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コンポジットストラッツはエクストレイル環境に適しているか?

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スーパーXストラット・ヘビーデューティー車両用スタビライザーストラット 4型引抜成形されたガラス繊維強化ポリマー(FRP)複合ストラットを検討されている方は、以下のことを考慮してください。このような材料の利点だけでなく、あまり好ましくない特性についてもよく理解していただきたいと思います。このような知識があれば、ストラットの材料を選択する際に十分な情報を得た上で決定することができます。私たちは、お客様の用途に応じて、最も安全で賢明な材料を選択されることをお勧めします。環境、取り扱い、保管、および用途に関するいくつかの懸念事項は、複合材料の寿命を延ばすだけでなく、悲惨な状況を回避するための重要な生命安全情報を提供する可能性があるため、十分に認識しておく必要があります。ミズーリ大学の論文で、Antonio Nanniは、「間違った用途でFRPを使用することは、丸い穴に四角い釘を打ち込むようなものである」と述べています。

コンポジットストラットに興味を持ったのは、コンポジットストラットが「鉄より強い」「非導電性」「軽量」などという宣伝文句に惹かれたからかもしれませんね。 しかし、正しい選択をするためには、すべての真実を知る必要がある。

コンポジットストラッツはエクストレイル環境に適しているか?

引用元:https://apps.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a403282.pdf

引抜成形されたFRP複合材の鋼材に対する強度について、複合材技術者は、強度を等しくするためには、複合材の断面積を同様の鋼材構造の断面積の約3倍とすることを提案しています。つまり、1/8インチ厚の2インチ角のスチールチューブの強度に匹敵するためには、約3/8インチ厚の2インチ角のコンポジットチューブが必要になるのだ。単位当たりの鋼鉄の強度は、ほとんどのFRP引抜複合材より強い。

上の写真は、レスキュージャックのFRP(ガラス繊維強化ポリマー)複合材の試作品です。試験結果が芳しくなかったため、レスキュー隊はこの素材は脱出用には適さないと判断した。

引抜成形されたFRP複合材料は、クロスワイズ衝撃荷重に関しては性能が劣る。このような材料は、物の上に落としたり、物を落としたりしたくないものです。簡単なテストでは、6ポンドの丸いおもりを腰の高さから、厚さ1/4インチの壁を持つ2.5インチ角のFRP引抜複合材チューブの上に落としました。この衝撃で材料は破壊された。同じ試験を2.25インチ角、厚さ1/8インチの亜鉛メッキ鋼管で行ったところ、ほとんど影響はありませんでした。複合材料の世界におけるもう一つの問題は、ピンによる接合である。穴の耐力が低いため、ファスナーの選定と接合部の設計には十分な注意が必要です。ピンや穴の直径を大きくして、荷重を壁の表面積に分散させなければならない。一方、鋼はより大きなファスナー支持荷重に耐えることができます。直径3/8インチのピンが二重せん断されると、厚さ1/4インチの2インチ角FRP引抜複合材チューブの側壁は、約6,000ポンドで粉砕されます。

摩耗を伴う用途環境では、複合材を避けた方がよいかもしれません。引抜成形された FRP 複合材チューブは、摩耗による磨耗に非常に敏感です。この素材とアスファルトやコンクリートなどの研磨材が摺動接触すると、チューブの表面に傷がつきます。傷や溝が生じると、耐紫外線性と繊維の保護を助ける保護ベールが剥がれ落ちます。摩耗が進行すると、チューブの強度が疑問視されるほど重大なものとなります。輸送中のストラットマウントとコンポジットストラットの振動による接触が原因と思われる磨耗が報告されています。観察された摩耗は、チューブ壁面を横切る水平方向の凹みであった。凹みの深さは約1/16 "であった。これは、1/4インチの壁材を使用した場合、壁厚の25%に相当します。複合SCBAシリンダーで使用されているのと同様の保護スリーブが、保管に関連する摩耗の良い解決策になるかもしれません。

引用元:http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.165.1163&rep=rep1&type=pdf

水分もまた、複合材料に問題を引き起こす可能性があります。水、油、燃料、体液などの液体は、すべての露出面が密閉され、損傷がない場合、一般的に引抜成形された FRP 複合材料への侵入を防ぐことができます。しかし、安定化支柱に使用される複合材チューブは、端が切断され、十字に穴が開いており、脱出のような過酷な環境で使用される場合は、研磨や衝撃による損傷がある場合がほとんどです。これらはすべて、水源や湿度の高い大気からの水分がマトリックスに入り込み、空隙を占める経路となります。水分は複合材を膨張させる原因となります。伸縮自在のチューブセクションに密着している場合、伸縮性に問題が生じる可能性があります。支柱に埋め込まれた水分は、材料の電気絶縁能力を低下させ、絶縁耐力に影響を及ぼします。水のアルカリ度や繊維の種類によっては、水分が繊維を腐食させることがあります。複合材料に含まれる水分は、乾燥炉で除去することができます。

引用元:http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.165.1163&rep=rep1&type=pdf

FRPコンポジットには、紫外線による影響を遅らせるための添加剤が含まれていることがあります。この保護剤は、時間の経過とともに効果が薄れるものの、しばらくの間はよく持ちこたえることができるはずです。しかし、表面損傷により保護膜が剥がれ、紫外線が問題となります。「ファイバーブルーミング」は、紫外線によるダメージの一種です。

引用元:https://www.wernerco.com/docs/default-source/literature/gm6070-fg-techmanual.pdf?sfvrsn=dda06ff2_2

コンポジットの場合、高温が懸念されることがあります。私たちは、アスファルトの温度やストラットが設置される表面付近の温度ほど、気温を気にしていません。高温は複合材料の強度を低下させる可能性があります。あるFRPチューブのメーカーによると、100°Fで15%、125°Fで30%、150°Fで50%強度が低下するとのことです。フェニックスで気温が120°Fの時の路面温度は?ある資料によると、直射日光下での気温が86°Fの場合、路面温度は131°Fになる可能性があるそうです。

FRP引抜材を電気絶縁体として使用することについて。はい、FRP複合材料は、材料がきれいで、乾燥していて、損傷がなければ、優れた電気絶縁体です。前述したように、湿気や汚染は材料の絶縁能力を著しく低下させます。

絶縁能力に悪影響を及ぼす可能性のある問題があるにせよ、電気的危険のある状況では、絶縁されていないスチールの端部継手を持つ絶縁ストラットがあっても、消防士が車両に乗り込む際に保持することはほとんど意味がありません。

電気伝導性は上記の理由だけでなく、充電された車両を知りながら安定させるのはおかしなことであるため、問題にはならないはずである。もし救助者が車両が充電されていることを知らないで、絶縁されていないストラットヘッドを手に持って車両を係留していたら大変なことになります。ストラットの材質は関係ない。それでもベースとなる拘束具を車両に取り付けるという課題を考えなければならない。要するに、ストラットの絶縁耐力は関係ないということです。

このように、引抜成形のFRPストラットは過酷な環境下での使用となるため、日常の自動車レスキューではあまりお勧めできません。しかし、この軽量ストラットは、特殊な救助活動には有効かもしれません。荒野のような長距離の救助活動では、1セット持っておくと便利かもしれません。

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