概要

この研究の目的は、ドア モジュールなどの長いガラス繊維成形部品の衝撃特性に対する MuCell プロセスの影響について検討することです。この影響を特定するために選択されたテスト手法は、多軸衝撃テストです。

Celstran PP GF40-04 射出成形された固体板と MuCell プロセスで 10% 軽量化された板の多軸衝撃試験では、両方の試験片が吸収するピーク荷重が等しいことが示されました。MuCell プロセスで製造された部品は、固体部品と比較してサンプルのたわみが減少するため、吸収されるエネルギーが低くなります。

破損までのピーク荷重が同じであるという事実は、使用中の一連の静的荷重に耐えるソリッド部品設計を、10% 以下の重量削減で MuCell 部品に変換し、ソリッド設計と同じように機能できることを示しています。また、衝撃が発生した場合、ソリッド部品と MuCell 部品の両方が破損し、MuCell 部品が吸収するエネルギーが約 20% 少なくなることが予想されます。

ディスカッション：

多軸衝撃試験 (ASTM D3763) は、プレートが 3 インチのリングで支えられ、直径 XNUMX/XNUMX インチのダーツが所定の力でプレートに打ち込まれる手順です。出力または結果は、適用された荷重と時間の曲線のグラフで、報告される値は、ピーク荷重時のたわみ、ピーク荷重、ピーク荷重時のエネルギー、および吸収された総エネルギーです。テストは常に破損まで行われ、破損は延性または脆性のいずれかに分類されます。

多軸衝撃試験は、ポリマー（および添加された充填剤）が破砕される前に極めて短時間で応力緩和または流動する能力として考えることができます。ポリマーの脆さの程度は、衝撃ダートの真下の非常に狭い領域で発生する応力緩和の量に関係します。この微小領域の動きまたは流動は、ポリマーと充填剤の界面を含む欠陥や微小空隙によって大きく影響されます。多軸衝撃試験は高速であるため、引張試験や曲げ試験などの低速試験のように試験片全体に負荷が分散されることはありません。そのため、フルパーツ衝撃試験は、イベントが通常大きな表面積に分散され、荷重が接続点に伝達されるという事実により、引張特性と曲げ特性の組み合わせに密接に関連しています。このため、ソリッドパーツと MuCell パーツを比較するには、常にパーツ試験が推奨される方法です。

テストは、固体として 2.25% 長ガラス繊維 PP を使用し、MuCell プロセスで 5% の密度低減で製造された、厚さ 5 mm、40 インチ x 10 インチのプラークで実行されました。テスト用に導入された 0.5 番目の変数は、ダーツの直径で、標準の 1 インチ直径ダーツと XNUMX インチ直径ダーツです。

75 つのダーツ形状の結果は予想通りで、ダーツの直径が大きいほど、荷重とエネルギーの数値が高くなりました。これは、衝撃が広い領域に分散され、サポート リング (0.5 mm リング) とダーツ外径間のクリアランスが小さくなり、より剛性の高いサポートが得られるためです。1 インチ ダーツから 20 インチ ダーツに変化したソリッド パーツと、ダーツの直径が大きくなる MuCell プロセスで製造されたパーツの傾向は似ており、ピーク荷重時のたわみは約 32% 増加し、ピーク荷重時のエネルギーは約 10% 増加し、吸収される総エネルギーは 0.5% 増加しました。1 インチ サポート リングから 22 インチ サポート リングに変化したピーク荷重の増加は、ソリッド パーツの方が MuCell パーツよりも大きくなっています (それぞれ 14% と XNUMX%)。

表1: ダーツの形状 – ソリッドパーツ

表2: ダーツの形状 – フォームパーツ

1 つ目の比較は、固体サンプルと MuCell サンプルの比較です。20/30 インチと XNUMX インチのダートの両方を使用した場合、MuCell サンプルの総エネルギーは固体サンプルよりも約 XNUMX% 低くなりました。ただし、固体サンプルと MuCell サンプルの平均荷重はほぼ同じでした。総エネルギーの差は、固体サンプルの平均たわみが MuCell サンプルよりも約 XNUMX% 高かったことから生じました。  

表3: 0.5インチダーツのソリッドとフォーム

表4: 1インチダーツにおけるソリッドとフォームの比較

これらの結果は、LGF PP を使用した MuCell プロセスで製造された部品は、固体サンプルと同じ荷重 (ピーク荷重の変化なし) に耐えるはずであることを示しています。ただし、ピーク荷重を超えると、MuCell 部品はより少ないたわみで破損します。さらに、これらの関係はダーツの形状に関係なく一定に保たれます。

部品の性能に置き換えると、特定の負荷条件下で機能するように設計されたソリッド部品は、MuCell 部品に変換された場合も同様に機能することが期待されます。ドア パネルの場合、MuCell プロセスに変換されたソリッド ドア パネルは、必要なコンポーネントのサポートにおいてソリッド同等品と同等に機能するはずです。ただし、部品が材料の能力を超える負荷 (通常使用時には見られない負荷) を受けると、MuCell 部品はより低いたわみで破損しますが、ソリッド部品はより多くのエネルギーを吸収し、完全に破損する前にさらにたわみます。  

図1：

まとめ：

使用中の一連の静的負荷に耐えるように設計されたソリッド部品は、10% 以下の軽量化で MuCell 部品に変換でき、ソリッド設計と同じように機能することが期待されます。また、衝突が発生した場合、ソリッド部品と MuCell 部品の両方が破損することが予想されます。MuCell 部品は衝突時に約 20% 少ないエネルギーを吸収しますが、周囲の一般的な金属構造を考えると、これは大きな問題ではありません。