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比強度で見る材料の物性値(樹脂は金属よりも強い??)

樹脂(プラスチック)と聞くとペットボトルやコップといった日用品から自動車の内装部品まで我々の身近に存在していますが、それらは軽くてもあまり頑丈に作られているイメージはありません。逆に、金属と聞くと自動車のボディや建築の柱など重たいけれど強固で頑丈なイメージがあるかと思います。

樹脂と金属を比べると圧倒的に金属の方が強い!というイメージが先行するかと思います

しかし比強度で見ると以外と両者に差が無く、樹脂の種類によっては金属よりも数値が上回ることもあります。

比強度とは、引張強度(N/mm^2)を密度(g/cm^3)で割った値になります。

これは材料の重量当たりのパフォーマンスを表す値になります。比強度が大きいということは軽いわりに強い!ということになります。

比強度が更に大きい材料はというと、繊維が挙げられます。

その値はナイロン繊維で600~700 炭素繊維になると3000~4000とも言われています。

しかし、これは比強度という引張強度にパラメーターが当てられているので

一方向に特化して強い繊維のための指標とも言えます。

ご存じのように自動車のボディや建築の柱には引張だけでなく圧縮やせん断など色々な方向に力がかかります。一方向だけ強くてもあらゆる方向(等方性)に強い材料でなければなかなか色々な用途に使うことは難しいと言えます。


CFRPでは等方性の物性を得るために繊維をランダムに配置したり積層したり色々工夫がされています。➡積層パターンの違いによる破壊挙動の変化


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