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製品・技術

「熱による材料の変化を試験したい」④

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試験評価 材料・素材 熱分析 材料試験  / 2021年03月17日 /  試験・分析・測定 先端技術

  

クリアライズでは、複数の熱による材料試験を実施しており、試験前後の材料調査・評価も可能です。当サイトへ訪問いただきました皆様へ5回に分けて保有技術をご紹介いたします。

尚、詳しい資料に関しましては、下欄の「資料ダウンロードページへ」から入手いただくことが可能です。ぜひご覧ください。

 

1)結晶性樹脂の結晶化度評価

 結晶性樹脂は結晶質と非晶質がどちらも存在する樹脂です。この結晶質部分の割合を結晶化度と言い、結晶化度が増加すると高分子鎖が密になり単位体積当たりの結合力が増すため靱性、耐熱性、耐薬品性などが向上します。このことから結晶化度は材料の特性を決める重要なパラメータであることが分かります。結晶化度は材料により変わるのは当然ですが、同材料でも製造処理条件や使用環境(熱、紫外線など)によっても変化します。そのことから製造処理条件の検討、最適化や不良、事故原因および劣化評価に有効な評価手法であり、DSCにより分析、評価することができます。

 

2)酸化誘導時間(OIT)測定

 オイル、グリース、プラスチック、ゴムおよび食品などは炭化水素製品であり酸化を起こしやすい製品です。これら製品は基本的に空気中で使用されるため、空気中の酸素(以下O2)の影響を少なからず受け酸化劣化が起こります。また使用環境次第では急激な酸化劣化が起こります。この酸化劣化を防ぐために酸化防止剤が添加されております。また、その他の添加剤との相乗効果により寿命が延びるようにも設計、製造されており、開発、製造段階で酸化防止剤効果やその他の添加剤との相乗効果を評価することは重要です。また熱に対する耐性や劣化度の評価も品質管理上、重要なことから製品に対して加速劣化試験を行い評価することも有効な手法です。

 

3)熱硬化性樹脂の硬化度評価

 金属よりも軽い熱硬化性樹脂は加熱することにより架橋構造を形成し、優れた性能(耐熱性、機械特性、寸法安定性)を発揮します。熱硬化性樹脂の硬化度は接着特性、機械特性、熱特性、寸法安定性などに影響を与え、完全に硬化することで材料特有の特性を発揮し、未硬化部分が残ることで材料特有の特性を発揮できず不良の原因となることがあります。そのことから材料、製品の品質管理や不良、事故原因調査の一環として硬化度評価を行うことは有効であり、DSCにより評価することができます。

 

4)熱履歴評価(アーニングによる変化)

 熱を加えることにより製品、材料の残留応力を除去する処理をアニーリングと言います。一般的な樹脂成型品は金型に圧力を加えながら冷却し成型します。その際、成形品に残った残留応力により反りや歪みなどの変形や塗装、接着などの加工が入る製品ではクラックの原因ともなります。この要因となる残留応力を除去するため、特に寸法安定性が重要となる樹脂成型品はアニーリングを行います。DSCはこのような製造処理段階の熱履歴も検出することが可能です。それにより製造処理段階での品質確認や不具合、事故原因究明の一環として熱履歴を評価することは有効です。

 

5)熱履歴評価(ガラス転移点以上の熱を受けた時の変化)

 樹脂材料はガラス転移点以上に加熱された場合、反りや歪みなどの変形、変色など不良や事故原因となる変化を示すことがあります。熱を受けた樹脂製品、材料には熱履歴が残っている場合があります。その熱履歴はDSCにより測定できることが一般的に知られています。

 

6)比熱容量測定

 比熱容量が分かることで、暖まりやすいのか、暖まりにくいのか、また冷めやすいのか、冷めにくいのかが分かります。また指定温度まで温度上昇させるにはどれだけの熱量が必要か、また物質が指定温度まで冷却する際、どれだけの熱を放出するのかという熱物性を知ることができます。 

 この比熱はDSCを用いたサファイア法により評価可能です。適用試料範囲は液体と固体となります。また測定温度域で反応の起こらない、試料が安定な温度域に限ります。ここでは一般的な試料の比熱容量測定例を示します。

 

 

7)融点、融解熱および沸点、気化熱の測定

 DSCは融点、融解熱だけでなく特殊容器を使用することで沸点、気化熱も測定することができます。ここでは融点、融解熱および沸点、気化熱の評価例を示します。

 

  

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