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高分子材料のフラクトグラフィ    
-破壊メカニズムと破面解析事例-
フルカラーA4大型版
[コードNo.11STA069]

■監修/ 成澤郁夫(山形大学 名誉教授)
■体裁/ A4判上製本 272ページ
■発行/ 2011年 6月 20日 S&T出版(株)
■定価/ 64,800円(税込価格)
■ISBNコード/ ISBN978-4-86428-018-1
 
★破壊原因を得るために必要な解析手法ポイントがわかる
★豊富な写真事例から 『原因別 (脆性、延性、疲労、ソルベントクラック…) 』 『材料別』に解説

書籍趣旨

 高分子材料に限らず、材料の破損とか破壊現象というのはもともときわめて複雑な様相を示すことで知られている。特に、構造材料や工業用材料として高分子材料を使用するときの破壊事故は、人命にかかわる大きな事故となる可能性を想定しておく必要がある。仮に小さな破壊事故であっても運悪くそれが起きた場合には、その原因を徹底的に追及することで、再び同じような事故が生じないように設計、材料選択、生産、品質管理に反映させることが大事である。
 本書は高分子材料の破損と破壊の事例を現象別、材料別に多くの応用分野から集めて解説したものである。今まで多くの技術者がこのような書籍の発行を望んでいたものであるが、事故クレームにかかわることはいろいろ事情があってなかなか公表し難いということもあり、そのとりまとめが難しかったところをなんとか完成にこぎつけた。是非、プラスチック、ゴム、接着など高分子材料に関わる設計者、生産者、品質管理者などの技術者への参考になってもらいたいものである。
(成澤 郁夫 「はじめに」より抜粋)

著者

成澤郁夫山形大学名誉教授
大武義(財)化学物質評価研究機構
加藤淳(株)日産アーク
宮原謙二(株)日産アーク
西村雅子(株)日立ハイテクノロジーズ
振木昌成(株)日立ハイテクノロジーズ
川俣茂(株)日立ハイテクノロジーズ
川内一晃日本電子(株)
中嶋健東北大学
川口隆文大阪ガス(株)
岸肇兵庫県立大学
松田聡兵庫県立大学
尾関康宏ポリプラスチックス(株)
山本俊浩福岡大学
石川優山形大学
小柳潤(独)宇宙航空研究開発機構
深堀美英ロンドン大学
堀内伸(独)産業技術総合研究所
山崎義弘早稲田大学
久保内昌敏東京工業大学
前博行(株)本田技術研究所
迫田秀行国立医薬品食品衛生研究所

目次

【こちらより一部内容をご覧になれます】 ⇒  ※サンプルPDF



第1章 高分子材料の破壊メカニズムと破面の特徴

1高分子の破壊の特徴
2破壊の様式
3ぜい性破壊と延性破壊
4塑性拘束とぜい性破壊
5クレイズとぜい性破壊
6クラックの成長と破壊力学
7クラックの伝播速度とフラクトグラフィ

第2章 高分子破面解析手法のポイント

第1節破面解析に用いる事故原因究明と機器類
1有機材料と金属の破面解析の違いと補強手段
2破面解析と事故原因究明の手順
3破面解析に用いる機器類
3.1走査型電子顕微鏡(SEM)と光学顕微鏡についての有効性の差異
4ゴム・プラスチック成形品の破損破壊とその種類
第2節破面の取り扱いと手法の選択
1破面の取り扱いと手法の選択の概要
2観察試料の採取
3前処理
4観察法
4.1光学顕微鏡(OM:Optical Microscope)
4.2共焦点走査型顕微鏡(CLSM:Confocal Laser Scanning Microscope)
4.3走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)
第3節SEMによる破面解析のポイント
1SEM の原理と装置構成
2SEM による高分子観察法
2.1金属蒸着法
2.2無蒸着観察法
2.2.1低加速電圧観察
2.2.2最適試料照射電流の設定
2.2.3画像積算
2.2.4反射電子像観察
2.2.5低真空観察
3高分子破面への最新SEM 観察手法の適用例
3.1低真空無蒸着観察
3.1.1ポリプロピレン樹脂材料破面の観察
3.2広領域高解像観察
3.33次元形状観察
第4節EDSによる破面解析のポイント
1EDSの概要
1.1X線発生のメカニズム
1.2X 線発生領域
1.3分析領域の見積もり
2EDSの原理
2.1Si(Li)検出器の構造
2.2SDD 検出器の構造
2.3EDS スペクトル
2.4元素マッピング
2.5EDS による定量分析
2.6EDS 測定の注意点
2.6.1時定数および照射電流
2.6.2カウント数およびエネルギー分解能に関するSi(Li)検出器とSDD検出器の比較
2.6.3試料の表面状態(凹凸の影響)
3高分子材料のEDS 分析
3.1尿素の分析(エネルギー分解能の選択)
3.2ポリメチルメタクリレート(PMMA)の分析
3.3ウレタンゴム添加剤の分析
第5節AFMによる破面解析のポイント
1AFM
1.1AFM の原理
1.2タッピングモードの原理
1.3位相とエネルギー散逸
2AFMによる弾性計測
2.1試料変形
2.2接触力学
2.3Sneddon の弾性接触解
2.4AFMによるナノ触診技術
2.5凝着接触
2.6フォースボリューム測定
3AFMによる破面解析
3.1モルフォロジー観察事例
3.2ナノ触診技術の破面解析への応用

第3章 現象別破壊破面解析技術と事例

第1節ぜい性破壊・延性破壊の破面
1ぜい性破壊
1.1加硫ゴム
2延性破壊
第2節疲労破壊と破面
1プラスチックの場合の疲労
1.1疲労破壊とストライエーション
1.2PMM製成形品に疲労によって生じた破壊部破面のストライエーションと分子量、分子量分布の関係
2加硫ゴムの場合の疲労
第3節ウェルド割れの破面
1ウェルドラインからの応力集中によるき裂
2ウェルドラインでの破損を防ぐためにはどうしたらよいか
3PP シートのウェルドラインでの割れ事故
第4節オゾン劣化で生ずるクラック
1ジエン系ゴムに対するオゾンの作用とクラック発生機構とその分析手法
2顕微鏡FT-IR(フーリエ変換赤外分光)表面反射法によるオゾン劣化の明瞭なる判定
第5節溶剤・薬品によるき裂
1溶剤き裂(ソルベントクラック)
1.1PC の破断面観察とFT-IR, GS-MS による分析
1.2ソルベントクラックと破断
2ソルベントクラックの判定は破面観察だけでよいか?
3PVC製排水管のソルベントクラック発生の実例より学ぶ破面観察とその原因究明
3.1PVC 配水管割れ発生原因の経緯
3.2クラック発生部の破面破壊
3.3白色部と施工時用いられた接着剤およびPVC 管の組成分析
4PVC のソルベントクラックに対する考え方
5他のソルベントクラック
5.1環境応力破壊(ESR, Environmental Stress Cracking)
5.2ナイロン(ポリアミド)の金属イオンによる環境応力破壊(ESR)
5.3競争用自転車のサドル破損事故にみる環境応力き裂
5.4PC成形品の典型的なソルベントクラックの外観破面
5.5ABS樹のソルベントクラック
第6節環境応力割れの破面
1環境応力割れ現象の特徴
2環境応力割れ破面の特徴
3環境応力割れ破面の発生メカニズム

第4章 材料別破壊破面解析技術と事例

第1節熱硬化性樹脂の破面解析
1熱硬化性樹脂の破壊様式と応力場
2樹脂改質による破壊様式と物性の変化
2.1ゴム成分添加エポキシ樹脂の破面
2.2熱可塑性樹脂微粒子添加エポキシ樹脂の破面
2.3反応誘起型相分離を用いた熱可塑性樹脂添加エポキシ樹脂の破面
2.4ブロック共重合体(BCP)の自己組織化を用いたナノ相構造を有するエポキシ樹脂
3炭素繊維強化プラスチックの破壊と層間破壊靭性向上
3.1炭素繊維/エポキシ積層板の破面
3.2炭素繊維/エポキシ積層板の層間剥離抑制
第2節結晶性熱可塑性樹脂の破面解析技術
1破面解析の手順
1.1不良状況の把握
1.2破面解析の方法
2ポリアセタール樹脂「ジュラコンR」の標準破面
2.1ぜい性破面
2.2静的な力による延性破面
2.3疲労破面
2.4クリープ破面
2.5腐食劣化破面
2.6非強化PBT 樹脂の破面形態
3強化系樹脂の解析手法
4破損および対策事例
4.1シャープコーナーが原因になる破壊
4.2ウエルドライン上の異物混入による密着不良部からの破壊
4.3層分離部からの破壊
4.4疲労破壊の対策
4.5インサートギヤのクリープ破壊
5新規破面解析手法について
5.1ソフトエッチング法の開発
5.2難解な破面の解析
第3節繊維強化樹脂の破面解析
1短繊維強化樹脂
1.1疲労破面
1.2界面の影響
1.3試験環境(雰囲気温度)の影響
2連続繊維強化樹脂
第4節繊維強化樹脂の界面強度とタフネス
1繊維と樹脂の界面強度が高い場合
2繊維界面に滑りが起きる場合
第5節炭素繊維強化樹脂の破面解析からわかる繊維/ 樹脂界面の接着強度
1序論
2界面強度の時間依存性
2.1実験方法
2.2試験結果と観察結果
2.3応力−ひずみ線図
2.4時間依存クリティカルポイント応力
2.5時間依存の界面強度
3界面強度の温度・時間依存性
3.1実験方法
3.2実験結果と破面観察
3.3粘弾性有限要素解析
3.4温度・時間依存の界面強度
4検討
5結言
第6節ゴムの破面形成のメカニズムと破面の実態
1破壊の進展過程解明に重要な破面解析
2ゴムの破面凹凸形成のメカニズム
3FEMによるゴムの破面凹凸形成のシミュレ−ション
3.1破断面凹凸の形成過程
3.2破断面凹凸の大きさを支配する因子
4ゴム破面の特徴的模様
4.1ゴムのフラクトグラフィの特殊性
4.2架橋ゴムの破面の特徴的パタ−ン
4.3架橋ゴムの疲労破面
4.4架橋ゴムの摩耗破面
4.5架橋ゴムのオゾン劣化破面
5架橋ゴム製品の破損事故解析
5.1ゴルフボ−ルの破損
5.2ゴム製品の破損
5.3ゴムベルトクリーナの破損事故解析実例
第7節電子顕微鏡による高分子接着界面破壊メカニズムの解析
1高分子界面厚みと破壊面の相関
2接着剥離表面の高分解能SEM 観察−ナノフィブリル構造
3高分子界面における分子鎖絡み合い構造の解析−ナノフラクトグラフィー
第8節粘着剤の破面解析
1粘着テープ剥離のマスターカーブ
2剥離による粘着剤の形態形成 −粘性突起−
2.1現象
2.2メカニズム
3剥離時の粘着剤による形態形成
3.1プローブタック測定
3.2粘着テープ剥離
4粘着テープ剥離における装置剛性の影響
4.1トンネル構造の安定性が引き起こす自励振動
4.2装置剛性の影響
4.3剥離におけるパターン形成と動的相図
5時空間共存パターンの特徴
第9節樹脂ライニングの破面解析
1ふくれ(Blister)
2剥離(Delamination)・浮き(Lifting)
3膨潤(Swelling)・軟化(Softening)
4変色
5白化
6チョーキング(Chalking)
7割れ(Cracking)
8摩耗
9変形
第10節車体用プラスチックの破面解析
1試験片と実験手法
1.1供試材料
1.2試験片
1.3実験手法
2破面観察結果
第11節生体材料用高分子の破面解析
1生体材料分野での破面解析の応用状況の概観
2人工関節用摺動面高分子材料への破面解析の応用
2.1人工関節とは
2.2UHMWPEの酸化劣化への破面解析の応用事例
2.3UHMWPEの改質への破面解析の応用事例
2.4不具合抜去インプラントUHMWPEコンポーネントへの破面解析の応用事例



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