JPH1068687A - 複合材用繊維の縦弾性定数測定装置 - Google Patents
複合材用繊維の縦弾性定数測定装置Info
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- JPH1068687A JPH1068687A JP8226427A JP22642796A JPH1068687A JP H1068687 A JPH1068687 A JP H1068687A JP 8226427 A JP8226427 A JP 8226427A JP 22642796 A JP22642796 A JP 22642796A JP H1068687 A JPH1068687 A JP H1068687A
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- JP
- Japan
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- fiber
- bending
- measuring
- longitudinal elastic
- elastic constant
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/20—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady bending forces
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Treatment Of Fiber Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 単一の試験片を用いて、常温のみならず複数
の温度における縦弾性定数を、容易かつ短時間に測定が
できる複合材用繊維の縦弾性定数測定装置を提供する。 【解決手段】 単繊維１を一端で片持ち支持する繊維保
持器１２と、単繊維を加熱する加熱炉１４と、単繊維の
撓みを計測する撓み計測装置１６（例えばレーザ変位計
又は光学式変位計）と備える。加熱炉は、撓みを計測す
る透視窓１４ａを有する高温密閉容器からなり、透視窓
１４ａを通して先端撓みＹl を計測し、単繊維１を自重
による等分布荷重ｗを受ける梁としてその撓みから縦弾
性定数Ｅを得る。
の温度における縦弾性定数を、容易かつ短時間に測定が
できる複合材用繊維の縦弾性定数測定装置を提供する。 【解決手段】 単繊維１を一端で片持ち支持する繊維保
持器１２と、単繊維を加熱する加熱炉１４と、単繊維の
撓みを計測する撓み計測装置１６（例えばレーザ変位計
又は光学式変位計）と備える。加熱炉は、撓みを計測す
る透視窓１４ａを有する高温密閉容器からなり、透視窓
１４ａを通して先端撓みＹl を計測し、単繊維１を自重
による等分布荷重ｗを受ける梁としてその撓みから縦弾
性定数Ｅを得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ニカロン，チラ
ノ，ＳＣＳ−６，Ｎｅｘｔｅｌなどの主として複合材用
繊維の縦弾性定数測定装置に関する。
ノ，ＳＣＳ−６，Ｎｅｘｔｅｌなどの主として複合材用
繊維の縦弾性定数測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】今日、炭素繊維，ボロン繊維は、プラス
チック基複合材料（ＰＭＣ）の強化繊維としてその地歩
を固めており、更に、セラミック長繊維を用いた複合材
料において、ＰＭＣや、アルミニウムなどの金属基複合
材料（ＭＭＣ）や、セラミック系複合材料（ＣＭＣ）の
研究が積極的に行われ、特にＣＭＣの強化繊維として、
ニカロン，チラノ，ＳＣＳ−６，Ｎｅｘｔｅｌなどのセ
ラミック連続繊維が開発されている。
チック基複合材料（ＰＭＣ）の強化繊維としてその地歩
を固めており、更に、セラミック長繊維を用いた複合材
料において、ＰＭＣや、アルミニウムなどの金属基複合
材料（ＭＭＣ）や、セラミック系複合材料（ＣＭＣ）の
研究が積極的に行われ、特にＣＭＣの強化繊維として、
ニカロン，チラノ，ＳＣＳ−６，Ｎｅｘｔｅｌなどのセ
ラミック連続繊維が開発されている。
【０００３】かかる剛性の高い長繊維の縦弾性定数（ヤ
ング率）は、従来、例えばＪＩＳ−Ｒ７６０１に規定さ
れた炭素繊維試験方法等を用いて測定されている。この
方法は、試料から単繊維を１本ずつ抜き取り、所定の穴
あき台紙に単繊維の両端部を接着剤で固定し、引張試験
機で荷重−伸び曲線を記録し、この曲線の勾配等から所
定の式により縦弾性定数Ｅを求めるものである。
ング率）は、従来、例えばＪＩＳ−Ｒ７６０１に規定さ
れた炭素繊維試験方法等を用いて測定されている。この
方法は、試料から単繊維を１本ずつ抜き取り、所定の穴
あき台紙に単繊維の両端部を接着剤で固定し、引張試験
機で荷重−伸び曲線を記録し、この曲線の勾配等から所
定の式により縦弾性定数Ｅを求めるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の縦弾性
定数測定手段は、原理的に単純であり、広範囲の繊維に
適用できる特徴があるが、反面、測定手順が繁雑であ
り、測定に時間がかかる問題点があった。また、特に複
合材用繊維では、高温時の縦弾性定数Ｅの測定が重要と
なるが、従来の手段では、高温時の繊維の固定（チャッ
ク等）が困難であり、高温での荷重−伸び曲線を求める
には、大がかりな設備と繁雑で時間のかかる計測作業を
必要とした。更に、従来の手段では、１つのデータを得
る毎に試験片を消耗するため、多数の試験温度に対応し
て、多数の試験片を準備する必要がある問題点があっ
た。
定数測定手段は、原理的に単純であり、広範囲の繊維に
適用できる特徴があるが、反面、測定手順が繁雑であ
り、測定に時間がかかる問題点があった。また、特に複
合材用繊維では、高温時の縦弾性定数Ｅの測定が重要と
なるが、従来の手段では、高温時の繊維の固定（チャッ
ク等）が困難であり、高温での荷重−伸び曲線を求める
には、大がかりな設備と繁雑で時間のかかる計測作業を
必要とした。更に、従来の手段では、１つのデータを得
る毎に試験片を消耗するため、多数の試験温度に対応し
て、多数の試験片を準備する必要がある問題点があっ
た。
【０００５】また、特に複合材用繊維に適用する場合に
は、繊維の破断伸びが０．５〜２％程度であり、他の
繊維に比べて著しく小さいため、単繊維の配列の乱れや
わずかな伸びの差の寄与が大きく、極めて小さい荷重に
おいて破断するため、正確な弾性率（縦弾性定数Ｅ）が
得られない。繊維は脆く、引張り試験時に試験片のつ
かみ部分での破壊を起こしやすく、試料長内での正常な
破壊が起こり難い、等の問題点があった。
は、繊維の破断伸びが０．５〜２％程度であり、他の
繊維に比べて著しく小さいため、単繊維の配列の乱れや
わずかな伸びの差の寄与が大きく、極めて小さい荷重に
おいて破断するため、正確な弾性率（縦弾性定数Ｅ）が
得られない。繊維は脆く、引張り試験時に試験片のつ
かみ部分での破壊を起こしやすく、試料長内での正常な
破壊が起こり難い、等の問題点があった。
【０００６】本発明は、かかる問題点を解決するために
創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、単
一の試験片を用いて、常温のみならず複数の温度におけ
る縦弾性定数Ｅを、容易かつ短時間に測定ができる複合
材用繊維の縦弾性定数測定装置を提供することにある。
創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、単
一の試験片を用いて、常温のみならず複数の温度におけ
る縦弾性定数Ｅを、容易かつ短時間に測定ができる複合
材用繊維の縦弾性定数測定装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、単繊維
を一端で片持ち支持する繊維保持器と、該単繊維を加熱
する加熱炉と、単繊維の撓みを計測する撓み計測装置
と、を備え、単繊維を自重による等分布荷重を受ける梁
としてその撓みから縦弾性定数Ｅを得る、ことを特徴と
する複合材用繊維の縦弾性定数測定装置が提供される。
を一端で片持ち支持する繊維保持器と、該単繊維を加熱
する加熱炉と、単繊維の撓みを計測する撓み計測装置
と、を備え、単繊維を自重による等分布荷重を受ける梁
としてその撓みから縦弾性定数Ｅを得る、ことを特徴と
する複合材用繊維の縦弾性定数測定装置が提供される。
【０００８】上記本発明の構成によれば、単繊維を繊維
保持器で片持ち支持し、加熱炉で単繊維を徐々に昇温し
ながら、単繊維の撓みを計測してこの撓みから縦弾性定
数Ｅを得ることができる。従って、単一の試験片を用い
て、常温のみならず複数の温度における縦弾性定数Ｅ
を、容易かつ短時間に測定することができる。
保持器で片持ち支持し、加熱炉で単繊維を徐々に昇温し
ながら、単繊維の撓みを計測してこの撓みから縦弾性定
数Ｅを得ることができる。従って、単一の試験片を用い
て、常温のみならず複数の温度における縦弾性定数Ｅ
を、容易かつ短時間に測定することができる。
【０００９】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
加熱炉は、撓みを計測する透視窓を有する高温密閉容器
からなる。この構成により、大気又は不活性ガスを充填
した加熱炉により、単繊維の劣化を防止しながら、透視
窓を通して、常温及び複数の温度における単繊維の撓み
を順次測定することができる。
加熱炉は、撓みを計測する透視窓を有する高温密閉容器
からなる。この構成により、大気又は不活性ガスを充填
した加熱炉により、単繊維の劣化を防止しながら、透視
窓を通して、常温及び複数の温度における単繊維の撓み
を順次測定することができる。
【００１０】また、前記撓み計測装置は、レーザ変位計
又は光学式変位計であることが好ましい。この構成によ
り、単繊維の各部の撓み（例えば先端の撓み）を容易か
つ短時間に精密に測定することができる。
又は光学式変位計であることが好ましい。この構成によ
り、単繊維の各部の撓み（例えば先端の撓み）を容易か
つ短時間に精密に測定することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略す
る。図１は、本発明による複合材用繊維の縦弾性定数測
定装置の全体構成図である。この図に示すように、本発
明の縦弾性定数測定装置１０は、単繊維１（試験片）を
一端で片持ち支持する繊維保持器１２と、単繊維１を加
熱する加熱炉１４（密閉容器）と、単繊維１の撓みを計
測する撓み計測装置１６（読取り顕微鏡）とを備えてい
る。
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略す
る。図１は、本発明による複合材用繊維の縦弾性定数測
定装置の全体構成図である。この図に示すように、本発
明の縦弾性定数測定装置１０は、単繊維１（試験片）を
一端で片持ち支持する繊維保持器１２と、単繊維１を加
熱する加熱炉１４（密閉容器）と、単繊維１の撓みを計
測する撓み計測装置１６（読取り顕微鏡）とを備えてい
る。
【００１２】加熱炉１４は、単繊維１の撓みを計測する
透視窓１４ａを有する高温密閉容器からなる。この密閉
容器（加熱炉１４）の中には大気又は不活性ガスを充填
する。また熱電対を入れ、容器内温度を測定して制御す
るのがよい。この構成により、加熱炉の透視窓１４ａを
通して、常温及び複数の温度における単繊維１の撓み
を、単一の試験片を用いて、順次昇温しながら測定する
ことができる。また、撓み計測装置１６は、レーザ変位
計又は光学式変位計であるのがよい。この構成により、
単繊維１の各部の撓み（例えば先端の撓み）を容易かつ
短時間に精密に測定することができる。
透視窓１４ａを有する高温密閉容器からなる。この密閉
容器（加熱炉１４）の中には大気又は不活性ガスを充填
する。また熱電対を入れ、容器内温度を測定して制御す
るのがよい。この構成により、加熱炉の透視窓１４ａを
通して、常温及び複数の温度における単繊維１の撓み
を、単一の試験片を用いて、順次昇温しながら測定する
ことができる。また、撓み計測装置１６は、レーザ変位
計又は光学式変位計であるのがよい。この構成により、
単繊維１の各部の撓み（例えば先端の撓み）を容易かつ
短時間に精密に測定することができる。
【００１３】図２は、本発明の原理を示す図である。こ
の図に示すように、単繊維１を片持ち支持して自重によ
り撓む繊維１を、等分布荷重を受ける梁として解析す
る。また、片持ち支持による単繊維の撓みは長さに対し
て微小撓みとして取り扱うことができないので、この場
合の撓みＹは、一般に大たわみと呼ばれるものに相当す
る。
の図に示すように、単繊維１を片持ち支持して自重によ
り撓む繊維１を、等分布荷重を受ける梁として解析す
る。また、片持ち支持による単繊維の撓みは長さに対し
て微小撓みとして取り扱うことができないので、この場
合の撓みＹは、一般に大たわみと呼ばれるものに相当す
る。
【００１４】従って、大たわみにおける先端の撓みＹl
は、（数１）の式（１）で示され、この先端撓みＹl を
計測することにより、式（１）からνを求めることがで
きる。ここで、νは式（２）のように定義されることか
ら、縦弾性定数Ｅを式（２）を変形した式（３）から求
めることができる。更に、単繊維の断面が円形である場
合には、縦弾性定数Ｅを式（４）から求めることができ
る。
は、（数１）の式（１）で示され、この先端撓みＹl を
計測することにより、式（１）からνを求めることがで
きる。ここで、νは式（２）のように定義されることか
ら、縦弾性定数Ｅを式（２）を変形した式（３）から求
めることができる。更に、単繊維の断面が円形である場
合には、縦弾性定数Ｅを式（４）から求めることができ
る。
【００１５】なお、これらの式において、Ｅは縦弾性定
数（ヤング率）、Ｉは断面二次モーメント、ｗは単位長
当たりの自重による荷重、ｌは繊維長、ｄは繊維の直
径、ρは繊維の密度、Ｙl はＹ方向の先端撓み、ｇは重
力加速度である。また、式（３）における直径ｄは、走
査電子顕微鏡を使用して、精密測定することができ、密
度ρは、例えば重量と直径から容易に算出することがで
きる。なお、数１の式（１）および式（２）は文献（強
度設計データブック編集委員会編、「強度データブッ
ク」、裳華房、昭和３７年、Ｐ３４８）から引用した。
数（ヤング率）、Ｉは断面二次モーメント、ｗは単位長
当たりの自重による荷重、ｌは繊維長、ｄは繊維の直
径、ρは繊維の密度、Ｙl はＹ方向の先端撓み、ｇは重
力加速度である。また、式（３）における直径ｄは、走
査電子顕微鏡を使用して、精密測定することができ、密
度ρは、例えば重量と直径から容易に算出することがで
きる。なお、数１の式（１）および式（２）は文献（強
度設計データブック編集委員会編、「強度データブッ
ク」、裳華房、昭和３７年、Ｐ３４８）から引用した。
【００１６】
【数１】
【００１７】図３は、繊維の癖による影響を示す図であ
る。この図に示すように、一般に単繊維は、ヤーンを構
成する際にねじれ，癖等が生じ、これらの影響で初期状
態での変位ａを有することがある。この場合の自重によ
る変位Δは、同一の試験片をその繊維の軸心に対して０
°と１８０°回転させた状態で計測することにより、
（数２）の式（５）で示すことができる。すなわち、０
°の位置と１８０°の位置とで初期変位ａは逆向きとな
るため、撓みの平均値Δを式（１）におけるＹlとする
ことにより、初期変位ａの影響を回避することができ
る。
る。この図に示すように、一般に単繊維は、ヤーンを構
成する際にねじれ，癖等が生じ、これらの影響で初期状
態での変位ａを有することがある。この場合の自重によ
る変位Δは、同一の試験片をその繊維の軸心に対して０
°と１８０°回転させた状態で計測することにより、
（数２）の式（５）で示すことができる。すなわち、０
°の位置と１８０°の位置とで初期変位ａは逆向きとな
るため、撓みの平均値Δを式（１）におけるＹlとする
ことにより、初期変位ａの影響を回避することができ
る。
【００１８】
【数２】
【００１９】図４は、本発明の装置の試験結果例を示す
図である。この図は、常温で繊維長を変化させて行った
試験のうちの典型例を示している。この試験結果から、
縦弾性定数Ｅは、連続的に変化しているように見える。
これは、同一繊維内でも直径は一定ではなく連続的に変
化しているためと考えられる。従って、これらの平均値
より、試験片の縦弾性定数Ｅを定めることができる。ま
た、この試験は常温で実施したが、上述した加熱炉１４
を用い同一の試験片を用いて、常温のみならず複数の温
度における縦弾性定数Ｅを、計測することもできる。
図である。この図は、常温で繊維長を変化させて行った
試験のうちの典型例を示している。この試験結果から、
縦弾性定数Ｅは、連続的に変化しているように見える。
これは、同一繊維内でも直径は一定ではなく連続的に変
化しているためと考えられる。従って、これらの平均値
より、試験片の縦弾性定数Ｅを定めることができる。ま
た、この試験は常温で実施したが、上述した加熱炉１４
を用い同一の試験片を用いて、常温のみならず複数の温
度における縦弾性定数Ｅを、計測することもできる。
【００２０】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更でき
ることは勿論である。
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更でき
ることは勿論である。
【００２１】
【発明の効果】上述したように、本発明の構成によれ
ば、単繊維を繊維保持器で片持ち支持し、加熱炉で単繊
維を徐々に昇温しながら、単繊維の撓みを計測してこの
撓みから、式（１）〜式（５）を用いて、縦弾性定数Ｅ
を得ることができる。従って、本発明の複合材用繊維の
縦弾性定数測定装置は、単一の試験片を用いて、常温の
みならず複数の温度における縦弾性定数Ｅを、容易かつ
短時間に測定ができる、等の優れた効果を有する。
ば、単繊維を繊維保持器で片持ち支持し、加熱炉で単繊
維を徐々に昇温しながら、単繊維の撓みを計測してこの
撓みから、式（１）〜式（５）を用いて、縦弾性定数Ｅ
を得ることができる。従って、本発明の複合材用繊維の
縦弾性定数測定装置は、単一の試験片を用いて、常温の
みならず複数の温度における縦弾性定数Ｅを、容易かつ
短時間に測定ができる、等の優れた効果を有する。
【図１】本発明による複合材用繊維の縦弾性定数測定装
置の全体構成図である。
置の全体構成図である。
【図２】本発明の原理を示す図である。
【図３】繊維の癖による影響を示す図である。
【図４】本発明の装置の試験結果例を示す図である。
１ 単繊維 １０ 縦弾性定数測定装置 １２ 繊維保持器 １４ 加熱炉 １４ａ 透視窓 １６ 撓み計測装置
Claims (3)
- 【請求項１】 単繊維を一端で片持ち支持する繊維保持
器と、該単繊維を加熱する加熱炉と、単繊維の撓みを計
測する撓み計測装置と、を備え、単繊維を自重による等
分布荷重を受ける梁としてその撓みから縦弾性定数Ｅを
得る、ことを特徴とする複合材用繊維の縦弾性定数測定
装置。 - 【請求項２】 前記加熱炉は、撓みを計測する透視窓を
有する高温密閉容器からなる、ことを特徴とする請求項
１に記載の複合材用繊維の縦弾性定数測定装置。 - 【請求項３】 前記撓み計測装置は、レーザ変位計又は
光学式変位計である、ことを特徴とする請求項１又は２
に記載の複合材用繊維の縦弾性定数測定装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8226427A JPH1068687A (ja) | 1996-08-28 | 1996-08-28 | 複合材用繊維の縦弾性定数測定装置 |
| EP97114214A EP0831317B1 (en) | 1996-08-28 | 1997-08-18 | Apparatus and method for measuring longitudinal modulus of elasticity of fibers used for composite materials |
| DE69723517T DE69723517T2 (de) | 1996-08-28 | 1997-08-18 | Vorrichtung und Verfahren zur Messung des longitudinalen Elastizitätskoeffizienten von Fasern für Verbundwerkstoffe |
| US08/917,494 US5923415A (en) | 1996-08-28 | 1997-08-26 | Apparatus and method for measuring longitudinal modulus of elasticity of fibers used for composite materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8226427A JPH1068687A (ja) | 1996-08-28 | 1996-08-28 | 複合材用繊維の縦弾性定数測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1068687A true JPH1068687A (ja) | 1998-03-10 |
Family
ID=16844955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8226427A Pending JPH1068687A (ja) | 1996-08-28 | 1996-08-28 | 複合材用繊維の縦弾性定数測定装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5923415A (ja) |
| EP (1) | EP0831317B1 (ja) |
| JP (1) | JPH1068687A (ja) |
| DE (1) | DE69723517T2 (ja) |
Cited By (4)
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| JP2007333610A (ja) * | 2006-06-16 | 2007-12-27 | Fujitsu Ltd | ケーブル柔軟性測定装置 |
| JP2008039618A (ja) * | 2006-08-07 | 2008-02-21 | Saitama Daiichi Seiyaku Kk | しなやかさ測定方法及び貼付剤 |
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Families Citing this family (12)
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|---|---|---|---|---|
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| EP1577855B1 (en) | 2002-10-18 | 2009-09-23 | Diebold, Incorporated | Automated banking machine which dispenses, receives and stores notes and other financial instrument sheets |
| FI116582B (fi) * | 2002-10-24 | 2005-12-30 | Metso Paper Inc | Menetelmä paperin kimmomoduulin määrittämiseksi |
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| CN101710045B (zh) * | 2009-11-11 | 2011-10-19 | 中国农业大学 | 一种检测玉米秸秆弹性模量的装置 |
| CN102980807B (zh) * | 2012-11-23 | 2015-08-26 | 贵州航天林泉电机有限公司 | 直线伸缩机构的负载测试方法及装置 |
| CN103217336B (zh) * | 2013-03-11 | 2016-07-06 | 北京农业信息技术研究中心 | 一种群体种植的作物茎秆强度测量装置及其应用 |
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| CN104819900B (zh) * | 2015-05-18 | 2018-01-16 | 齐齐哈尔大学 | 十字形金属丝弹性模量测量装置与方法 |
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Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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