衝撃限界速度とは? わかりやすく解説

衝撃限界速度

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2021/11/19 01:18 UTC 版)

重合体」の記事における「衝撃限界速度」の解説

ポリマーにおいて、振子衝撃試験機などでの衝突速度破壊エネルギーの関係曲線引いた時、金属ガラス同様にある速度(衝撃限界速度)で破壊エネルギー極大値示しそれ以上速度では減少する。この減少領域ではポリマー流動単位流動を行わなくなりポリマー塑性変形しなくなると考えられ結果限界速度より高速側でポリマー脆く低速側で強いと考えられている。 衝撃限界速度の存在金属と同様であるが、衝撃限界速度に達するまでの、低速度域から速度増大させていった時のポリマー挙動はより複雑である。この挙動によりポリマー2種類分けられる一つ目は、速度増大とともに破壊エネルギー増大するグループである。結晶化または配列化に起因する衝撃限界速度が、動的試験速度範囲よりも低速側にずれている場合みられる天然絹糸ビスコース人絹セラニーズ人絹アムモニヤ人絹オーロン熱処理ナイロン熱処理アミランビニロン延伸したフィルム一つ目該当する二つ目では、低速度域では速度増大とともに破壊エネルギー減少し極小点が現れそれ以降、衝撃限界速度まで破壊エネルギー増大する結晶化または配列化に起因する衝撃限界速度が、静的試験速度範囲動的試験低速域との間に存在する場合二つ目挙動現れるラミー木綿、未熱処理ポリアミド無配列化ポバールある種フィルム(硝酸繊維素酢酸繊維素ポリスチロール酢酸ビニルなど)が属する。二つ目グループも、測定温度重合度変化させ、衝撃限界速度を高速域に移動させる二つ目挙動を示す。逆に一つ目グループ二つ目変化させるともできる一般的にポリマーでは、ある種転移温度上で別の衝撃限界速度が新たに出現する例えば、ナイロン繊維では10から170測定範囲では衝撃破壊エネルギー速度右図のような関係となり、温度により4つの衝撃限界速度のいずれか観測される10ではⅠ10102つの衝撃限界速度が観測される30ではⅠ10高速側の観測範囲外に移動して現れず、1030へと高速側へ移動する3080100高温になるにつれて高速側へと移動する100では3つ目の衝撃限界速度が現れ高温になるにつれて100125150170移動する125では4つ目の衝撃限界速度が観測され125150170移動する同様の衝撃限界速度の転移現象酢酸繊維素繊維フィルム確認されている。 ポリマーにおいて衝撃限界速度 Vb は次式で求められるV b = A ′ e − C T b {\displaystyle V_{\mathrm {b} }=A'e^{-{\frac {C}{T_{\mathrm {b} }}}}} ここで、A′ と C は定数、e はネイピア数Tb脆化温度である。上式は金属においても成り立ち金属の場合において Tb衝撃限界温度である。衝撃限界速度における破断点(衝撃限界時間tb は次式で表されるt b = A e E R T {\displaystyle t_{\mathrm {b} }=Ae^{\frac {E}{RT}}} ここで、A は定数、E は活性化エネルギー、R は気体定数、T は絶対温度である。また、酢酸繊維素アンモニア人絹ビスコース人絹において、平均重合度 p と tb の間に次の関係が成り立つ。 logt b = B + D p ¯ 1 2 {\displaystyle \log t_{\mathrm {b} }=B+D{\bar {p}}^{\frac {1}{2}}} ここで、B と D は定数である。可塑剤加えられている場合tb変化する。このとき、酢酸繊維素各種フタル酸エステルにおいて、可塑剤重量含有率 W と tb の間に次の関係が成り立つ。 logt b = logt b 0 − W ( m + E 2E 1 R T ) {\displaystyle \log t_{\mathrm {b} }=\log t_{\mathrm {b0} }-W\left(m+{\frac {E_{2}-E_{1}}{RT}}\right)} ここで、tb0 は可塑剤無しでの衝撃限界時間、m と E1定数E2高分子活性化エネルギーである。ジオキサン中での酢酸繊維素延伸物において、延伸度 S と tb の間に次の関係が成り立つ。 t b = G e En S R T {\displaystyle t_{\mathrm {b} }=Ge^{\frac {E-nS}{RT}}} ここで、G と n は定数である。

※この「衝撃限界速度」の解説は、「重合体」の解説の一部です。
「衝撃限界速度」を含む「重合体」の記事については、「重合体」の概要を参照ください。

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