Establishment of non-destructive measurement method for internal residual stress in plastics

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本研究の目的は，プラスチック成形品の内部残留応力を三次元的に定量評価できる精密計測技術を確立することである．基盤となる物理現象は，樹脂内ポリマーの振動がテラヘルツ(THz)帯域にある点である．THz差周波光源，THz集光・偏光光学系を設計してTHz偏光計測装置を構築し，プラスチック成形品のTHz偏光依存性から内部残留応力の大きさ，向きをサブミリ空間分解能かつ非侵襲で定量評価可能な計測技術を実現・確立する．2022年度はまず，2021年度に設計したテラヘルツ偏光光学系を構築した．設計通り，0.3～3THzにおいて十分なS/Nが得られたほか，1 THzでビーム径が5 mm程度に絞られており，試料測定において十分なスペックが得られていることが分かった．次に，当該装置を利用して，1)成形試料に外力を印加した際のTHz偏光度変化，2)成形試料のTHz偏光度と内部残留応力の相関調査，を実験的に検証した．1)に関しては，PTFEのダンベル試験片を自作の引張装置にて引張力を印加しながら偏光度変化を調査した．結果，0.3～1 THzの領域において，弾性領域，塑性領域いずれにおいても引張力と偏光度に強い相関があることが分かり，かつ各領域においては線形な関係にあることも分かった．今後は応力と偏光度の関係の定量化を推し進める予定である．また2)に関しては，射出成形条件を変えて内部残留応力をコントロールした試料を複数準備し，成形後の偏光度を評価した．その後，成形試料を複数に切断して内部残留応力を開放し，その後の寸法変化と切断前の偏光度を比較することにより残留応力と偏光度の相関を評価した．結果，残留応力と偏光度に強い相関が存在することが定性的にではあるが得られている．本実験に関しても，今後定量化を推し進めて本研究の目的の達成を目指す．