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ゴムの寸法変化についての疑問
- ゴムの熱負荷によって外径、内径、全長はどのように変化するのか疑問に思っています。
- ゴムブッシュの熱負荷後、外径、内径、全長は元に戻るのか、それとも少し小さくなるのか不明です。
- 熱を加えるとゴムは膨張すると聞いていますが、具体的に加熱後の影響を知りたいです。
- ゴム
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均一な素材と形状なら、収縮や膨張も均一なので、相似形になります。 これが、前提条件です。 ですが、形状が円形では、応力の伝達が異なり、この原則が崩れます。 ◎形状では、熱膨張にて外円周は引張の力が働きます。 また、内径の円周では、圧縮の力が働きます。 これは、円筒や球形状のタンクの時、内圧が掛かった場合の、板厚計算をする場合、 普通に計算するより、板厚が薄くできる内容に良く似ています。 （ガスタンクが球形状になっている理由にも似ていることになります） それに加え、◎をサイドから見て、外周と内径の幅が薄く、その間の幅が厚い形状では、 特に厚い部分が基準になって、その外側（外周）が引張、その内側（内径）が圧縮、 が作用し、それに伴う変形をします。 その変形と外部からのチョットした外部力にて、外周や内径に亀裂等が入るケースがあります。 外部からのチョットした外部力がなくても、極端な変形や形状の微量な凸凹にて、 応力集中が作用し、亀裂が入る場合があります。
1) 今回のご質問では形状品のようなので、外径、全長は膨張し、内径は縮小します。ただ形状による拘束があるので均一な膨張はせず大きくなると思います。 2） 無付加の状態で120℃Ｘ60Ｍｉｎの条件で加熱されたら配合しだいですが縮小します。内部の可塑剤などが揮発するため・・・。 追記の部分を考慮しますと、 ?加熱によるゴム強度の低下（熱劣化ではなく高温条件化による低下） ?鉄でカシメられておこる不均一な熱膨張 にて発生しているのでは？ ＲＴと120℃ではたぶん強度は半分以下のため、割れるとしたら熱条件化のときと推察します。
１） 加熱しての熱膨張は、あらゆる方向に等方な膨張。 リング状部品が無加重で宙に浮いた状態なら、外径も内径も、線径も全て同率で寸法が拡大する。 荷重が掛かった状態とはすなわち変形が拘束されること。 平面で挟まれ押されてるなら、それとの摩擦のため不動点が出来、熱膨張は外側へも内側にも膨れようとする。つまり外径は拡大、内径は縮小する。 線径や全長は、この場合なら考える意味が無い。 ２） 元に戻るはずが、永久変形が残るか否かは材料耐熱性および変形の程度による。 過去質問 No.40608 永久歪み？ この延長なら、既に現象は確認されてるのでは？
回答(１)、要素奇知さんへの御礼に、 > ただ、問題あるかないかではなく、 > 記載した内容に対してご教授願えると幸いです。 と、ありますが、 荷重の状態によって状況が変化するので、 答えようが無いのが現実でしょう。 まさか質問者さんは、ゴム円筒部品を、 何処にも取り付けずに、何らの力も加えずに、 高温環境下で「使用」するのでしょうか？ そうでなければ、それに沿った記載が出来るに足る「内容」を 書いてからにするべきではないかと思うのです。 ＃ 全く無荷重なら、寸法変化は僅かでしょう。
NBRのOリング材料では1～4種に区分され、1，2種は耐熱120℃70時間,3種は 100℃70時間,4種は230℃24時間と規定されています。提示のNBRはどのタイプ でしょうか。1，2種相当であれば問題ないでしょう。以下参照下さい。 http://www.nok.co.jp/seihin/o_tn_index.html http://www.zeon.co.jp/business/enterprise/rubber/rubber_nbr.html ゴムはその添加配合と加硫状態で、熱に対する変化が異なります。NBRと言っ ても多様です。提示の質問に対しては｢変化は僅少で元に近い状態に戻るで しょう｣くらいにしか答えられません。実際の材料と状態で、確認するのが 妥当だと思います。
お礼
回答ありがとうございます。 ただ、問題あるかないかではなく、 記載した内容に対してご教授願えると 幸いです。