水がポリマーの機械的性質に与える影響

まず、なぜ熱可塑性プラスチックでできた部品に水が問題になるのかという疑問に取り組んでみよう。教科書には、ポリアミド（PA）の種類によっては、相対湿度50％でも水中でも吸水率が非常に高いことが書かれている。 これだけなら問題にはならないだろうが、吸水によって材料の特性は大きく異なる。例えば、ポリアミド（PA）の弾性率は、湿度の高い雰囲気では最大66％低下する。従って、熱可塑性材料の剛性の損失を知ることは、ポリマー部品を作る上で不可欠です。 動的機械分析（DMA）は、この問題にどのように役立つのでしょうか？

DMA 理論編

この方法では、正弦波状の力（応力）が入力としてサンプルに加えられます。その結果、正弦波状の変形（ひずみ）が出力されます。この2つのパラメータから、材料の剛性を示す弾性率を計算することができます。 しかし、DMA測定によって、材料についてさらに多くのことを知ることができます！手にボールを持っている人を例にとってみましょう。彼はボールを床に落としますが、ボールは元の手の高さまで戻ってきません。これは、素材が異なる挙動を示すことを示している。ボールが地面から浮き上がるために残る蓄積エネルギーは、蓄積弾性率E´に関係している。ボールが飛び上がらない高さは、損失弾性率（E"）に関連する散逸エネルギーに関連しています。最後に、材料の減衰挙動に関する情報も得られます。

なぜなら、このパラメータは材料の剛性に最も密接に関係しており、ポリマー部品の製造において最も重要だからである。

実施例 1：湿潤雰囲気下でのポリアミド 6

測定は、湿度ジェネレーターと組み合わせたDMA 242 EArtemisで行われました。PA6試料を、周波数1Hz、温度40℃の引張モードで測定した。相対湿度は0%から75%まで段階的に上昇させた。この相対湿度ステップで、材料の剛性（貯蔵弾性率E'で表される）を測定しました。材料の剛性は、相対湿度の上昇に伴って低下することが明らかである。相対湿度50%では、貯蔵弾性率は約74%減少した。

例 2: 浸漬浴中のポリウレタン

この例では、DMA 242 EArtemisに浸漬槽を装備しました。浸漬槽とは、試料ホルダーに適用できるスチール製の容器です。ポリウレタン(PU)は、温度25℃、引張モードで、いくつかの周波数で測定されました。図3では、どの時点で容器に水が加えられたかがはっきりとわかります。 水が材料に接触している間に貯蔵弾性率の低下が見られます。この減少は著しく、約17%に達する。

様々な用途のポリマー部品を作る際には、湿度や液体が材料に与える影響を念頭に置く必要があります。部品が材料本来の剛性で設計されている場合、その部品は使用環境で破損する可能性が高くなります。DMA 242 EArtemisについて詳しくは、こちらをご覧ください。 ご存知ですか？ 水分の吸収は、部品の寸法変化につながることがよくあります。湿度ジェネレーターを装備したTMAは、湿度の高い雰囲気下での長さの変化を評価するのに役立ちます。LinkedInでフォローして記事をお見逃しなく！