JPH04323535A - 微細な繊維またはウィスカーの引張強度の測定方法 - Google Patents
微細な繊維またはウィスカーの引張強度の測定方法Info
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- JPH04323535A JPH04323535A JP9226391A JP9226391A JPH04323535A JP H04323535 A JPH04323535 A JP H04323535A JP 9226391 A JP9226391 A JP 9226391A JP 9226391 A JP9226391 A JP 9226391A JP H04323535 A JPH04323535 A JP H04323535A
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- 239000011521 glass Substances 0.000 description 8
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- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、たとえば繊維径が数ミ
クロン以下でしかも繊維長の短い、微細繊維あるいはウ
ィスカーの引張強度を高精度で測定することが可能な引
張強度の測定方法に関する。
クロン以下でしかも繊維長の短い、微細繊維あるいはウ
ィスカーの引張強度を高精度で測定することが可能な引
張強度の測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】通常、繊維の引張強度の測定は、測定対
象となる繊維を引張試験機にセットし、徐々に荷重をか
けていき、最終的に繊維が破断したときの荷重と繊維の
断面積の値から算出することによって行われている。
象となる繊維を引張試験機にセットし、徐々に荷重をか
けていき、最終的に繊維が破断したときの荷重と繊維の
断面積の値から算出することによって行われている。
【0003】近年、繊維径が数ミクロン以下の極細繊維
や各種のウィスカーが製造されている。これらは径が従
来の繊維に比較して極めて小さいため、破断荷重もまた
極めて小さく、引張強度を精度よく測定するためにはた
とえば100mgf 〜1000mgf 程度の微小荷
重領域での測定が必要となる。
や各種のウィスカーが製造されている。これらは径が従
来の繊維に比較して極めて小さいため、破断荷重もまた
極めて小さく、引張強度を精度よく測定するためにはた
とえば100mgf 〜1000mgf 程度の微小荷
重領域での測定が必要となる。
【0004】ところが、現在市販されている引張試験機
は小型のものでも、その測定範囲は5gf〜20kgf
が限度であり、したがってこのような微細な繊維やウ
ィスカーの測定には適用することができなかった。また
、このような微細な繊維やウィスカーは、その長さも数
ミリメートル以下と短いため、このままでは従来の試験
機にセットすることも困難であり、この点においても高
精度の測定を行うことは困難であった。
は小型のものでも、その測定範囲は5gf〜20kgf
が限度であり、したがってこのような微細な繊維やウ
ィスカーの測定には適用することができなかった。また
、このような微細な繊維やウィスカーは、その長さも数
ミリメートル以下と短いため、このままでは従来の試験
機にセットすることも困難であり、この点においても高
精度の測定を行うことは困難であった。
【0005】本発明者は上記のような問題点に鑑みて、
既に微細繊維やウィスカーをセットし、しかも、小さな
荷重を加えながら引張強度を測定できる新しい測定方法
を提案している(表面技術、Vol.41, No.5
, p 118, 1990 参照)。すなわち、この
方法においては、図2の引張試験機の原理図に示すよう
に、まず微細な繊維またはウィスカーからなる測定サン
プル1の両端に適当な補助ファイバー2aおよび2bを
接着する。これにより、測定サンプル単独では径が細す
ぎたり、長さが短いため、ハンドリングができなかった
ものが容易に試験機にセットできるようになる。この方
法においては、傾斜台3上にスライドグラス4を固定し
てこの上に上記補助ファイバーが接着された測定サンプ
ルの上部の補助ファイバー2bの端部をスライドグラス
4上に固定する。他方、補助ファイバー2aの端部に、
スライドグラス4上を滑ることのできる荷重用カバーグ
ラス5(たとえば約200mg)が接続されている。次
いで、傾斜台3をゆっくりと傾斜させていき、傾斜角度
に応じた荷重を測定サンプルにかけていく。通常、最大
摩擦角(20〜25°)以上に傾斜させたとき、荷重用
カバーグラス5は重力により、スライドグラス4上を滑
りはじめ、サンプルに徐々に荷重がかかりはじめる。
既に微細繊維やウィスカーをセットし、しかも、小さな
荷重を加えながら引張強度を測定できる新しい測定方法
を提案している(表面技術、Vol.41, No.5
, p 118, 1990 参照)。すなわち、この
方法においては、図2の引張試験機の原理図に示すよう
に、まず微細な繊維またはウィスカーからなる測定サン
プル1の両端に適当な補助ファイバー2aおよび2bを
接着する。これにより、測定サンプル単独では径が細す
ぎたり、長さが短いため、ハンドリングができなかった
ものが容易に試験機にセットできるようになる。この方
法においては、傾斜台3上にスライドグラス4を固定し
てこの上に上記補助ファイバーが接着された測定サンプ
ルの上部の補助ファイバー2bの端部をスライドグラス
4上に固定する。他方、補助ファイバー2aの端部に、
スライドグラス4上を滑ることのできる荷重用カバーグ
ラス5(たとえば約200mg)が接続されている。次
いで、傾斜台3をゆっくりと傾斜させていき、傾斜角度
に応じた荷重を測定サンプルにかけていく。通常、最大
摩擦角(20〜25°)以上に傾斜させたとき、荷重用
カバーグラス5は重力により、スライドグラス4上を滑
りはじめ、サンプルに徐々に荷重がかかりはじめる。
【0006】この時、サンプルにかかる荷重Wは、傾斜
角θに応じて次の式■によって求めることができる。
角θに応じて次の式■によって求めることができる。
【0007】
W=W0 (sin θ−μcos θ)
………■ただし、W0 :荷重用カバーグラスの重量、
μ:最大静止摩擦係数、である。
………■ただし、W0 :荷重用カバーグラスの重量、
μ:最大静止摩擦係数、である。
【0008】このようにして、傾斜角を徐々に大きくし
てゆき、サンプルが切断したときの荷重Wmax とサ
ンプルの断面積Sから次の式■により、サンプルの引張
強度を求めることができる。
てゆき、サンプルが切断したときの荷重Wmax とサ
ンプルの断面積Sから次の式■により、サンプルの引張
強度を求めることができる。
【0009】
測定サンプルの引張強度=Wmax /Sこのとき、測
定サンプルがあまりにも微細なために切断の様子が肉眼
で観察できない時は、傾斜台に高額顕微鏡を固定して、
顕微鏡下で観察しながら測定することも可能できる。荷
重下の様子を顕微鏡で観察することにより、例えばコイ
ル状のウィスカーなどのサンプルの引張試験を行なう時
は荷重に対する伸びを測定することができ、これにより
弾性率の値等を得ることもできる。
定サンプルがあまりにも微細なために切断の様子が肉眼
で観察できない時は、傾斜台に高額顕微鏡を固定して、
顕微鏡下で観察しながら測定することも可能できる。荷
重下の様子を顕微鏡で観察することにより、例えばコイ
ル状のウィスカーなどのサンプルの引張試験を行なう時
は荷重に対する伸びを測定することができ、これにより
弾性率の値等を得ることもできる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上記のような方法によ
り、従来測定が困難であった微細繊維やウィスカーの引
張強度を測定することが可能になったが、この方法には
いくつかの解決されるべき欠点がなお残されている。
り、従来測定が困難であった微細繊維やウィスカーの引
張強度を測定することが可能になったが、この方法には
いくつかの解決されるべき欠点がなお残されている。
【0011】まず第1に、測定サンプルに対してゆるや
かに荷重を加えるためには傾斜台を注意深くかつ微小角
度で徐々に傾けて行く必要があり、したがって一つのサ
ンプルの測定に長時間を要するという問題がある。
かに荷重を加えるためには傾斜台を注意深くかつ微小角
度で徐々に傾けて行く必要があり、したがって一つのサ
ンプルの測定に長時間を要するという問題がある。
【0012】第2に、スライドグラス4と荷重用カバー
グラス5との間の摩擦を最小限にしたとしても、荷重用
カバーグラス5が最大摩擦角を超えて自重でスライドグ
ラス4上を滑り始める瞬間に大きな衝撃が測定サンプル
にかかることを防止することはできず、そのため理想的
な荷重条件よりも低い荷重で不可避的にサンプルが切断
してしまうという問題があり、これにより測定誤差が生
じる。
グラス5との間の摩擦を最小限にしたとしても、荷重用
カバーグラス5が最大摩擦角を超えて自重でスライドグ
ラス4上を滑り始める瞬間に大きな衝撃が測定サンプル
にかかることを防止することはできず、そのため理想的
な荷重条件よりも低い荷重で不可避的にサンプルが切断
してしまうという問題があり、これにより測定誤差が生
じる。
【0013】第3に、通常、傾斜角による荷重の変化の
範囲はあまり大きくないため、測定前に予想した引張強
度に応じた荷重用カバーグラスを選択しなければならな
いという問題もあり、その選択を誤った場合は、最後ま
で傾斜させてもサンプルが破断しないとか、逆に最大摩
擦角を超えないうちにサンプルが破断したりすることが
しばしば起こり、そのたびに新たに荷重用カバーグラス
の重量を変えて測定をやり直さなければならないという
欠点がある。
範囲はあまり大きくないため、測定前に予想した引張強
度に応じた荷重用カバーグラスを選択しなければならな
いという問題もあり、その選択を誤った場合は、最後ま
で傾斜させてもサンプルが破断しないとか、逆に最大摩
擦角を超えないうちにサンプルが破断したりすることが
しばしば起こり、そのたびに新たに荷重用カバーグラス
の重量を変えて測定をやり直さなければならないという
欠点がある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は上述した従来技
術の問題点に鑑みてなされてものであり、微細な繊維や
ウィスカーの引張強度を簡易かつ迅速な操作により正確
に測定することのできる測定方法を提供することを目的
としている。
術の問題点に鑑みてなされてものであり、微細な繊維や
ウィスカーの引張強度を簡易かつ迅速な操作により正確
に測定することのできる測定方法を提供することを目的
としている。
【0015】すなわち、本発明による微細な繊維または
ウィスカーの引張強度の測定方法は、微細な繊維または
ウィスカーからなる測定サンプルの両端部の各々に補助
ファイバーを接続し、前記補助ファイバーを傾斜台の一
点に固定するとともに前記補助ファイバーの先端部に荷
重粒子装入用カプセルをとりつけてから前記傾斜台を7
0°以上の角度に傾斜させたのち、前記カプセル内に微
小重量の荷重粒子を少しずつ装入していくことにより前
記測定サンプルに荷重をかけ、繊維またはウィスカーが
破断したときの前記カプセル重量を含めた荷重重量と破
断面の断面積の値から微細な繊維またはウィスカーの引
張強度を算出することを特徴とするものである。
ウィスカーの引張強度の測定方法は、微細な繊維または
ウィスカーからなる測定サンプルの両端部の各々に補助
ファイバーを接続し、前記補助ファイバーを傾斜台の一
点に固定するとともに前記補助ファイバーの先端部に荷
重粒子装入用カプセルをとりつけてから前記傾斜台を7
0°以上の角度に傾斜させたのち、前記カプセル内に微
小重量の荷重粒子を少しずつ装入していくことにより前
記測定サンプルに荷重をかけ、繊維またはウィスカーが
破断したときの前記カプセル重量を含めた荷重重量と破
断面の断面積の値から微細な繊維またはウィスカーの引
張強度を算出することを特徴とするものである。
【0016】図1は本発明による測定方法の実施態様の
一例を示すものであるが、本発明はこの態様に限定され
るものではない。
一例を示すものであるが、本発明はこの態様に限定され
るものではない。
【0017】図1に示すように、微細な繊維またはウィ
スカーからなる測定サンプル1の両端に適当な補助ファ
イバー2a、2bを接続し、補助ファイバー2bの上端
部を傾斜台3上に固定されたスライドグラス4上の一点
に固定し、補助ファイバー2aの下端部に軽量の荷重粒
子装入用カプセル10を装着する。ここで傾斜台3の傾
斜角度θを、カプセルと傾斜台の間の摩擦係数が無視で
きる程度に小さくなる70°以上、好ましくは85°に
傾斜させた状態で固定する。ここで重要なことは、傾斜
角度70°以上、特に85°近傍において摩擦力は測定
値の評価において無視できるようになる、ということで
ある。また、ここで使用するカプセル10はできるだけ
軽量であることが好ましいが100mg以下であればほ
とんどの測定において問題なく使用することができる。 この段階ではカプセルの重量が軽いため、サンプルは切
断されることはない。
スカーからなる測定サンプル1の両端に適当な補助ファ
イバー2a、2bを接続し、補助ファイバー2bの上端
部を傾斜台3上に固定されたスライドグラス4上の一点
に固定し、補助ファイバー2aの下端部に軽量の荷重粒
子装入用カプセル10を装着する。ここで傾斜台3の傾
斜角度θを、カプセルと傾斜台の間の摩擦係数が無視で
きる程度に小さくなる70°以上、好ましくは85°に
傾斜させた状態で固定する。ここで重要なことは、傾斜
角度70°以上、特に85°近傍において摩擦力は測定
値の評価において無視できるようになる、ということで
ある。また、ここで使用するカプセル10はできるだけ
軽量であることが好ましいが100mg以下であればほ
とんどの測定において問題なく使用することができる。 この段階ではカプセルの重量が軽いため、サンプルは切
断されることはない。
【0018】この状態からカプセル中に微小重量の荷重
粒子(たとえば100mg以下)を少しずつ装入してい
きサンプルに徐々に荷重をかけてゆき、サンプルが破断
したときのカプセルおよび装入した荷重粒子の合計重量
W0 から、下記■式にしたがってWを求める。
粒子(たとえば100mg以下)を少しずつ装入してい
きサンプルに徐々に荷重をかけてゆき、サンプルが破断
したときのカプセルおよび装入した荷重粒子の合計重量
W0 から、下記■式にしたがってWを求める。
【0019】
W=W0 (sin θ−μcos θ)
………■ただし、W0 :カプセルの全重量(カプセル
の重量+荷重粒子の重量)、μ:最大静止摩擦係数、で
ある。
………■ただし、W0 :カプセルの全重量(カプセル
の重量+荷重粒子の重量)、μ:最大静止摩擦係数、で
ある。
【0020】次いでサンプルの破断面の断面積Sから次
式によって引張強度を算出することができる。
式によって引張強度を算出することができる。
【0021】引張強度=W/S
また、傾斜角度θが85°のときは近似的に下記式によ
って引張強度を算出することができる。
って引張強度を算出することができる。
【0022】引張強度=W0 /S
上記の測定方法において、荷重の加え方をゆるやかにす
るために荷重粒子1個の重量を10mg以下に設定する
ことが好ましい。W0 の値は予め測定した空のカプセ
ルの重量と微小重量の荷重粒子の個数から計算によって
求めてもよいし、または破断後のカプセルの全重量を直
接天秤等により測定することもできる。
るために荷重粒子1個の重量を10mg以下に設定する
ことが好ましい。W0 の値は予め測定した空のカプセ
ルの重量と微小重量の荷重粒子の個数から計算によって
求めてもよいし、または破断後のカプセルの全重量を直
接天秤等により測定することもできる。
【0023】上記のような本発明の方法によれば、最初
にサンプルに加わっている重量が極めて小さいために、
傾斜台を傾けて特定の傾斜角度に固定するときに衝撃も
生じないので測定前にサンプルが破断することはないし
、また、微小重量の荷重粒子を少しずつ加えることによ
り、スムーズかつゆるやかに荷重をかけていくことがで
き、簡易な操作で正確に引張強度を測定することができ
る。
にサンプルに加わっている重量が極めて小さいために、
傾斜台を傾けて特定の傾斜角度に固定するときに衝撃も
生じないので測定前にサンプルが破断することはないし
、また、微小重量の荷重粒子を少しずつ加えることによ
り、スムーズかつゆるやかに荷重をかけていくことがで
き、簡易な操作で正確に引張強度を測定することができ
る。
【0024】また、必要に応じてカプセルを一つのサン
プルに複数個装着してセットすることにより大量の荷重
粒子を装入することも可能であり、したがって広い測定
範囲の荷重をかけることができるので、サンプルの引張
強度が予め予想した引張強度と大きく異なっている場合
においても、従来のように測定を初めからやり直す必要
もない。さらにまた、従来の方法のように傾斜台自体を
極めてゆっくり傾斜させる必要がないので、迅速な測定
が可能となる。
プルに複数個装着してセットすることにより大量の荷重
粒子を装入することも可能であり、したがって広い測定
範囲の荷重をかけることができるので、サンプルの引張
強度が予め予想した引張強度と大きく異なっている場合
においても、従来のように測定を初めからやり直す必要
もない。さらにまた、従来の方法のように傾斜台自体を
極めてゆっくり傾斜させる必要がないので、迅速な測定
が可能となる。
【0025】上記本発明の方法によれば、たとえば繊維
径が数ミクロン以下、あるいは1ミクロン以下のものや
長さが数ミリメートル以下、さらには1ミリメートル以
下という微細な繊維やウィスカーの引張強度を簡易かつ
迅速な操作で正確に測定することができる。
径が数ミクロン以下、あるいは1ミクロン以下のものや
長さが数ミリメートル以下、さらには1ミリメートル以
下という微細な繊維やウィスカーの引張強度を簡易かつ
迅速な操作で正確に測定することができる。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、繊維径が数ミクロン以
下でしかも繊維長の短い、微細繊維あるいはウィスカー
の引張強度を簡易かつ迅速な操作で正確に測定すること
が可能となり、したがってこれに関連する材料開発にお
いてすこぶる有用である。
下でしかも繊維長の短い、微細繊維あるいはウィスカー
の引張強度を簡易かつ迅速な操作で正確に測定すること
が可能となり、したがってこれに関連する材料開発にお
いてすこぶる有用である。
【図1】本発明による測定方法の一例を示す概略図。
【図2】従来の引張試験の方法を説明する概略図。
1 測定サンプル
2a 補助ファイバー
2b 補助ファイバー
3 傾斜台
4 スライドグラス
5 カバーグラス
10 荷重粒子装入用カプセル
Claims (4)
- 【請求項1】微細な繊維またはウィスカーからなる測定
サンプルの両端部の各々に補助ファイバーを接続し、前
記補助ファイバーを傾斜台の一点に固定するとともに前
記補助ファイバーの先端部に荷重粒子装入用カプセルを
とりつけてから前記傾斜台を70°以上の角度に傾斜さ
せたのち、前記カプセル内に微小重量の荷重粒子を少し
ずつ装入していくことにより前記測定サンプルに荷重を
かけ、繊維またはウィスカーが破断したときの前記カプ
セル重量を含めた荷重重量と破断面の断面積の値から微
細な繊維またはウィスカーの引張強度を算出することを
特徴とする、引張強度の測定方法。 - 【請求項2】前記荷重粒子装入用カプセルを複数個使用
し、かつ、1個のカプセルの重量が100mg以下であ
る、請求項1に記載の測定方法。 - 【請求項3】前記荷重粒子の1個の重さが10mg以下
である、請求項1に記載の測定方法。 - 【請求項4】測定サンプルが破断したときの荷重Wと破
断面の断面積Sの値から、下記の式に基づいて測定サン
プルの引張強度を算出する、請求項1に記載の測定方法
。 測定サンプルの引張強度=W/S
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9226391A JPH04323535A (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | 微細な繊維またはウィスカーの引張強度の測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9226391A JPH04323535A (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | 微細な繊維またはウィスカーの引張強度の測定方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04323535A true JPH04323535A (ja) | 1992-11-12 |
Family
ID=14049521
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9226391A Pending JPH04323535A (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | 微細な繊維またはウィスカーの引張強度の測定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04323535A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007085737A (ja) * | 2005-09-20 | 2007-04-05 | Shinshu Univ | ナノファイバー力学特性評価試験機 |
-
1991
- 1991-04-23 JP JP9226391A patent/JPH04323535A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007085737A (ja) * | 2005-09-20 | 2007-04-05 | Shinshu Univ | ナノファイバー力学特性評価試験機 |
JP4660762B2 (ja) * | 2005-09-20 | 2011-03-30 | 国立大学法人信州大学 | ナノファイバー力学特性評価試験機 |
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