基本性質で理解すべきことは何か(1)
2018.09.05
―粘弾性、結晶性、転移温度―
プラスチックを使用する上で理解しておくべき基本性質として、粘弾性、結性転移温度があります。
[粘弾性]
ゴムひもを引っ張ると伸びますが、手を放すと元に戻ります。これが弾性です。
一方、粘土に力を加えると変形しますが、力を除いても元には戻りません。これが粘性です。
プラスチックは弾性と粘性の両方の性質がありますので粘弾性体と言われます。プラスチック製品に荷重を加えると、瞬間的には変形しますが、時間が経つと徐々に変形が大きくなります。ある時間経過後に荷重を除いても、若干復元はしますが元の形には戻りません。これが粘弾性現象の１つであるクリープです。 粘弾性特性は温度によっても変化します。温度が低いと弾性が強く表れますが、温度が高くなると粘性が強く表れるようになります。特に、溶融状態になると殆ど弾性を示さず、粘性を示すようになります。
プラスチック製品の設計や成形では、粘弾性を考慮する必要があります。
[結晶性]
図１に示すように、成形時にシリンダ内で溶融すると分子はバラバラな状態になりますが、型内で冷える過程では結晶が生成して固化するタイプと、結晶が生成しないで固化するタイプがあります。
結晶が生成して固化するタイプが結晶性プラスチックです。結晶化している部分を結晶相、結晶化していない部分を非晶相と言います。全体積に占める結晶相の体積分率が結晶化度です。結晶性プラスチックの強度は結晶相の存在によって生まれます。従って、結晶化度が高いほうが強度は強くなります。成形時の金型温度が高い方が結晶化度は高くなる傾向があります。
結晶化しないで固化するタイプが非晶性プラスチックです。冷却する過程で、ある温度（後述）以下になると分子運動が停止するため固化します。
[転移温度]
プラスチックの線膨張係数、比熱、熱伝導率などの熱的性質が急に変化する温度を転移温度と言います。プラスチックの主な転移温度にはガラス転移温度、結晶融点、結晶化温度などがあます。
ガラス転移温度はポリマーの幹になる分子（主鎖）の運動が停止する温度です。ガラス転移温度以下ではガラスのように固化するのでガラス転移温度と言います。ガラス転移温度のことをガラス転移点、二次転移点ということもあります。ガラス転移温度以下ではガラスのように脆くなるわけではありませんが、プラスチックもガラス転移という用語を用いています。
結晶相が融解する温度が結晶融点です。一方、溶融状態から冷却するときに結晶が生成する温度が結晶化温度です。一般的に結晶化温度は結晶融点より３０℃～５０℃低いところに存在します。
表１にいくつかのプラスチックについて転移温度を示します。
結晶性プラスチックは結晶化温度以下になると固化します。また、結晶化温度よりかなり低いところに、非晶相の分子運動が停止するガラス転移温度が存在します。
非晶性プラスチックはガラス転移温度以下になると固化します。
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