自動車用熱可塑性プラスチックの一般的な故障原因

射出成形された熱可塑性プラスチック部品の不具合は、さまざまな形で現れる。多くの場合、選択した材料や部品やコンポーネントの製造工程が問題の原因です。不具合のある部品が機械から出荷されるたびに、製造工程、材料、設計を再調整し、長期的なコストを回避するために、不具合の根本的な原因を見つけることが重要です。熱可塑性プラスチックの故障のほとんどは、熱分析装置を使って分析できます。ここでは、熱可塑性プラスチックでよく見られる2つの故障を選び、熱分析が故障原因の特定にどのように役立つかを紹介します。

ケース1：

低温でのラジオカバーの破損

自動車のダッシュボードに組み込まれたラジオカバーが原因不明で壊れた。加工された材料に他の物質が混入したか、あるいは破損した部品を製造するために誤ったポリマー組成が使用された可能性が想定される。そこで第一段階として、NETZSCH DSC 214Polyma による測定を行い、破損の原因を探った。この方法は、比較的少ない労力で材料の特性について多くの知見が得られるため、破損原因の最初の評価に特に適している。 良品部品の試料と不良品部品の試料の両方を、N2雰囲気中、昇温速度10K/分で温度プログラムにかけた。図1に測定結果を示す。周囲温度以上では、2つの試料は同じ挙動を示している。ガラス転移温度と融解ピークは同じ温度で発生している。しかし、良好な試料では約-58℃に第二のガラス転移があり、これは不良試料では見られない。良品サンプルの第二のガラス転移温度は、エラストマー成分に起因するもので、より優れた低温柔軟性と衝撃強度を提供する。 不良品サンプルにはこの成分がないため、無線カバーは本来持つべき低温柔軟性を持たず、結果として低温で破損した。

この例は、熱可塑性プラスチック部品の故障解析における示差走査熱量測定の多くの応用例の一つである。

ケース2：

熱可塑性プラスチック部品の応力下での破損

ポリマーでは、物質移動の集中的なプロセスが起こりうる。気体、有機溶剤、着色料、そして水分もポリマーの中に、あるいはポリマーの中を拡散する。しかし、吸収された水分はポリマーの特性を変化させる。これはポリマーの機械的特性、例えば弾性変形に対する抵抗力の尺度である弾性率も含まれます。 応力下での熱可塑性樹脂部品の破損も、材料への水分の取り込みに関連する可能性があります。湿度発生装置を装備した動的粘弾性測定装置は、異なる湿度レベルでの機械的特性を測定するのに役立ちます。図2では、ポリアミド6（PA）試料を周波数1Hz、温度40℃の引張モードで測定しています。相対湿度を0%から75%まで段階的に上昇させながら測定を行いました。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）を測定した。材料の剛性は、相対湿度の上昇とともに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。

この例は、自動車内やさまざまな気候の使用条件下でのポリマーの機械的特性を知ることの重要性を示している。熱可塑性材料の一般的な破損原因の2つの例は、熱分析技術と装置が破損原因の特定に役立つことを示しています。DSC 214Polyma での測定は、さまざまな疑問の解決に役立ちます。示差走査熱量計の詳細については、こちらをご覧ください。DMA 242 EArtemisによる材料の分析では、剛性や減衰挙動など、温度に依存する粘弾性特性に関する知見を得ることができます。ダイナミック・メカニカル・アナリシスについての詳細はこちら。