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

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【符号の説明】

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)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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