成形品の軸受強度の比較

Scientific Reports volume 12、記事番号: 14756 (2022) この記事を引用

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この研究は、射出成形技術で製造されたガラス繊維強化 (GFR) ポリプロピレン (PP) 複合材料のボルト接合部の耐力強度 (BS) に対する重量分率 (wt%) と繊維原料長 (FFSL) の影響を調査するものです。 。 調査は、成形または機械加工によって発生した穴について行われました。 機械加工された穴については、BS に対する穴あけパラメータ (送りと速度) の影響が議論されました。 FFSL が増加するにつれて BS が減少することが観察されます。 成形試験片と穴あけ試験片の両方の BS は、ガラス繊維の重量%を増やすことによって強化されました。 ただし、すべての試験片において、穴あけ試験片よりも成形試験片の方がわずかに良好な BS が観察されました。 BS に対する穴あけ条件の影響は、長繊維強化 PP の穴あけ穴では重要ではないことが判明し、最も重要な要因は重量%でした。 ただし、短繊維強化 PP の場合、スピンドル速度が最も重要な要素であり、次にフィードが続きますが、wt% の影響は最も低くなります。 試験片の破損形態モードは、成形試験片の場合、純粋な PP 試験片は純粋なベアリング モードで破損したが、GFR/PP 試験片は混合モード破損 (ベアリングとネット張力) で破損したことを示しています。 機械加工された試験片の場合、ネット張力下で破損した最も高い wt% の試験片を除き、すべての試験片が混合モード破損で破損しました。

最近、熱可塑性プラスチック材料は独自の特性を備えているため、その使用が着実に増加しています。 強度重量比、耐環境性、迅速な加工、優れた高温性能、およびリサイクル可能性は、熱可塑性プラスチックの利点の一部であり、他の材料よりも熱可塑性プラスチックの使用に有利です1、2、3。 繊維の添加は、用途における信頼性を高めるためにポリマーベースの複合材料を強化するために広く使用されています。 繊維強化ポリマー (FRP) を構造要素として使用するには、これらの材料が、重要なコンポーネントの製造と組み立てにおいてより有用であるために、剛性、強度、耐久性、衝撃、耐圧潰性などのいくつかの要件を満たす必要があります2。 繊維強化熱可塑性プラスチックの軽量化効果は、非耐荷重4および半耐荷重部品で実証されているため、さまざまな自動車部品が繊維強化熱可塑性樹脂を使用して製造されています。 これらの部品には、バッテリー ボックス 5、6、7、クラッシュ ボックス 8、軽量ホイール 9、フロントエンド モジュール 10、自動車シート 11、12、リーフ スプリング 13、およびフード 14 が含まれます。 特に、GFR/PP は、土木分野における住宅、障壁、梁、橋床版などのプレハブ構造物の建築に応用できる可能性が高いと考えられます15。 Vaidya と Chawla16 は、GFR/PP 製の耐久性のあるバスシートを設計および製造し、一般的に使用されているシート設計と比較して、重量と総生産コストをそれぞれ 43% と 18% 削減しました。

ジョイントはこれらの重要なコンポーネントの 1 つであり、構造用途、航空機、航空宇宙、自動車の建設、スポーツ用品、風力エネルギー構造、医療機器などの高性能のその他のエンジニアリング用途において、ボルトが FRP を接続する主要な手段を提供します17。 18、19、20、21、22、23。 GFR/PP の接合強度は板バネの設計に適していることが判明したため、これらのタイプの材料は接合用途に利用できます 24,25,26。 また、Anandakumar ら 27 は、サスペンション システムの耐荷重コンポーネントとして、スチールと比較して GFR/PP コントロール アームから優れた性能を獲得しました。 接合部は複合構造の最も弱い点であり、降伏を通じて局所的な高応力を再分配する複合材料の機能を表すため、接合部の設計は FRP 構造に特に関心を持っています20。 BS は、ジョイントの設計において考慮する必要がある重要な特性です。