プラスチック製品の強度・安全率を高めるための設計・成形技術、材料選定

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金属製品では安全率を設定し、破壊応力を安全率で除した許容応力を設計応力として強度設計するのが一般的である。しかし、プラスチック製品は粘弾性特性、環境劣化、設計・成形などが関係するので、単に安全率だけで強度設計することは困難である。そのため、各種破壊強度をもとにした設計応力（許容応力）に加えて、環境劣化や設計・成形時の強度低下を考慮して設計しなければならない。また、プラスチックの種類や品種が多いので、それらの特性を理解した上で、最適な材料を選定することも大切である。
これらの観点からプラスチック製品の安全率を高めるための設計・成形技術と材料選定について事例をまじえて解説する。

１．プラスチック強度に関する基本特性
　1.1 強度発現機構
　1.2 破壊様式と破壊機構
　　(1) 延性破壊
　　(2) 脆性破壊
　1.3 粘弾性特性
　　(1) 応力緩和
　　(2) クリープ
　1.4 非晶性プラスチックと結晶性プラスチック
　1.5 強度に影響する要因
　　(1) 分子量
　　(2) 温度
　　(3) 応力の種類
 
２．プラスチック製品の安全率設定
　2.1 安全率とは
　2.2 プラスチックの安全率設定
 
３．強度特性と安全率、許容応力
　3.1 強度特性
　　(1) 静的強度(引張、圧縮、曲げ)
　　(2) 衝撃強度
　　(3) クリープひずみ、クリープ破壊強度
　　(4) 疲労強度
　3.2 各強度に対応する安全率、許容応力の設定
 
４．応力亀裂と許容応力
　4.1 プラスチックの応力亀裂
　4.2 ストレスクラック
　　(1) ストレスクラック性の評価法
　　(2) 評価事例
　　(3) 許容応力
　4.3 ケミカルクラック
　　(1) ケミカルクラック性の評価法
　　(2) 評価事例
　　(3) 許容応力
 
5．環境劣化
　5.1 熱劣化
　　(1) 熱劣化の原理
　　(2) 熱劣化の寿命予測法
　　(3) 安全設計対策
　5.2 紫外線劣化
　　(1) 紫外線劣化の原理
　　(2) 促進曝露試験による寿命予測
　　(3) 安全設計対策
　5.3 薬品劣化
　　(1) 薬品に対する挙動
　　(2) 耐薬品性評価法
　　(3) 安全設計対策
 
６．安全率向上のための材料選定
　6.1 強度と材料選定
　　(1) 静的強度(引張、圧縮、曲げ)
　　(2) 衝撃強度
　　(3) クリープひずみ、クリープ破壊強度
　　(4) 疲労強度
　　(5) ストレスクラック、ケミカルクラック
　6.２ 耐熱性と材料選定
　　(1) 荷重たわみ温度
　　(2) 強度・弾性率の温度特性
　　(3) 熱劣化温度
　　(4) 耐寒性
　6.3 耐候性と材料選定
　6.4 耐薬品性と材料選定
 
７．設計、成形上の留意点
　7.1 ウェルドライン
　　(1) ウェルドラインタイプと強度低下要因
　　(2) 設計、成形対策
　7.2 残留ひずみ/残留応力
　　(1) 残留ひずみと残留応力
　　(2) 残留ひずみの種類と発生原理
　　(3) 設計、成形対策
　7.3 応力集中
　　(1) 応力集中原理
　　(2) 応力集中源の発生要因
　　(3) 設計、成形対策
　7.4 射出成形における強度低下
　　(1) 強度低下要因
　　(2) 成形条件対策
 
□ 質疑応答 □

本間技術士事務所 所長　本間 精一 氏
[プロフィール]
　プラスチック製造メーカの応用研究部門において客先（電気電子、自動車、精密機械など）での材料選定や設計・成形、強度トラブルなどに技術協力した経験がある。担当したプラスチックはエンジニアリングプラスチック（ポリカーボネート、ポリアセタール、変性PPEなど）である。
 

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