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ポリカーボネートが簡単に割れた！PCやエンプラの特性を解説
- ポリカーボネート(以下PC)と鋼板を接合する際に、ボルトによる接合を用いた結果、PCが簡単に割れる現象が発生しました。PCは一般的には強い材質として知られていますが、ボルト締結によって力がかかることで割れる可能性があります。
- PCはエンジニア・プラスチックの一種で、ヘルメットなどにも使用されていますが、その丈夫さからは想像がつかないほどの割れやすさがあります。そのため、PCの接合方法には注意が必要です。
- 同様の現象はPET(ポリエチレンテレフタレート)でも起こる可能性があります。PCと同様に強い材質として知られていますが、接合方法や力のかかり方によっては割れることがあります。
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毎日、樹脂を旋盤で加工しています。 ポリカーボネートは加工時に割れやすい（柔らかい部類です）。 強度・安価ではPA（ポリアセタール（POM））の方が良いと思います。 が、外見色（透明等）が重要であれば話が違ってきます。
PCは大変丈夫なプラスチックですが、有機溶剤には非常に弱く「ソルベントクラック」とよばれるクラックが発生することがあります。 PETの方が対有機溶剤には有利です。 また、プラスチックは「エッジ状」の形状であると、クラックに弱いのが一般的です。（プリンの底の空気穴みたいに、簡単な力で「ぷっちん｣と割れます） バカ穴加工時にきれいな穴を開けないと、応力によるたわみが発生する前に、エッジ部からクラックが入るかもしれません。 この現象は、PETでも同じだと推測します。（やったことがないので・・・） たわみ量は大きくなってしまいますが、クラックだけを問題とするなら、PPやPEの方が強いハズです。
ボルトのねじ部にロックタイト等の緩み止めを塗布していませんか？ ロックタイトの200、600系はポリカーボネイトを侵しますので、少量でも付着すると（いとも簡単に）クラックが入りやすくなります。
ヘルメットは、高重合度グレードのPCを加水分解させないように厳格に成形したものですし、衝撃荷重を変形で受け流すこともできます、がっちりボルトで止められたらどんな樹脂でも逃げ場が無くアウトでしょう。意外に低い面圧でもへたる(凹)ものです。 プラスチック成形品の締結は、ばねやスプリングワッシャを用いて過剰締付け力を防止するのが原則です。
PCと鋼板の接合は額縁をイメージするような感じで取り付けます。 点では無く面で圧着するイメージです。 無論、PCと鋼板の間はスポンジやゴムや弾性接着剤などを入れてください。
お礼
ありがとうございました。 >PCと鋼板の間はスポンジやゴムや弾性接着剤などを入れてください。 例えば、どんなスポンジやどんなゴムがいいんでしょうか？ その辺の材質の特性についてはあまり詳しくないので・・・・ 弾性接着剤なんてあるんですかー。初めて聞きました・・・
> 締め付けトルク自体は特に強く締めたわけではないと思います・・・ ねじサイズ、締め付けトルク、座金の有無等、締結条件を全く提示されていないので、「割れるほど強く締めたのです」としか言いようがありませんね。
実は私も同様な経験というか失敗がありました。まさしくポリカ＝強い＆ 象が乗っても壊れない（古い）IMGがあったので直には原因が判らなかった 確かに伸びでは鋼では20％なのに対しポリカ100％とは他の樹脂も凌駕してる ポリカ強度を調べると引張り＝63.7MPaだそうで、ここでボルト部回りでは 許容応力を安全率10程度にというメーカーがあるから、6.37MPaとなりますね 仮にM10-4.8B,Wとすると座金面積260mm2だから1656Nの軸力しか掛けられない という計算になる。これはM3強度区分4.8の保証荷重くらいしかないぞ！？ M10ユーナットを使えば、それ自体で緩み止めの効果があるので、僅かに緩め る感じで如何か？トルク管理自体は意外に難しいし余りにトルクも小さいので 穴の加工というか仕上も切り欠きに対して鋭敏だそうですからココも注意です 最後に象が乗っても壊れない箱の断面積を計算しようと・・・思いません
記述に抽象的な表現が多くて、ビックリしています。 さて、 ＊ ポリカーボネートは大変強い材質と聞いていますは、 ＹＥＳですが、鋼程ではありません。 因って、ねじ止め時には、座金部分のＰＣが受ける面圧を考慮して、 締付けトルクを抑制するか、特別に大きい（ＰＣの面圧が下がる） 座金を使用するかが必要です。 面圧が大きいと、ＰＣは大変強い材料でもあり、反って脆い材料なの で、座金等がＰＣを傷つけ、クラックが発生。繰返し応力によって、 そのクラックが成長して、割れたのでは？ ＊ 今度、少し軟らかくて、且つ粘りがある材料を使用すると、今度は 樹脂特有のクリープ現象で、ボルトの軸力がなくなり、ボルトが緩み ボルトの緩みが起因の問題が、また発生します。 が、小生のアドバイスです。 多分、ＰＣでも、適切にボルト止めを行い、ボルトが緩まない様に、 例えば、鉄板の先にナットをセットし、締付けトルクを抑制しても 鉄板とナットで、充分な緩み止めができる方式等々をすれば、 問題がないと考えます。 一度、力学的見地から、チェック（確認）してみて下さい。
お礼
ありがとうございました。 >今度、少し軟らかくて、且つ粘りがある材料を使用すると、今度は 樹脂特有のクリープ現象で、ボルトの軸力がなくなり、ボルトが緩み ボルトの緩みが起因の問題が、また発生します。 なるほどーそういう問題もあるんですねー。
バカ穴の加工に問題あったと思われます。 ポリカは強度が高い分少しの傷からでも割れが進行します。 ちょうどガラスを割るのにダイヤで傷を着けるように 穴あけを綺麗に仕上れば結構丈夫です。 レーザーなどで加工すればよりベターです。 当然、応力集中のしやすい締結方法は避ける方が良いのですが 機械のカバー類でポリカのねじ止めは良くあります。
お礼
ありがとうございました。 レーザー加工ですか。 レーザー加工についてはまだ勉強不足で知識がないですが、 んー、どうでしょう、バカ穴でレーザー加工までは今回に関しては 必要が無いので見送りにしますね。 でも、レーザー加工なら綺麗に仕上がるんですね。 >機械のカバー類でポリカのねじ止めは良くあります。 そうですよね。こういったケースはよくあると思うんです。 高速道路の脇にあるカバーもPCと聞いたことがあります。
樹脂を鉄などの熱膨張率の異なる材質に固定する場合、長穴などで寸法の 変化を吸収できる構造にします。 また、通常のボルト、ワッシャで固定した場合、応力集中が厳しいため 幅が広く、厚い座金を使用します。（面積によりますが、皿ネジはＮＧ） 以上の２点を考慮しても割れる場合は、紫外線や水分の影響も考えられます。 また、洗剤や溶剤なども大きな影響を与えます。 一般的に、樹脂を強度部材として使用する場合は、十分な検討が必要です。 ネジ止めより両面テープでの固定や弾性接着材での固定がよいと思います。
お礼
ありがとうございました。 >樹脂を鉄などの熱膨張率の異なる材質に固定する場合、長穴などで寸法の >変化を吸収できる構造にします。 勉強になりました。 因みにですが、ボルトを締結した時に、ボルトの座面にかかる力の 計算式などありますでしょうか？ 締め付けトルクによりますが、そのような計算式があれば、少し 参考程度に計算できると思いまして。 もし知っていました教えていただきたく思います。 宜しくお願いします。
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お礼
ありがとうございました。 樹脂を機械加工すると、断面が白くなる(色が濃くなる)と聞いたのですが、 本当にそうなるのですか？ 樹脂の加工で気をつけなくてはいけないことなどあれば教えていただきたく思います。 宜しくお願いします。