記載の劣化予測方法。 2. The deterioration prediction method according to claim 1 , wherein in the step (S <b> 1), the one-dimensional penetration-time function is predicted by a material diffusion equation. 前記劣化因子が2以上であり、前記ステップ(S6)において、各劣化因子に基づく劣化に重み付け係数を乗じたものの総和を劣化度とすることを特徴とする請求項1または2に記載の劣化予測方法。 3. The deterioration prediction according to claim 1, wherein the deterioration factor is 2 or more, and in step (S <b> 6), a deterioration sum is obtained by multiplying deterioration based on each deterioration factor by a weighting coefficient. Method. 請求項1〜のいずれか1項に記載の劣化予測方法により得られた設計に基づいて成形品を製造することを特徴とする樹脂材料成形品の製造方法。 The manufacturing method of the resin material molded product characterized by manufacturing a molded product based on the design obtained by the deterioration prediction method of any one of Claims 1-3 . 請求項1〜のいずれか1項に記載の劣化予測方法を実行する装置。 Equipment for executing the deterioration prediction method according to any one of claims 1-3. 請求項1〜のいずれか1項に記載の劣化予測方法を実行するコンピュータプログラム。 The computer program which performs the deterioration prediction method of any one of Claims 1-3 .
JP2011099608A 2011-04-27 2011-04-27 Method for predicting deterioration of molded product, method for producing molded product based on design obtained thereby, and molded product Expired - Fee Related JP5742432B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011099608A JP5742432B2 (en) 2011-04-27 2011-04-27 Method for predicting deterioration of molded product, method for producing molded product based on design obtained thereby, and molded product

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011099608A JP5742432B2 (en) 2011-04-27 2011-04-27 Method for predicting deterioration of molded product, method for producing molded product based on design obtained thereby, and molded product

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012230055A JP2012230055A (en) 2012-11-22
JP5742432B2 true JP5742432B2 (en) 2015-07-01

Family

ID=47431706

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011099608A Expired - Fee Related JP5742432B2 (en) 2011-04-27 2011-04-27 Method for predicting deterioration of molded product, method for producing molded product based on design obtained thereby, and molded product

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5742432B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6089244B2 (en) * 2012-12-27 2017-03-08 群馬県 Method for analyzing resin degradation process, and method for producing synthetic resin material and recycled resin material
JP6053525B2 (en) * 2013-01-08 2016-12-27 ポリプラスチックス株式会社 Method for predicting physical properties of resin molded products
JP6232598B2 (en) * 2016-09-28 2017-11-22 群馬県 Method for producing synthetic resin material and recycled resin material

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3442126B2 (en) * 1994-02-08 2003-09-02 積水化学工業株式会社 Degradation degree prediction device and material physical property prediction device for thermally degraded resin
JP3406083B2 (en) * 1994-10-03 2003-05-12 積水化学工業株式会社 Molding mold design method and design support system
JP2000136995A (en) * 1998-10-30 2000-05-16 Fujitsu Ltd Method for evaluating reliability of resin circuit board
JP3968247B2 (en) * 2002-01-30 2007-08-29 株式会社奥村組 Deterioration prediction method for concrete structures
JP4755141B2 (en) * 2007-05-31 2011-08-24 東京電力株式会社 Repair effect prediction apparatus, repair effect prediction method, and repair effect prediction program for reinforced concrete structures

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012230055A (en) 2012-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Neuhaus et al. Fatigue behaviour of an elastomer under consideration of ageing effects
Majda et al. A modified creep model of epoxy adhesive at ambient temperature
US6301970B1 (en) Cumulative damage model for structural analysis of filed polymeric materials
Stan et al. Study of stress relaxation in polytetrafluoroethylene composites by cylindrical macroindentation
US9134292B2 (en) Method for simulating rubber material
KR101526313B1 (en) Method for predicting fatigue life
Mercier et al. Characterisation and modelling of aging of composites
Liljedahl et al. Modelling the environmental degradation of the interface in adhesively bonded joints using a cohesive zone approach
JP5742432B2 (en) Method for predicting deterioration of molded product, method for producing molded product based on design obtained thereby, and molded product
Korkees et al. Directional diffusion of moisture into unidirectional carbon fiber/epoxy Composites: Experiments and modeling
Gates et al. A simplified cyclic plasticity model for calculating stress-strain response under multiaxial non-proportional loadings
Raphael et al. A mixed strain rate and energy based fatigue criterion for short fiber reinforced thermoplastics
Silva et al. Dimensional variation of three softwood due to hygroscopic behavior
JP5278245B2 (en) Life evaluation method and apparatus for reinforced concrete
Seltzer et al. Elevated temperature nanoindentation behaviour of polyamide 6
JP2018148052A (en) Remaining life assessment method of oil-filled transformer and diagnostic system
Wee et al. Prediction of discontinuous fatigue crack growth in high density polyethylene based on the crack layer theory with variable crack layer parameters
Podroužek et al. Uncertainty analysis of the power law extrapolation techniques for adhesive anchors
JP5808285B2 (en) Solder joint life prediction method
Stieger et al. Contraction and capillary flow of a carbon black filled rubber compound
Hambali et al. Determination of the effect of part orientation to the strength value on additive manufacturing FDM for end-use parts by physical testing and validation via three-dimensional finite element analysis
Esteves et al. A 2D numerical modelling of plasticity induced crack closure on MT specimens
Gozin et al. Quarter elliptical crack growth using three dimensional finite element method and crack closure technique
Maiti Second-order statistical bootstrap for the uncertainty quantification of time-temperature-superposition analysis
CN111735695A (en) Fatigue life prediction method based on CT test piece

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140225

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20141014

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20141104

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20141226

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150407

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150420

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5742432

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees