(57)【要約】【課題】本発明は、引張試験の際クランプ間の繊維部分で確実に切断できる試験片を簡単な方法で再現性よく作製でき、また繊維に対して正確な値の引張破断応力の物性値を安価かつ簡便に測定しえ、更に繊維に対する応力−歪曲線を求めることができることを課題とする。【解決手段】秤量計１１と、この秤量計１１上に支柱１２ａ，１２ｂにより支持されて配置された梁１３と、この梁１３の中点に試験片７を介して吊り下げられた荷重容器１４と、この荷重容器１４に連続的に荷重をかける荷重負荷手段１７とを具備し、荷重容器１４に荷重を連続的にかけながら前記試験片７の一構成である繊維の引張荷重を測定することを特徴とする繊維の引張荷重試験機。【選択図】　　図２
2004109065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維の荷重、あるいは荷重と歪の関係を求めるための試験片であり、
前記繊維を該繊維が中央に位置するように夫々前後から接着剤を用いて挟んで固定したコピー用紙及びテッシュペーパーからなる第１クランプ部と、この第１クランプ部と離間した位置で前記繊維を該繊維が中央に位置するように夫々前後から接着剤を用いて挟んで固定したコピー用紙及びテッシュペーパーからなる第２クランプ部とを具備することを特徴とする試験片。
【請求項２】
一定の大きさの開口部が開けられたコピー用紙上に、繊維を伸ばした状態で配置する工程と、前記開口部より外側寄りの前記コピー用紙上にテッシュペーパーを、接着剤を用いてコピー用紙とともに前記繊維を前後から挟んで固定する工程と、重ねられた前記コピー用紙及びテッシュペーパーに沿って試験片を残すように切り取り、繊維を中央部で前後から接着を用いて挟んで固定したコピー用紙及びテッシュペーパーからなる第１・第２クランプ部を形成する工程とを具備することを特徴とする試験片の作製方法。
【請求項３】
秤量計と、この秤量計上に支柱により支持されて配置された梁と、この梁の中点に請求項１記載の試験片を介して吊り下げられた荷重容器と、前記試験片に連続的に荷重をかける荷重負荷手段とを具備し、前記試験片に荷重を連続的にかけながら前記試験片の一構成である繊維の引張荷重を測定することを特徴とする繊維の引張荷重試験機。
【請求項４】
前記荷重負荷手段は、水を前記試験片の繊維に伝わらせながら荷重容器に一定速度で供給する注入器であることを特徴とする請求項３記載の繊維の引張荷重試験機。
【請求項５】
基台と、この基台上に配置され，基台上に立設された支柱と該支柱の上部に軸支された天秤棒と該天秤棒の支点から下部方向にかけて垂直に延出する振り子とこの振り子の横方向の振れを観察するためのスケールを備えた天秤と、前記天秤棒の一端に吊り下げられた荷重容器と、前記天秤棒の他端に請求項１記載の試験片を介して吊り下げられた試験片固定治具と、前記試験片固定治具及び基台に設置され、試験片の繊維が基台側から離れるのを制御する複数の磁石とを具備し、荷重容器に荷重をかけることにより試験片の繊維に歪が生じることを利用して、繊維の歪と引張荷重との関係を求めることを特徴とする繊維の荷重・歪試験機。
【請求項６】
前記試験片固定治具はＮ極叉はＳ極が下部側を向いた第１の磁石が配置された容器であり、かつ前記試験片固定治具と対向する前記基台側でかつ第１の磁石と対向する位置に、第２の磁石が該第１の磁石と引き合うように配置されていることを特徴とする請求項５記載の繊維の荷重・歪試験機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試験片、この試験片の製作方法、及び繊維の試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知の如く、炭素繊維は複合材料として軽量、高比強度等優れた機械的特性を有しているため、航空、宇宙、スポーツ用品分野を中心に需要を伸ばし、また一般産業用途、鉄道、自動車、土木建築等の広い分野での利用が促進される材料として定着している。
【０００３】
しかしながら、繊維の細さによる試験片の作製の困難さ、繊維のねじれの影響、小荷重での破断などに問題点があるため、極細繊維の強度評価は確立していない。
【０００４】
従来、炭素繊維の引張試験については、ケイ素系ブレンドポリマーの無機化により得られたＳｉＣ系繊維の引張試験が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
【非特許文献１】
日本金属学会講演概要、１９９７年春季（第１２０回）大会、（９１７）ケイ素系ブレンドポリマーの無機化により得られたＳｉＣ系繊維の特性
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこうした事情を考慮してなされてもので、引張試験の際、互いに離間したクランプ間の繊維部分で確実に切断できる試験片を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、前記試験片を簡単な方法で再現性よく作製可能な試験片の作製方法を提供することを目的とする。
【０００８】
更に、本発明は、秤量計と、この秤量計上に支柱により支持されて配置された梁と、この梁の中点に前記試験片を介して吊り下げられた荷重容器と、この荷重容器に連続的に荷重をかける荷重負荷手段とを具備し、荷重容器に荷重を連続的にかけながら前記試験片の一構成である繊維の引張荷重を測定することにより、繊維に対して正確な値の引張破断応力の物性値を安価かつ簡便に測定しえる繊維の引張荷重試験機を提供することを目的とする。
【０００９】
更には、本発明は、基台と、この基台上に配置され，支柱と天秤棒と振り子とスケールを備えた天秤と、前記天秤棒の一端に吊り下げられた荷重容器と、前記天秤棒の他端に前記試験片を介して吊り下げられた試験片固定治具と、前記試験片固定治具及び基台に設置され、試験片の繊維が基台側から離れるのを制御する複数の磁石とを具備し、荷重容器に荷重をかけることにより試験片の繊維に歪が生じることを利用して、繊維の歪と引張荷重との関係を求めることにより、繊維に対して正確な値の引張破断応力の物性値や、応力−歪曲線を求めることが可能な繊維の荷重・歪試験機を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願第１の発明に係る試験片は、繊維の荷重、あるいは荷重と歪の関係を求めるための試験片であり、前記繊維を該繊維が中央に位置するように夫々前後から接着剤を用いて挟んで固定したコピー用紙及びテッシュペーパーからなる第１クランプ部と、この第１クランプ部と離間した位置で前記繊維を該繊維が中央に位置するように夫々前後から接着剤を用いて挟んで固定したコピー用紙及びテッシュペーパーからなる第２クランプ部とを具備することを特徴とする。
【００１１】
本願第２の発明に係る試験片の作製方法は、一定の大きさの開口部が開けられたコピー用紙上に、繊維を伸ばした状態で配置する工程と、前記開口部より外側寄りの前記コピー用紙上にテッシュペーパーを、接着剤を用いてコピー用紙とともに前記繊維を前後から挟んで固定する工程と、重ねられた前記コピー用紙及びテッシュペーパーに沿って試験片を残すように切り取り、繊維を中央部で前後から接着を用いて挟んで固定したコピー用紙及びテッシュペーパーからなる第１・第２クランプ部を形成する工程とを具備することを特徴とする。
【００１２】
本願第３の発明に係る繊維の引張荷重試験機は、秤量計と、この秤量計上に支柱により支持されて配置された梁と、この梁の中点に請求項１記載の試験片を介して吊り下げられた荷重容器と、前記試験片に連続的に荷重をかける荷重負荷手段とを具備し、前記試験片に荷重を連続的にかけながら前記試験片の一構成である繊維の引張荷重を測定することを特徴とする。
【００１３】
本願第４の発明に係る繊維の荷重・歪試験機は、基台と、この基台上に配置され，基台上に立設された支柱と該支柱の上部に軸支された天秤棒と該天秤棒の支点から下部方向にかけて垂直に延出する振り子とこの振り子の横方向の振れを観察するためのスケールを備えた天秤と、前記天秤棒の一端に吊り下げられた荷重容器と、前記天秤棒の他端に請求項１記載の試験片を介して吊り下げられた試験片固定治具と、前記試験片固定治具及び基台に設置され、試験片の繊維が基台側から離れるのを制御する複数の磁石とを具備し、荷重容器に荷重をかけることにより試験片の繊維に歪が生じることを利用して、繊維の歪と引張荷重との関係を求めることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について更に詳しく説明する。
第１の発明において、前記繊維としては例えば径が約０．０１〜１００μｍの範囲の極細繊維が挙げられるが、本発明は全ての径の繊維が適用可能である。また、コピー用紙とテッシュペーパー間に繊維を挟んで固定する際に使用される接着剤としては例えばアロンアルファが挙げられるが、これに限定されない。
【００１５】
第２の発明において、第１クランプ部と第２クランプ部に相当するコピー用紙には開口部を形成する。この理由は、これは後に試験片が残るようにをコピー用紙とテッシュペーパーあるいはテッシュペーパーのみを切り取る際の作業性を良くするためである。但し、開口部は後述する図１のように楕円形状に限定されない。また、テッシュペーパーは最初から大きめにコピー用紙に接着させておいて後で切り取ってもよい。
【００１６】
第３の発明において、荷重負荷手段としては、例えば水を前記試験片の繊維に伝わらせながら荷重容器に一定速度で供給する注入器が挙げられるが、これに限らず、荷重を一定速度で荷重容器に供給できるものであればよい。ここで、水を繊維に伝わらせながら荷重容器に供給するのは、試験片への衝撃緩和と試験片のねじれ防止、及び一定速度で荷重を加えるためである。
【００１７】
第４の発明において、試験片固定治具はＮ極叉はＳ極が下部側を向いた第１の磁石が配置された容器であり、かつ前記試験片固定治具と対向する前記基台側でかつ第１の磁石と対向する位置に、第２の磁石が該第１の磁石と引き合うように配置されている場合が挙げられる。磁石の個数は、試験片の繊維が基台側から離れるのを制御できるならば、特に限定されない。また、荷重容器に荷重をかける手段としては、予め重さが判っている荷重片を順次荷重容器に収容するようにして荷重を増やしていってもよいし、後述する実施例２のように注入器を用いて水を荷重容器に少しずつ供給しながら荷重を増やしていってもよいく、特にこれらに限定されない。
【００１８】
【実施例】
（実施例１）
本実施例１の試験片の作製方法について、図１（Ａ），（Ｂ）を参照して説明する。
まず、略中央部に長径Ｌの楕円形状の開口部１が形成された白紙のコピー用紙２を用意した。次に、このコピー用紙２の上に、径が例えば６μｍのカーボンファイバー（極細繊維）３を弛みの無い状態でセットした。つづいて、開口部１の外側（図面の上、下側寄り）のカーボンファイバー３を含むコピー用紙２上に、接着剤例えばアロンアルファ（図示せず）を用いて形状が横Ｌ１，縦Ｌ２の長方形状のテッシュペーパー４１，４２を貼り付けて、カーボンファイバー３をコピー用紙２及びテッシュペーパー４１，４２で挟み込んで固定した（図１（Ａ）参照）。
【００１９】
次に、重ねられた前記コピー用紙２及びテッシュペーパー４１，４２に沿って試験片を残すよう（即ち、テッシュペーパーの形状に沿って）に切り取った。これにより、カーボンファイバー３を中央部で前後から接着を用いて挟んで固定したコピー用紙２及びテッシュペーパー４１からなる第１クランプ部５、コピー用紙２及びテッシュペーパー４２からなる第２クランプ部６を一定距離離間して形成し、試験片７を作製した（図１（Ｂ）参照）。
【００２０】
このようにして作製した試験片７は、図１（Ｂ）に示すように、カーボンファイバー３と、カーボンファイバー３を該カーボンファイバー３が中央に位置するように夫々前後から接着剤を用いて挟んで固定したコピー用紙２及びテッシュペーパー４１からなる第１クランプ部５と、この第１クランプ部５と離間した位置でカーボンファイバー３を該カーボンファイバー３が中央に位置するように夫々前後から接着剤を用いて挟んで固定したコピー用紙２及びテッシュペーパー４２からなる第２クランプ部６とから構成されている。こうした試験片７は、引張試験の際、互いに離間した第１・第２クランプ５，６間の繊維部分で確実に切断できることができた。
また、上述した試験片は、簡単な方法で、しかも低コストで再現性よく作製することができた。
【００２１】
（実施例２）
本実施例２に係る繊維の荷重引張試験機について図２を参照して説明する。
図中の符番１１は、基台を兼ねるデジタル表示可能な秤量計を示す。この秤量計１１上には、２本の支柱１２ａ，１２ｂにより支持された梁１３が配置されている。この梁１３の中点には、図１（Ｂ）に示す試験片７を介して荷重容器１４が吊り下げられている。ここで、試験片７の一方の第１クランプ部５は梁１３にクランプされ、他方の第２クランプ部６は荷重容器１４を吊る吊り紐１５にクランプされている。
【００２２】
前記荷重容器１４の上方には、水１６を試験片７のカーボンファイバー３を伝わらせながら荷重容器１４内に一定速度で供給できる注入器（荷重負荷手段）１７が配置されている。この注入器１７にはチューブ１８を介して抽入器内の水位と同じレベルに保持する水平器１９が連通されている。この水平器１９には支持台２０が連結されている。
【００２３】
このように、実施例２に係る繊維の荷重引張試験機は、秤量計１１と、この秤量計１１上に支柱１２ａ，１２ｂにより支持されて配置された梁１３と、この梁１３の中点に試験片７を介して吊り下げられた荷重容器１４と、この荷重容器１４に連続的に水１５を一定速度で供給して荷重をかける注入器１７等を具備した構成になっている。こうした試験機では、注入器１７より水１５を試験片７のカーボンファイバー３に伝わらせながら荷重容器１４に一定速度で水を供給することができ、もって試験片７に荷重を連続的にかけながら前記試験片の一構成である繊維の引張荷重を測定する。
【００２４】
即ち、つまり、上記試験機では、荷重容器１４を点で支持することにより極細繊維３のねじれを緩和し、チャック破断を最小限にすることにより、繊維自体の持つ引張破断荷重を正確に測定し、引張破断応力を簡便かつ安価に測定することができる。
【００２５】
事実、ＪＩＳ試験法により測定したトレカＭ３０ＳＣ（（株）東レ製の商品名）と図２の荷重引張試験機で測定したＭ３０ＳＣの破壊率と引張破断応力の関係を求めたところ、図４に示す結果が得られた。図４より、一般的な極細の単繊維での引張試験評価に比べて、ねじれが緩和されて、本来の引張試験が行われることにより、本来の高強度特性を引き出し、高破壊強度値が得られることが判明した。
【００２６】
なお、上記実施例２では、トレカＭ３０ＳＣを試験片に適用した場合について述べたが、細線であれば金から炭素繊維まで自由に破壊強度の変化を評価できる。図５は、（株）ＡＳＡＨＩ製の商品名：ＡＳＡＨＩカーボンファイバー（φ６μｍ）、（株）東レ製の商品名：トレカＴ８００（φ６μｍ）、Ｍ３０ＳＣ（φ６μｍ）、（株）日東紡製のグラスファイバー（φ１１μｍ）、（株）ニラコ製の金線（φ５μｍ）における破壊率−引張破断応力との関係を示す特性図である。
【００２７】
（実施例３）
本実施例３に係る繊維の荷重・歪試験機について図３（Ａ），（Ｂ）を参照して説明する。ここで、図３（Ａ）は荷重・歪試験機の全体図、図３（Ｂ）は後述する磁石の配置状態を示す説明図である。なお、図１、図２と同部材は同符番をふして説明を省略する。
【００２８】
図中の符番２１は、内部に秤量計２２及び後述する磁石が設置された基台を示す。前記基台２１上には天秤２３が配置されている。ここで、天秤２３は、前記基台２１上に立設された支柱２４と、この支柱２４の上部に矢印Ｘ方向に回動するように支持された天秤棒２５と、この天秤棒２５の支点Ｐから下部方向にかけて垂直に延出する振り子２６と、この振り子２６の横方向の振れを観察するために前記支柱２５の下端部に配置されたスケール２７を備えている。
【００２９】
前記天秤棒２５には枠状の支持部材４１が設けられ、この支持部材４１の一端には、繊維糸２８を介して荷重容器１４が吊り下げられている。この荷重容器１４には、予め重さが分かっている荷重片（図示せず）が収容される。前記天秤棒２５の他端には前記試験片７を介して試験片固定治具２９が吊り下げられている。ここで、前記試験片７の第１クランプ部５は天秤棒２５の他端でクランプされ、第２クランプ部６は試験片固定治具２９を吊る吊り紐３０にクランプされている。
【００３０】
容器状の試験片固定治具２９の内側には複数の磁石３１がＳ極を下方に向けて配置されている。また、前記磁石３１に対応した前記基台２１の内側上部にも図３（Ｂ）に示すように、複数の磁石３２がＮ極を上方に向けて配置されている。これらの磁石３１，３２により、試験片７のカーボンファイバー３が基台側から離れるのを抑制している。
【００３１】
このように、実施例３に係る繊維の荷重・歪試験機は、基台２１と、この基台２１上に配置され，支柱２４と該支柱２４に支持された天秤棒２５と振り子２６とスケール２７を備えた天秤２３と、前記天秤棒２５の一端に吊り下げられた荷重容器２２と、前記天秤棒２５の他端に試験片７を介して吊り下げられた試験片固定治具２９と、前記試験片固定治具２９及び基台２２に設置され、試験片７のガラスファイバー３が基台側から離れるのを制御する複数の磁石３１，３２とを具備した構成となっている。こうした試験機では、荷重容器２８に荷重をかけることにより試験片７のカーボンファイバー３に歪が生じることを利用している。即ち、試験片７に歪が生じると、天秤２３に固定した振り子２６が傾くので、スケール２７からそのの傾きを求め、カーボンファイバー３の歪と引張荷重との関係を求めることができる。従って、カーボンファイバー３の歪量を正確にかつ安価に測定することができる。
【００３２】
事実、試験片の極細繊維としてＡＳＡＨＩカーボンファイバーを用いて図３に示す試験機により応力と歪との関係を求めたところ、図６に示す特性図が得られた。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、引張試験の際、互いに離間したクランプ間の繊維部分で確実に切断できる試験片を提供できる。
また、本発明によれば、前記試験片を簡単な方法で再現性よく作製可能な試験片の作製方法を提供できる。
更に、本発明によれば、繊維に対して正確な値の引張破断応力の物性値を安価かつ簡便に測定しえる繊維の引張荷重試験機を提供できる。
【００３４】
更には、本発明によれば、繊維に対して正確な値の引張破断応力の物性値や、応力−歪曲線を求めることが可能な繊維の荷重・歪試験機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る試験片の説明図。
【図２】本発明の実施例２に係る繊維の引張荷重試験機の説明図。
【図３】本発明の実施例３に係る繊維の荷重・歪試験機の説明図。
【図４】各種試験片を用いた場合の破壊率と引張破断応力との関係を示す特性図。
【図５】ＪＩＳ試験法及び本発明で測定した試験片の破壊率と引張破断応力との関係を示す特性図。
【図６】カーボンフィルターの歪と応力との関係を示す特性図。
【符号の説明】
１…開口部、
２…コピー用紙、
３…カーボンファイバー、
４１，４２…テッシュペーパー、
５，６…クランプ部、
７…試験片、
１１，２２…秤量計、
１２ａ，１２ｂ，２４…支柱、
１３…梁、
１４…荷重容器、
１７…注入器（荷重負荷手段）、
２１…基台、
２３…天秤、
２５…天秤棒、
２６…振り子、
２７…スケール、
３１，３２…磁石。
【図１】
2004109065.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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