JP2006029999A - 膜状粘弾性体用粘弾性特性測定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】膜状粘弾性体の粘弾性特性を特別な試験片を作成することなく、テープ状の連続体の測定が可能な測定装置を提供する。
【解決手段】膜状粘弾性体を円形の窪みあるいは穴を有する台の上に載せる手段と、前記膜状粘弾性体を前記円形の窪みあるいは穴の周囲で一様に挟んで固定する手段と、前記周辺が固定された前記円形の膜状粘弾性体の中央部を円板状あるいは半球状の先端を有する押し棒で所定の量だけ押込む手段と、前記円形の膜状粘弾性体が所定の量だけ押込まれたときに発生する前記膜状粘弾性体の反発力を計測する手段とで構成する。
【選択図】 図3
【解決手段】膜状粘弾性体を円形の窪みあるいは穴を有する台の上に載せる手段と、前記膜状粘弾性体を前記円形の窪みあるいは穴の周囲で一様に挟んで固定する手段と、前記周辺が固定された前記円形の膜状粘弾性体の中央部を円板状あるいは半球状の先端を有する押し棒で所定の量だけ押込む手段と、前記円形の膜状粘弾性体が所定の量だけ押込まれたときに発生する前記膜状粘弾性体の反発力を計測する手段とで構成する。
【選択図】 図3
Description
本発明は、包装に用いられる各種プラスチックフィルム、産業用各種ゴムシート、各種紙類、および医療用生体膜など、膜状粘弾性体の粘弾性特性の測定装置に関し、特に、試験片の製作が不要で、製造ラインでの使用を可能とするために、テープ状に連続した膜状粘弾性体のヤング率の測定を可能とした装置に関する。
ゴムを含むプラスチック、植物繊維からなる紙類、および生体膜など、多くの高分子材料は、一定の変形を与えたときの応力が時間とともに減少する応力緩和特性および、一定の応力を印加したときの変形が時間とともに大きくなるクリープ特性を示し、粘弾性体と呼ばれている。
応力緩和特性とクリープ特性は、いずれも粘弾性体の特性を別の特性で表しているが、いずれか一方がわかれば、他方を求めることができる関係にあることが知られている。
物体の粘弾性特性は、その発生メカニズムが物体の種類や変形の大きさ、変形の速度などにより大きく異なる。
また、粘弾性特性は、液体に近い粘性流体から、通常は固体と考えられる物体にも表れるため、測定方法もその物体の状態によって異なる測定方法が利用されている。
粘性流体の粘弾性特性は、粘度計により測定するのが一般的である。
やわらかいプラスチックやゴムなどでは、ブロック状や板状の試験片については、試験片に一定の変形を与えてそのときの張力や圧縮力の時間変化を測定するか、試験片に一定の張力や圧縮力を印加し、そのときの変形量の時間変化を測定する静的粘弾性特性の測定と、試験片に交流的な変形や力を加えて、そのときの応力や変形量の周波数特性を測定する動的粘弾性特性測定法がある。
応力緩和特性とクリープ特性は、いずれも粘弾性体の特性を別の特性で表しているが、いずれか一方がわかれば、他方を求めることができる関係にあることが知られている。
物体の粘弾性特性は、その発生メカニズムが物体の種類や変形の大きさ、変形の速度などにより大きく異なる。
また、粘弾性特性は、液体に近い粘性流体から、通常は固体と考えられる物体にも表れるため、測定方法もその物体の状態によって異なる測定方法が利用されている。
粘性流体の粘弾性特性は、粘度計により測定するのが一般的である。
やわらかいプラスチックやゴムなどでは、ブロック状や板状の試験片については、試験片に一定の変形を与えてそのときの張力や圧縮力の時間変化を測定するか、試験片に一定の張力や圧縮力を印加し、そのときの変形量の時間変化を測定する静的粘弾性特性の測定と、試験片に交流的な変形や力を加えて、そのときの応力や変形量の周波数特性を測定する動的粘弾性特性測定法がある。
プラスチック一般およびプラスチックフィルム及びシートの引張特性試験法について、日本工業規格により測定方法が規定されている。(例えば、非特許文献1、非特許文献2、非特許文献3)
JIS K 7161 プラスチック−引張特性の試験方法第1部:通則 JIS K 7127 プラスチック−引張特性の試験方法 第3部:フィルム及びシートの試験方法 JIS K 7115 プラスチック−クリープ特性の試験方法 第1部:引張クリープこれらの中で、膜状粘弾性体の特性を測定する場合には、所定の形状の試験片(例えば、非特許文献2、JIS K 7127、第3頁、図2)を作成してその両端部を固定して、所定の速度で変形(引っ張り)を与え、そのときの変形量と応力の関係を測定するか、あるいは、ステップ状の一定の変形(引っ張り)を与え、変形印加後の応力の時間変化を測定するように規定されている。
JIS K 7161 プラスチック−引張特性の試験方法第1部:通則 JIS K 7127 プラスチック−引張特性の試験方法 第3部:フィルム及びシートの試験方法 JIS K 7115 プラスチック−クリープ特性の試験方法 第1部:引張クリープこれらの中で、膜状粘弾性体の特性を測定する場合には、所定の形状の試験片(例えば、非特許文献2、JIS K 7127、第3頁、図2)を作成してその両端部を固定して、所定の速度で変形(引っ張り)を与え、そのときの変形量と応力の関係を測定するか、あるいは、ステップ状の一定の変形(引っ張り)を与え、変形印加後の応力の時間変化を測定するように規定されている。
図5は、従来の膜状粘弾性体の試験装置の原理を説明するための概略図である。図5において、帯状の試験片51の両端部は試験片固定冶具52および53により固定されて、それぞれ、モータ駆動の引張り部54と荷重検出部55の間に装着される。モータ駆動の引張り部54により、一様な速度の変位あるいはステップ状の変位を帯状の試験片51に印加すると、そのときの荷重の変化を荷重検出部55の出力により検出することができる。変位の制御と検出された荷重信号の処理は、内蔵されたマイコンあるいは、外部に接続されたパソコンにより、自動的に行われる。
図5で説明した従来の膜状粘弾性体の測定では、試験片を所定の寸法に切り出す必要があり、試験片の製作過程で生ずる特性変動の危険もあり、製造ラインの中で、現に流れている製品の特性を直接計測できないと言う欠点があった。
また、試験片を固定冶具にセットする必要があり、特に、膜が薄い場合には、試験片を固定冶具にセットするのが難しく、セットの仕方により、特性値がばらつくという欠点があった。
また、試験片を固定冶具にセットする必要があり、特に、膜が薄い場合には、試験片を固定冶具にセットするのが難しく、セットの仕方により、特性値がばらつくという欠点があった。
本発明によれば、
膜状粘弾性体を円形の窪みあるいは穴を有する台の上に載せる手段と、前記膜状粘弾性体を前記円形の窪みあるいは穴の周囲で一様に挟んで固定する手段と、前記周辺が固定された前記円形の膜状粘弾性体の中央部を円板状あるいは半球状の先端を有する押し棒で所定の量だけ押込む手段と、前記円形の膜状粘弾性体が所定の量だけ押込まれたときに発生する前記膜状粘弾性体の反発力を計測する手段で構成されることを特徴とする膜状粘弾性体用粘弾性特性測定装置を得ることができる。
膜状粘弾性体を円形の窪みあるいは穴を有する台の上に載せる手段と、前記膜状粘弾性体を前記円形の窪みあるいは穴の周囲で一様に挟んで固定する手段と、前記周辺が固定された前記円形の膜状粘弾性体の中央部を円板状あるいは半球状の先端を有する押し棒で所定の量だけ押込む手段と、前記円形の膜状粘弾性体が所定の量だけ押込まれたときに発生する前記膜状粘弾性体の反発力を計測する手段で構成されることを特徴とする膜状粘弾性体用粘弾性特性測定装置を得ることができる。
本発明の膜状粘弾性体用粘弾性特性測定装置は、円形の開口部を有する膜載せ台の上に膜状粘弾性体を載せ、前記開口部に対応した押さえ具で膜を抑えた状態で、円形膜の中央部を先端の形状が円板状あるいは半球状の押し棒で、所定の量だけ押込み、そのときの反発力を測定するだけの簡単な構成で膜状粘弾性体の粘弾性特性を測定することができるため、試験片の製作が不要になる。
さらに、本発明の膜状粘弾性体用粘弾性特性測定装置によれば、従来の膜状粘弾性体の引張試験法では不可能であった連続したテープ状の膜状粘弾性体の測定も可能となり、製造ラインの中で、現に流れている製品の特性の直接計測が可能となりその効果は非常に大きい。
さらに、本発明の膜状粘弾性体用粘弾性特性測定装置によれば、従来の膜状粘弾性体の引張試験法では不可能であった連続したテープ状の膜状粘弾性体の測定も可能となり、製造ラインの中で、現に流れている製品の特性の直接計測が可能となりその効果は非常に大きい。
(動作原理)
図1および図2はともに、本発明の膜状粘弾性体用粘弾性特性測定装置の動作原理を説明するための断面図である。図1および図2において、それぞれ、半径Rの円形の膜状粘弾性体11および21が、周囲をリング状の固定具12および22で固定されており、円形膜の中央部を先端が半径rの円形の押し棒13(図1)あるいは先端が半径rの半球状の押し棒23(図2)で深さdだけ押込まれた場合を示している。
図1および図2からわかるように、先端が半径rの円板状の押し棒13あるいは先端が半径rの半球状の押し棒23でdだけ押込まれたとき、膜状粘弾性体11および21には、それぞれ、λaおよびλbだけの伸びを生じ、この伸びによる張力の垂直成分の合計が膜の反発力Fとなり押込み荷重と釣り合うことになる。
図1において、円形膜11の半径をR、押し棒13の端面の半径をr、押込み量をdとし、押込むときに押し棒13の円周部分でのずれが無視できるとすれば、伸びλおよび押込み角φは、それぞれ(1)式および(2)式で与えられ一定の値となる。
図1および図2はともに、本発明の膜状粘弾性体用粘弾性特性測定装置の動作原理を説明するための断面図である。図1および図2において、それぞれ、半径Rの円形の膜状粘弾性体11および21が、周囲をリング状の固定具12および22で固定されており、円形膜の中央部を先端が半径rの円形の押し棒13(図1)あるいは先端が半径rの半球状の押し棒23(図2)で深さdだけ押込まれた場合を示している。
図1および図2からわかるように、先端が半径rの円板状の押し棒13あるいは先端が半径rの半球状の押し棒23でdだけ押込まれたとき、膜状粘弾性体11および21には、それぞれ、λaおよびλbだけの伸びを生じ、この伸びによる張力の垂直成分の合計が膜の反発力Fとなり押込み荷重と釣り合うことになる。
図1において、円形膜11の半径をR、押し棒13の端面の半径をr、押込み量をdとし、押込むときに押し棒13の円周部分でのずれが無視できるとすれば、伸びλおよび押込み角φは、それぞれ(1)式および(2)式で与えられ一定の値となる。
図3は、本発明の膜状粘弾性体用粘弾性特性測定装置の構造例を示す断面図であり、(a)は、膜を押込む前の状態を示し、(b)は膜を押込んでいる状態を示している。図3において、膜状粘弾性体31は、円形の穴部32が形成された膜載せ台33の表面に載せられる。膜状粘弾性体31はできるだけ張力の無い状態で膜載せ台33に載せることが望ましいため、回転自在のローラ34a.34bをスプリング35a,35bにより保持した構造の張力調整機構が設けられている。36は、先端が円形の押し棒であり、押し棒36の他端部には、押込み荷重を検出するための荷重検出器37が設けられ、押し棒36が電磁ソレノイド38により膜状粘弾性体31を押込まれるときの荷重を計測するように構成されている。39は、押し棒36で膜状粘弾性体31を押込む前に、膜載せ台33に設けた円形の穴部32の円周部分で膜の周囲を固定するように構成された膜押さえ具である。
図3の(b)に示すように、膜押さえ具39で膜を押さえた状態で、押し棒36が所定の押込み量dだけ押込まれる。このときの荷重Fが、荷重検出器37により検出される。
図4は、本発明の膜状粘弾性体用粘弾性特性測定装置を用いて、セロテープ(登録商標)、ビニールテープおよびラップフィルムを測定した測定例である。半径5mmの穴をあけた膜載せ台にを用い、先端が半径3mmの半球状の押し棒を使用して、押込み量d=0.8mmだけ押込んで測定した。
図4の結果はいずれも膜状粘弾性体特有の応力緩和特性を示している。
図4の結果に対して、それぞれの膜の厚さを計測し、(1)式から(5)式を用いて求めたヤング率Eの値を表1に示す。
表1には、最大ヤング率Emaxおよび押込み後10秒でのヤング率E10および、これらの比を示している。
最大ヤング率Emaxと押込み後10秒のヤング率E10の比は、応力緩和率とも言える特性であり、粘弾性特性を表す1つの指標として有効である。
図3の(b)に示すように、膜押さえ具39で膜を押さえた状態で、押し棒36が所定の押込み量dだけ押込まれる。このときの荷重Fが、荷重検出器37により検出される。
図4は、本発明の膜状粘弾性体用粘弾性特性測定装置を用いて、セロテープ(登録商標)、ビニールテープおよびラップフィルムを測定した測定例である。半径5mmの穴をあけた膜載せ台にを用い、先端が半径3mmの半球状の押し棒を使用して、押込み量d=0.8mmだけ押込んで測定した。
図4の結果はいずれも膜状粘弾性体特有の応力緩和特性を示している。
図4の結果に対して、それぞれの膜の厚さを計測し、(1)式から(5)式を用いて求めたヤング率Eの値を表1に示す。
表1には、最大ヤング率Emaxおよび押込み後10秒でのヤング率E10および、これらの比を示している。
最大ヤング率Emaxと押込み後10秒のヤング率E10の比は、応力緩和率とも言える特性であり、粘弾性特性を表す1つの指標として有効である。
以上の説明は、膜の厚さtは別の測定手段によりあらかじめ計測してあるとの前提で行ったが、図3に示した、本発明の膜状粘弾性体用粘弾性特性測定装置において、膜押さえ具39に位置センサを設け、膜押さえ具39を膜が無い状態で膜載せ台33に押つけたときの位置と、膜を挟んだときの位置の差から膜の厚さを計測するように構成することも容易である。
また、以上の説明では、押込み手段として、電磁ソレノイドを使用した場合について説明したが、電磁ソレノイドの代わりに、モータや圧電アクチュエータなどを用いることもできることは言うまでもないことである。
また、生体膜の場合、水分の含有率によりヤング率が大きく変化するものがあり、これらを測定する場合に、本発明の方法によれば、膜載せ台と膜押さえ具を液体中に入れて測定することも可能である。
さらに、チューブ状の膜状粘弾性体の場合にも、棒の先端部に膜載せ台を設け、チューブの開口部から膜載せ台を設けた棒を差込むことにより、チューブの開口部から一定の距離における粘弾性特性の測定が可能となる。
また、生体膜の場合、水分の含有率によりヤング率が大きく変化するものがあり、これらを測定する場合に、本発明の方法によれば、膜載せ台と膜押さえ具を液体中に入れて測定することも可能である。
さらに、チューブ状の膜状粘弾性体の場合にも、棒の先端部に膜載せ台を設け、チューブの開口部から膜載せ台を設けた棒を差込むことにより、チューブの開口部から一定の距離における粘弾性特性の測定が可能となる。
11,21:膜状粘弾性体
12,22:リング状の固定具
13:先端が円形の押し棒
23:先端が半球状の押し棒
31:膜状粘弾性体
32:円形の穴部
33:膜載せ台
34a.34b:回転自在のローラ
35a,35b:スプリング
36:押し棒
37:荷重検出器
38:電磁ソレノイド
39:膜押さえ具
51:帯状の粘弾性体試験片
52,53:試験片固定冶具
54:モータ駆動の引張り部
55:荷重検出部
12,22:リング状の固定具
13:先端が円形の押し棒
23:先端が半球状の押し棒
31:膜状粘弾性体
32:円形の穴部
33:膜載せ台
34a.34b:回転自在のローラ
35a,35b:スプリング
36:押し棒
37:荷重検出器
38:電磁ソレノイド
39:膜押さえ具
51:帯状の粘弾性体試験片
52,53:試験片固定冶具
54:モータ駆動の引張り部
55:荷重検出部
Claims (1)
- 膜状粘弾性体を円形の窪みあるいは穴を有する台の上に載せる手段と、前記膜状粘弾性体を前記円形の窪みあるいは穴の周囲で一様に挟んで固定する手段と、前記周辺が固定された前記円形の膜状粘弾性体の中央部を円板状あるいは半球状の先端を有する押し棒で所定の量だけ押込む手段と、前記円形の膜状粘弾性体が所定の量だけ押込まれたときに発生する前記膜状粘弾性体の反発力を計測する手段で構成されることを特徴とする膜状粘弾性体用粘弾性特性測定装置
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004209608A JP2006029999A (ja) | 2004-07-16 | 2004-07-16 | 膜状粘弾性体用粘弾性特性測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006029999A true JP2006029999A (ja) | 2006-02-02 |
Family
ID=35896540
Family Applications (1)
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JP2004209608A Pending JP2006029999A (ja) | 2004-07-16 | 2004-07-16 | 膜状粘弾性体用粘弾性特性測定装置 |
Country Status (1)
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---|---|
JP (1) | JP2006029999A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR200459786Y1 (ko) | 2009-04-28 | 2012-04-18 | 박형우 | 점탄성 용액의 점탄성 측정장치 |
CN111442982A (zh) * | 2020-03-18 | 2020-07-24 | 重庆大学 | 均布载荷下圆形薄膜最大应力的确定方法 |
JP2021012202A (ja) * | 2020-09-24 | 2021-02-04 | 株式会社ダイセル | 硬化性樹脂組成物、硬化性樹脂組成物の製造方法、及び粘弾性材料表面のタックの測定方法 |
-
2004
- 2004-07-16 JP JP2004209608A patent/JP2006029999A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR200459786Y1 (ko) | 2009-04-28 | 2012-04-18 | 박형우 | 점탄성 용액의 점탄성 측정장치 |
CN111442982A (zh) * | 2020-03-18 | 2020-07-24 | 重庆大学 | 均布载荷下圆形薄膜最大应力的确定方法 |
JP2021012202A (ja) * | 2020-09-24 | 2021-02-04 | 株式会社ダイセル | 硬化性樹脂組成物、硬化性樹脂組成物の製造方法、及び粘弾性材料表面のタックの測定方法 |
JP7004932B2 (ja) | 2020-09-24 | 2022-01-21 | 日亜化学工業株式会社 | 粘弾性材料表面のタックの測定方法 |
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