圧縮試験とは

圧縮試験は、引張試験や屈曲試験とともに、機械試験の最も基本的な種類の1つに挙げられます。圧縮試験は、破砕荷重下での材料の挙動を測定するために用いられ、通常、万能試験機の圧縮盤または専用の治具を用いて試験片(通常は立方体または円柱形状のいずれか)に圧縮圧を加えることによって実施されます。試験中、材料のさまざまな特性が計算され、応力-ひずみ図としてプロットされます。これは、弾性限界比例限界降伏点降伏強度、そして一部の材料については圧縮強度などの品質を決定するために使用されます。

インストロンの圧縮試験

圧縮試験を行う理由

圧縮試験により、メーカーは製造工程のいくつかの段階において、材料、コンポーネント、製品の完全性と安全性を評価することができます。自動車のフロントガラスの強度試験から、建築で使われるコンクリート梁の耐久試験まで、さまざまな用途が想定されます。高い引張強度を示す材料は、圧縮強度が低い傾向にあります(ただし、必ずしもそうとは限りません)。同様に、圧縮強度の高い材料は、引張強度が低くなる傾向があります。そのため、多くの場合、コンクリート、金属、プラスチック、セラミックス、複合材料、段ボールなどの波形材料など、脆い材料に対して圧縮試験が行われます。これらの材料は、圧縮力に対し完全性が重要である荷重含有容量が必要な場合に使用されます。

圧縮試験の応力/ひずみ曲線

 

特定の材料の引張特性を調べるために行われる引張試験とは異なり、圧縮試験は完成品に対して行われるケースがほとんどです。試験の対象となるのは、テニスボール、ゴルフボール、水筒、保護ケース、プラスチックパイプ、家具などの一般的なもので、圧縮強度を評価する必要がある製品が挙げられます。たとえば、あるエンジニアが、薄い筒の水筒を作ることでプラスチックを節約したいと考えたとします。しかし、水筒はパレットに詰めて輸送するために十分な強度を持たなければなりません。圧縮試験により、エンジニアは製品の強度と材料の節約のバランスを微調整することができます。

極限圧縮強度

材料の最終圧縮強度は、材料が完全に破断するときに到達する圧縮応力の値です。脆性材料は圧縮強度の極限に達すると圧壊し、荷重が激減します。延性の高い材料(ほとんどのプラスチック)は破断せず、荷重が試験片にかからなくなるまで変形を続け、むしろ2つの圧縮盤の間で変形します。これらの場合、圧縮強度は、試験片の元の高さの1%、5%、または10%などの特定の変形として報告できます。

業界特有の試験規格

さまざまな材料の圧縮試験に関するASTMやISOの規格が数多く存在します。たとえば、家具、自動車、マットレスの各業界では、ポリウレタンフォームの押込み力変形 を測定するASTM D3574に準拠しています。この試験は、フォームを元の厚さの25%まで圧縮したときの力を測定することで、フォームの初期の柔らかさを測定します。元の厚さの65%に圧縮したときの力を測定することで、支持力の強さを測定します。自動車用シートのエンジニアは、最終製品に必要なフォームの押込み力変形値を指定し、製造拠点では1シフトあたり数回の試験を行い、製造されるすべてのシートが柔らかさとサポート性に関して同じ感触であることを保証します。

試験機

圧縮試験は万能試験機で行います。これらの機械は、0.02 N~2,000 kNまで、さまざまなサイズと荷重容量があります。ほとんどの低荷重試験は、インストロンの6800シリーズのような卓上型試験機で行われますが、より高荷重のアプリケーションでは、インストロンのIndustrialシリーズのような床置型フレームが必要とされます。

万能材料試験機には、試験ソフトウェアおよびアプリケーション圧縮盤ならびに伸び計などのアクセサリーを備える必要があります。試験を行う材料の種類により、必要となるアクセサリーの種類が決まります。また、試験機の荷重容量範囲内であれば、1台の装置で治具を変更するだけで、どのような材料でも試験することが可能です。

一般的な圧縮試験規格

ASTM D3574-17 - フレキシブルセル材料の標準試験法

ASTM D695-15 - 硬質プラスチックの圧縮特性

AITM 0010 - 衝撃後の圧縮強度決定のためのエアバス試験メソッド

ASTM C109 - 2インチのセメントモルタルの圧縮強度試験

ASTM D2844 - 圧縮土壌の水分滲出試験

ASTM D3846 -強化プラスチックの面内せん断強度試験

ASTM D575-91 - (2012) 圧縮におけるゴムの特性(A法)

ASTM F1306 - フレキシブルバリアフィルムとラミネートの低速浸透抵抗

ASTM F2267 - 軸方向圧縮下における脊椎椎間体癒合器具の評価

EN12430 - 断熱材の点圧縮

ISO 7886-1 - 滅菌使い捨てシリンジの引張圧試験

ISO 844 - 硬質セルラープラスチックの圧縮特性