平成9年度 研究報告 大分県産業科学技術センタ山

常温域での竹材の変形の測定
北嶋俊朗
日田産業工芸試験所

Measureme‡ュt Ofbamboodeformation on normaltem妄）erature area
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HitaIndustriaiArtDivision

測定は水中で行った．この時の水の浮力は考慮しなかっ

1 はじめにた．ウオーターバスは白伸理化社製NWB−240を使用し一般に，発砲体などのセル構造体が横圧縮大変形を受た。そして，温度によるドリフトを最小限にするため，けた場合，その「応力とひずみ」の関係は，応力がひずロードセルと圧縮治具の問に水冷式の冷却装置を入れてみに比例して増加する微小変形領域から，それに続く降ロードセルの温度を一定に保った．

伏点までの領域（Ⅰ），降伏点以後広い歪み範囲にわたって続く，歪みの増力ロの割に応力の増加しない比較的平坦な

乙3横（接線方向）圧縮弾性率及び降伏点応力の測定

領域（ⅠⅠ），ひずみの増加に対して応力が著しく増加する飯30℃〜90℃までの水中で測定した，試験件の内部まで域（ⅠⅠⅠ）の3領域で構成されている．領域Ⅰは，おおむね弾の温度を一定にするため，任意の温度の水に90秒間1）浸性域とみなせる。領域Ⅰ‡は，セルを構成する壁のたわみけたのち，測定を行った．この時の圧縮速度はや座屈などの大変形によって生じる。領域ⅠⅠⅠでは，相対25mm／min，サンプリング周波数は20p01nt／secである．

するセルが壁が接触を始め，密着し，以後はセル壁実質Z．4応力績和艶駿の圧縮変形へと移行する一 木材や竹材もこのセル発砲体

30℃〜90℃までの水中で測定した．試験片の内部までとみなせる．の温度を一定にするため，任意の温度の水に90秒間1）浸本報告では，常温域（30〜90℃）での竹材の横圧縮方けたのち，3mm圧縮して，その時の荷重の時間による変向の圧縮試験を行うことによって，領域（Ⅰ）及び領域（ⅠⅠ）の化を測定した．この時の圧縮速度は10mm／min，サンプ状態を測定し，竹材の軟化について検討した．

リング周波数は1point／sec，測定時間は1時間である．

2 方法
2．1試験樹￠ 八︶

試験材は大分県日田産のモウソウテクの，地表から第？ ＼一節問から第三節間部分を使った．まず，カビによる劣化を防ぐためタ山から切り出した直後に竹の節を落とし，12〜15mm角の棒状にしたものを50℃で乾燥した後，乾燥応力を減少させるため5分間の水蒸気処理を行ったt＼︑ご ニ∴」．」J

これを10mmの立方体に切り，試験片とした∴試験片の＝含水率は7．5％だった。平均比重は0．64 比重の標準偏∴＿￠︑差は0．031だった．この試験片に減圧吸水処理をおこなった後，試験片の3方向（放射方向。接線方向一繊維方＼、、＼＼＼「軋向）の長さを測った。これは，応力（単位面積あたりの荷重）や弾性率を計算するためである．

20Z．2雷式額装置

304050607080

90 「00Tempe「atu「e（Ce】5ius）

試験機は，静荷重材料試験機（INSTRON社製5568塾，F唱．1Relat】OnShlPbetweenTemperatしけe andMOE50KN）を使用した．また温度と含水率を一定にするため

ユ＼：平成9年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

乱結果及び考察

叫】

30℃

嬬爛 山
409c

3．1横（接線方向）圧縮弾性率及び降伏点応力

SO℃

−−・綱‥

Fig．1に横（接線方向）圧縮弾性率試艶Fig．2に降伏・H・・・−・・600c

点応力試験の結果を示す．30℃〜70℃まで弾性率・降伏70℃【「▼■■′▼、・Ⅵ（30〜90℃）での降伏点応力の低下のピークがあり，これはリグニンのガラス点移転のピいクのためだと考えられOがった．木材（スブルース材）では，85℃付近で常温域

仙仙・ 80℃
90℃︿U︵N∈U＼芯︶ニSS巴㌫

点応力共に下がったのち，70℃〜90℃までは緩やかに下￣椚￣へ■−−■■Ⅳ■サーヘ M■▼■■【も札h一肌ているが，竹材においては，この温度ではそれはみられ；ヾ・．∴こなかった．これは，樹種によりリグニンの主な構成単位−− I ￣￣、 …＿w、1−、【ーー・、什 」 →−岬−▼tnH■■■t■−

ご∴−：J・‥・・・、＝∴−…、・・・、、‥…、．・．h．、．．．、．．．∴‥l1020である，エトヒドロキシフェニル，グアイアシル，シリンギル基を有するフェニルプロパンの割合，及びリグニンの単位問結合様式が異なるためだと考えられる．

030405060Tlme（血∩．）Fi9．3ReFat【OnShPbetweenTlmeandStre5S

125「叫 8応力が直線的に減少していないのは，木材の場合では時−。。。

間とともに弾性率：Eが低下する2）ためと考えられる．つ＼ g＼5まり（2）式のてが一定でないためである．竹材の場合もこ7⊥﹁れと同様のことが起きているためと考えられる．また材を圧縮することにより，材がつぶれ圧縮面の面積が大き﹁︵N∈U＼盲ご爪mと﹈SP芯L＞＼宰くなり，単位面積あたりの荷重が下がったためと考えら50れる。
またFig．3からわかるように，それぞれの温度で相似0＼㍉して応力は低下している．そこで応力緩和の割合を見る
ために，弾性率：Eの低下が無視できるほどに小さくなっ。L
203040S06070ている2），30分から60分夏でのグラフの傾きの割合をl I l l l8090 100

Table．1に示す．この表から，常温域（30〜90℃）では温度

Temperature（CeFsius）とては，ほとんど関係が無くては一定であることが分か

FEg・2ReEat10nShEPbetweenTemperatureandYFeはStresる・Flg。1より弾性率は温度と共に低下しているのに，てが一定なので，粘度も（1）式より同様に低下していることが分かる．

3．2応力緩和書式験
一般に応力緩和の現象は，マックスウェル要素の力学Table。1Relationshipbetweentemperattireand slantrate

モデルで説明できる．
∂（t）＝∂。eXp（−t／て）（1）て＝円／E（2）304050

ここで，∂。は初期応力，ては綬和時間，乃は粘性，Eは607080

弾性である．ては物質の，任意の温度状態での定数とみなせるので，応力は（1）式のように指数関数的に減少する．
そこで応力の対数をとれば，直線的に減少することにな

90鵬7−9−8…7−11−9w13る。ここで粘性が下がれば，（2）式よりてが小さくなり，（1）式より応力緩和が速く起こることになる．つまり短い

しかしこの温度域ではTは一定のため，温度が上がれ時間で材料が塑性変形したことになる。

ば弾性率や粘度が低下して，竹材は変形しやすくなるが，Fig．3に応力緩和試験の結果を示す．この図且 Ⅹ軸温度の遠いによる応力穏和の割合は変わらず，Fig．1かに時間を，Y軸に応力を対数表示したものである．但し

ら分かるとおり，短時間では応力はなくならない．我々ー182¶平成9年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

がよく行う，湯に浸けた状態で竹材に変形を与え，その変形を拘束して乾燥したときには，大きな残留変形が残るが，この変形は水熱処理によってほとんど回復する。
よってこの温度域では，竹材の真の塑性変形を短時間で行うことが出来ないことがわかった。

4．まとめ
今回の試験は大気中での開放系で行ったが，マイクロ波や鉄の治具を使った加熱方法では，細胞内で水の蒸発が押さえられ，材の内部温度が100℃以上に上がるものと考えられる。このため今後は，閉鎖系で90℃からリグニンが分解を始める200℃までの測定を行って，竹材の軟化条件を測定する必要がある．

参考文献
1）則元京，師岡敏郎，川井秀一：高温高圧水蒸気処理過程における木材のレオロジーに関する研究，（1994）
2）伏谷賛美，岡野健編集責任：木材の物理，（1985），文教堂出版‑‑ 183 ‑