衝撃試験
衝撃試験は、突然の高速な力に対する材料の耐性を測定し、材料がどのようにエネルギーを吸収し、最終的に破壊に至るかを明確に示します。急速な荷重下でのこの挙動を捉えることで、エンジニアは靭性、耐久性、および実環境での性能に関する不可欠な知見を得ることができます。これらの試験は、構造部品、消費財、あるいは安全性に関わる重要部品など、製品が実際の使用環境で衝撃に対してどのように反応するかを予測するのに役立ち、より強固で信頼性の高い材料を設計する上での重要なステップとなります。
衝撃試験が重要な理由
耐衝撃性は、部品設計者が考慮すべき最も重要な特性の一つであり、間違いなく定量化が最も困難です。多くの用途において、部品の耐衝撃性は使用寿命の重要な指標となります。さらに重要なことに、今日では製品の安全性と責任という複雑な問題が関わっています。
以下を判断する必要があります:
- 部品がその寿命において受けると予想される衝撃エネルギー
- そのエネルギーを伝達する衝撃の種類、そして
- 予測される寿命にわたってそのような衝撃に耐える材料の選択
成形時の応力、ポリマーの配向、弱点(例:ウェルドラインやゲート領域)、および部品形状は衝撃性能に影響を与えます。また、着色剤などの添加剤をプラスチックに加えると、衝撃特性も変化します。
成形時の応力、ポリマーの配向、弱点(例:ウェルドラインやゲート領域)、および部品形状は衝撃性能に影響を与えます。また、着色剤などの添加剤をプラスチックに加えると、衝撃特性も変化します。
延性と脆性
実際の衝撃のほとんどは、一方向ではなく二軸方向です。
さらに複雑なのは、破壊モードの選択です:延性または脆性。脆性材料は、亀裂を開始するのにわずかなエネルギーしか必要とせず、それを破砕に至るまで伝播させるのにもわずかなエネルギーしか必要としません。他の材料は、さまざまな程度の延性を持っています。高延性材料は、ドロップウェイト試験において穿孔によって破壊し、亀裂の開始と伝播に高エネルギー負荷を必要とします。
多くの材料は、試験の種類、速度、温度条件に応じて、延性または脆性のいずれかの破壊が可能です。これらの材料は、これらの変数に応じて実際にシフトする延性/脆性遷移を持っています。
衝撃試験結果に不可欠な試験装置
振り子式衝撃試験機とドロップウェイト試験機の違い
各試験は異なるアプローチを使用します。
名前が示すように、振り子は軸上で回転するハンマー(質量)を使用して試料に衝突します。衝撃点は、力が水平面のみに向けられている振り子の弧の最下点で発生します。
ドロップウェイト試験機では、質量を試料に落下させ、ロードセルを使用して衝撃を測定します。衝撃力は垂直面のみに向けられます。振り子とは異なり、ドロップタワーは変形も測定できるため、材料特性に関するより多くの情報を提供します。
振り子とドロップタワーのどちらを使用するかを決定する最初のステップは、試験が準拠する必要がある規格を知ることです。
耐衝撃性を測定するための2つの伝統的な規格があります:シャルピー振り子衝撃試験(ISO 179/ASTM D6110)とアイゾッド試験(ISO 180/ASTM D256)です。これら2つの試験方法は、金属、プラスチック、樹脂、複合材料を含むさまざまな材料の耐衝撃性を認証するために使用されます。これらは、材料が仕様に適合していることを示すために、データシートによく記載されています。
シャルピーおよびアイゾッド試験規格のいずれも、ISO 179-2規格を除き、ドロップタワーの使用を許可していません。この制限は、ISO 179-1/ASTM D6110および/またはISO 180/ASTM D256に従って製品を認証するために、振り子式衝撃試験機のみを使用できることを意味します。
ドロップウェイト試験機は、内部目的(例:製品の比較や材料特性の調査)でシャルピーおよびアイゾッド試験を実施するために引き続き使用できます。それだけではありません。ドロップタワーは、試験構成に関して振り子よりも柔軟性が高く、以下を含むさまざまな規格に従って試験できます:
- ISO11343 – 接着剤 – 剥離衝撃試験方法
- ISO 8256 – 引張衝撃試験の測定
- ISO 6603-2およびASTM D3763 - プラスチックの耐穿孔性
- ASTM D7136 - 衝撃後圧縮
ドロップタワーは、国際規格の要件を超える部品試験を実施するためにも使用できます。
精度と再現性を追求して設計された先進的な衝撃試験システムで、急激な荷重下における材料性能を評価します。