レオキネティクス - 熱硬化性成形コンパウンドのプロセス固有の流動硬化挙動

Dr. Ing. Sascha Englich教授は、ベルリン・シュタインバイス 大学のプラスチック工学教授であり、シュワルツ・プラスチック・テクノロジーズ*のプラスチック材料とプロセス技術の専門スタッフです。示差走査熱量測定とレオロジーを用いたエポキシ樹脂射出成形の最適化に関する新しいブログシリーズの一環として、彼はすでに以下のレポートを発表している：E-モビリティにおける熱硬化性樹脂射出成形、エポキシ樹脂-射出成形可能なコンパウンドの基礎としての反応性ポリマー、熱硬化性樹脂のDSC分析。ブログシリーズの第4回はレオキネティクスについてです。

レオキネティックスという用語は、熱硬化性材料の反応に依存するレオロジー 挙動を説明するために使用され、これは例えば熱硬化性成形コンパウンドの加工（射出成形、トランスファー成形）において非常に重要である。Classic 。流動硬化挙動の簡略化されたモニタリングは通常、粘度/流動性のいわゆる「U」曲線に基づいており、これは温度上昇による初期の粘度低下と、分子架橋の進行によるその後の粘度上昇の関係を表すことを意図している（図1）。

熱硬化性成形コンパウンドの流動硬化挙動について

この化学的-物理的相互作用を実際の製造プロセスに適用すると、はるかに複雑なプロセスになる。図2は、射出成形サイクルによる熱硬化性成形コンパウンド（エポキシ樹脂やフェノール樹脂など）の流動硬化挙動の模式図である。材料の剛性（溶融状態での粘度に相当）は、各プロセス段階において特徴的な曲線を示す。可塑化中、非晶性樹脂のガラス転移温度を超えるまで、バレルヒーターと摩擦（スクリューの回転）によって、塊の温度が系統的に上昇します（図2、黄色のグラフ）。材料は溶融状態になります。理想的には、硬化を避けつつ、粘度ができるだけ低くなるように温度を選択／調整します（ブログ記事「熱硬化性樹脂のDSC分析-さまざまな樹脂タイプに適した測定方法の適用」を参照）。

材料固有の流動硬化挙動を把握することは、部品やプロセスの設計にとって基本的に重要である。例えば、電子部品の封止には、繊細な電子部品を損傷させないために、減圧金型充填が必要である。同時に、非常に狭い隙間を完全に充填しなければならないことも多い（図4）。このため、適切な金型設計と工程設計に関連して、金型充填時に特に粘度の低い材料（主に特殊なエポキシ樹脂コンパウンド）が必要となる。

レオキネティック特性が重要な役割を果たすもう一つの重要な点は、フィラー構造の形成、例えば繊維配向である。2つの異なる配向の層が形成される（図5）。繊維が主に流れ方向と平行に配向している2つのエッジ層（せん断ゾーン）と、繊維が主に流れ方向と垂直に配向している1つのコア層（横方向伸長ゾーン）である。断面上部の配向層の対応する割合は、異なる荷重方向における機械的特性に大きく影響する。これらは、金型およびプロセス設計に加えて、レオキネティックな材料挙動にも影響される。

レオロジー測定における一つの選択肢は、回転／振動の使用である。 次回、熱硬化性成形コンパウンドの分析において、この特別な機能について詳しく紹介する予定である。 ご期待いただきたい！

^{*シュワルツ・プラスチック・テクノロジーズは、エンジニアリング、プロセス技術、プラスチックに特化したマーケティングを中心に、プラスチック産業における特定の課題に対応するコンサルティング会社です。}