パート3材料：半結晶ポリマーのアニーリングチップ

アモルファスポリマーのアニーリングは、通常、成形プロセス中に達成可能なレベル以下の部品の内部応力を低減するために行われます。 しかし、半結晶性ポリマーでは、アニーリングの目的は、通常の成形サイクルのパラメータ内では実際には得られない結晶性のレベルを確立することです。

各半結晶ポリマーは、ポリマー鎖の化学構造に依存するある程度まで結晶化する能力を有する。

各半結晶ポリマーは、ポリマー鎖の化学構造 HDPEには柔軟で合理化されたチェーンがあり、非常に高い割合で効率的な結晶化を可能にしますが、PEEKのような材料は、最も慎重に制御されたプロセス条件下でも適度なレベルの結晶化度を達成します。

結晶化度の最適なレベルは、強度、弾性率、クリープおよび耐疲労性、寸法安定性を含む幅広い特性を向上させます。 この最後の特性は非常に堅い許容が高温で使用される部品で維持されなければならない適用で非常に重要である。 結晶化は冷却速度によって制御され、製造プロセス中に急速な速度で起こる。 結晶化の最適なレベルであると考えられるものを達成するためには、金型の温度はポリマーのガラス転移温度よりも高く維持されなければならない。 これは、結晶が形成されることを可能にする分子移動度のレベルを促進する。

結晶化は、結晶融点以下およびガラス転移温度（Tg）以上の温度窓でのみ起こり得る。 例としてPPSを考えてみましょう。 PPSの融点は280℃（536F）であり、特定の動的機械的特性から決定された場合、Tgは約130℃（266F）である。 従って、適切な結晶化を保障するために型の温度を置くための指針は135C（275F）の最低です。 この要件に注意を払うプロセッサは、通常、135-150C（275-302F）の金型温度を選択します。 しかし、このパラメータが適切に制御されていても、溶融処理に関与する比較的急速な冷却速度と、部品が金型に費やす限られた時間は、理論的に得られるも

アニーリング温度を選択する際の決定要因の一つは、アプリケーションで部品が露出される最高温度です。

結晶化速度は、TgとTm（融点）の間の全温度範囲にわたって一定ではないことがわかっています。 多くのポリマーでは、結晶はこれら2つの両極端のほぼ中間の温度で最も迅速に形成されます。 従って、PPSの結晶化の最も有効な率を達成するためには、私達は205C（401F）の型の温度を使用します。 これは金型温度を維持するのがより困難であり、この高い金型温度で製造された部品と低い金型温度で製造された部品との間の機械的特性の差は したがって、典型的な方法は、より低い金型温度を使用することである。しかし、成形された部品が200℃で動作する必要がある場合、このアプリケーション温度に曝されると、製品の使用中に追加の結晶化が生成されます。

私たちは、材料が結晶化するにつれて、それらが収縮することを知っています。 従って、適切な次元に形成される分野に入り、非常に高い適用温度に露出される部品は使用中間サイズを変えるかもしれません。 この寸法変化が製品の機能上の問題を引き起こす場合は、使用する前に部品の寸法を安定させる必要があります。 これはアニーリングによって行われます。

対象のアニール温度は中間とTgと。 より低い温度はより長いアニーリングの時間を要求します。 (写真:Grieve社のアニーリングオーブン)

アモルファスポリマーでは、アニーリング温度はポリマーのTgに近づく必要があります。 しかし、半結晶材料をアニールするときに所望の結果を生成するためには、アニール温度はポリマーのTgを超えなければならない。 必要な時間は、非晶質ポリマーの場合と同様に、部品の壁の厚さに依存します。 しかし、必要な時間に影響を与える他の要因は、アニーリング温度になります。

上記のように、ターゲットアニーリング温度は、多くの場合、TgとTmの間の中間点です。 より低い温度はより長いアニーリングの時間を要求します。 アニーリング温度を選択する際のもう一つの決定要因は、アプリケーションで部品が露出する最高温度です。 部品を200℃でアニールしてから225℃で使用すると、アニーリングプロセス中に形成されなかったより高い使用温度で新しい結晶が形成されます。 これにより、問題が発生する可能性のある追加の寸法変更が発生します。 したがって、アニーリング温度は、部品が使用される最高温度と等しいか、またはわずかに大きい必要があります。 アモルファスポリマーがTg以上の焼鈍温度に耐えることができないのと同じように、半結晶性ポリマーは結晶融点を超える温度で焼鈍することができ

アニーリング時間は、特定の部品ジオメトリに対して実験的に確立するのが最善です。

アニーリング時間は、特定の部品ジオメトリに対して実験的に確立するのが最善です。 アモルファスポリマーでは、アニーリングの目的が満たされていることを確認するために使用される試験は、部品の残留応力を測定する溶媒試験である。 半結晶性樹脂では、基準は寸法安定性です。 半結晶材料で形成されるきちんとアニールされた部品は次元の付加的な変更を表わさないで最悪の場合の適用環境の時間温度ルーチンの代表への

この原理の良い例は、85℃（185F）の温度に8時間まで曝すために設計された部品について説明することができます。70℃（158F）で1時間アニールされた二つの部品から製造されたアセンブリは、適用条件に曝されると寸法変化を示した。 これらの変更により、アセンブリが操作されたときに部品がバインドされ、機能しなくなりました。 同じ1時間の期間の110Cのアニーリングはアプリケーション環境への露出の後で機能の変更を表示しなかったアセンブリで起因した。

予想される最高使用温度を超えるアニーリング温度を選択する別の理由があります。 材料が固体状態にある間に形成される結晶は、材料が溶融物から冷却されるときに形成される結晶ほど大きくないか、または完全ではない。 その結果、それらは同じ特性を有さず、材料の全体的な構造に同じ利点を与えない。 具体的には、特定のアニーリング温度で形成された結晶は、それらが生成された温度よりわずか数度上の温度で溶融する。 したがって、部品の最大使用温度以下の温度で製造された結晶は、その暴露に耐えられず、有用ではない。

半結晶材料の焼鈍中の追加の収縮は避けられないため、成形後の部品の寸法は最終的な目標寸法よりも大きくなければならない。 これは、部品が焼鈍プロセスを経た後に印刷を満たすことができるように、部品を絶版に成形することを必要とするかもしれません。 したがって、成形時の寸法とアニールされた寸法との間に関係が確立されることが重要である。

多くの半結晶ポリマーのアニーリング温度は、潜在的に損傷しているポリマーに他の効果を生 例えば、ナイロン６ ６のＴｇとＴｍとの間の中点は、１ ６ ０Ｃ（３ ２ ０Ｆ）である。 この温度では、ナイロンは急速に酸化することができます。 これは材料の色の変化を引き起こす可能性がありますが、より重要なことに、機械的特性、特に延性に関連する特性の永久的な損失をもたらす可能性 その結果、ナイロンのような材料のためにアニーリングは不活性atmosphere.で、真空の下で、または酸素の障壁として機能し、材料の特性を変えない液体で最 例えば、ナイロン部品は、酸化を防止し、熱伝達を改善するために、高温の鉱油中でアニールすることができる。 鉱油が無極性であるので、ナイロンはオイルを吸収しないし、柔軟になる効果は観察されません。

半結晶材料でのアニーリングは、最適な手順に従って既に成形された部品の構造を完成させるために理想的に行われます。 しかし、一部のプロセッサは、PPS、PEEK、PPAなどの高性能材料を適切に結晶化するために必要な高い金型温度の要求を避けるために、アニーリング戦略を使用し これは、部品性能の重大な欠陥とプロセス制御の重大な困難をもたらす可能性があります。 次の記事では、これらの問題をより詳しく見ていきます。

彼はプラスチック業界で40年以上の経験を持ち、材料の選択、製造可能性の設計、プロセスの最適化、トラブルシューティング、故障分析をお客様に支援し お問い合わせ：(928)203-0408•[email protected]

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