ツール情報基本

水分吸収は材料の性能に影響を与えます。このツールは、「成形時」と「完全焼きなまし」の両方のサンプルについて、時間と位置の関数として、材種全体に水分が拡散する速度を計算します。

このツールの詳細については、こちら会社概要ブログ記事読むしてください。

ポリアミドは吸湿性があり、水分の取り込みはポリアミド特性に影響を与えます。このツールは、水分の吸収または放出の量と、関連する時間スケールを予測します。ユーザーは、条件の1段階の変化を計算する「基本」モードと、周期的な条件を考慮した高度なモードの2種類の計算を選択できます。

「ステップ変更」:

サンプルは初期条件(温度 T_0、相対湿度RH_0)で平衡化され、時間=0で、特定の時間、課せられた条件(温度 T_1、相対湿度RH_1)にさらされます。時間の関数としての水分含有量と、サンプルの厚さに対する対応する水分濃度プロファイルが予測されます。このようにして、水分の吸収だけでなく、乾燥効果もシミュレートできます。

ユーザー入力:

グレード選択
プレートの厚さ(高さと深さは無限大と仮定します)
プレートの初期温度と相対湿度
プレートが受ける温度と相対湿度
最大時間 (値が大きいほど計算時間が長くなります)

ツール出力:

水分の浸透を、3つの時点におけるプレート内の正確な位置の関数として表示するグラフ
位置平均水分濃度の経時変化を示すグラフ

厚さが1〜10mm(0.04〜0.4インチ)の間で変化するプレートを成形し、その後、高温度(ガラス転移温度Tgと融点Tmの中間で、結晶化速度が最大になる)で焼きなまししました。この熱処理は16時間行われ、かなりの量の結晶化度を表すと考えられています(ただし、追加の熱処理により、より高いレベルの結晶化度を達成できることが知られています)。窒素雰囲気は、サンプルの潜在的な酸化を避けるために使用されました。

さまざまな市販のポリアミドグレードのパラメータ化は、23〜120°C(73〜248°F)の温度領域での広範な水分摂取および放出実験に基づいています。プレートの大部分は水浴に入れられ、いくつかはコンディショニングチャンバーに入れられました。プレートの重量を量ると、時間の経過とともにどれだけの水分が吸収されたかが明らかになります。乾燥条件では、脱着も同様に研究されました。

結晶

半結晶性プラスチック製品は、典型的には、ポリマー鎖がランダムに配列した非晶質相と結晶性(秩序)相の両方を含む。アモルファス相のみが水分を取り込むことができます。ただし、結晶化度のレベルは固定された材料パラメータではなく、加工条件と経時変化に依存します。射出/ブロー成形および冷却(「成形時の乾燥」)後、プラスチックはまだ最大結晶化度に達していません。一部のアプリケーションでは、この最大値を下回る状態がアプリケーションに利点を提供しますが、他のケースでは完全に結晶状態が望まれます。ドライアズモールドのサンプルは、焼きなまし(またはエージング)された材料と比較して、より多くの水分を吸収できます。部品の寿命にわたって、結晶化度は通常増加します(そして水分吸収は減少します)が、このプロセスをスピードアップするために「焼きなまし」(短時間の熱処理)を適用することができます。

結晶化度は、とりわけ加工条件、環境条件、年齢に依存するため、材料の絶対的な真実として単一の値を提示することは不可能です。代わりに、当社のツールは、成形時の乾燥サンプルの含水率の予測と、アニールされた(指定された条件下での)サンプルの予測の両方を提供します。極端な焼きなましが適用されない限り、成形品の含水率はこれら 2 つの予測の中間になる可能性が高くなります。

データシートには、通常、「成形時の乾燥」値が記載されています。PA6、PA66、およびPPAの場合、「焼きなましされた」平衡水分含有量は10〜20%低く、PA46の場合、成形時の乾式サンプルと比較して係数2も低くなります。

このツールは、水溶性と拡散性が考慮された高度な物理モデルに基づいています。このモデルでは、ソルバーを使用して、時間と空間における 1 次元拡散方程式を評価します。

水分、老化、結晶化後、または加水分解の存在によって発生する可能性のある化学変化は、モデリングでは考慮されません。材料の結晶化度の大きさは、「成形時の乾式」と「焼きなまし」の両方の予測を提示することによって対処されます(詳細については、「結晶化度」タブも参照してください)。
計算時間はユーザー入力によって異なります。時間がかかりすぎる場合は、拡散時間を短くすることを検討してください。
このモデルは、幅と高さに比べて厚さがはるかに小さいプレートに基づいています。引張り鉄筋などの他のサンプル形状を考慮するために、修正がモデルに適用されます。引張り鉄筋の厚さは標準ですが、ユーザーはこの値から逸脱して、入力フィールドに別の厚さを指定できます。 ISO 527 1A の標準厚さは4.0mm(0.157インチ)、 ISO 527 1BA は2.0mm(0.079インチ)、 ASTM D638 Type 1 3.2mm(0.126インチ)、 ISO 8256 Type 3 は2.0mm(0.079インチ)、3.0mm(0.118インチ)、4.0mm(0.157インチ)のいずれかです。
フィッティング係数の精度は、最大5%から10%程度(拡散係数は5%、活性化エネルギーは10%)です。「成形時」のサンプルの場合、加工条件によっては結晶化度の変動が大きいため、予測の精度がわずかに低下する可能性があります。この「工学的精度」は、半透明の信頼領域によって各線のグラフに示されます。

「こんにちはエンバリオ、

平均壁厚さ 3.2 mm (0.13 インチ) のアプリケーションでStanyl® TW241F6を使用する予定です。

部品を23°C(73°F)/50%RHでコンディショニングする場合、または70°C(158°F)/ 62%RHで加速コンディショニングを使用する場合のコンディショニング時間と最終水分濃度についてアドバイスいただけますか?ご協力いただきありがとうございます。

よろしく、クリスティン」

この質問は、平板形状で成形品に近づくことができると仮定して、単純な水分吸収量の計算で答えることができます。まず、ドロップダウンから要求された成績を選択(または名前を入力して成績を検索)し、必要な入力を入力します。

サンプル形状 = 無限プレート
プレート/サンプルの厚さ = 3.2 mm (0.13 in)
初期温度 = 23°C (73°F)
初期湿度 = 0%(成形品に水分が含まれていない場合、これは「成形時の乾燥」と呼ばれます)
強制温度 = 23°C (73°F)
強制湿度 = 50%
最大拡散時間 = 100 時間 (計算を高速化するために短い時間から開始します)

水分発生グラフは、この部分で平衡に達するには100時間では不十分であることを示しています。凡例の「計算の編集」アイコンをクリックすると、最大拡散時間が9000時間に増加し、「計算の更新」で再計算されます。

グラフには2本の線が表示され、ソリッドは「ドライ・アズ・モールド」サンプル、破線は結晶化度の高いサンプルの「アニール」ラインです。より高い結晶化度は、熱/湿気処理(詳細については[測定]タブを参照)を適用することで達成できますが、部品が経年劣化するにつれて自然に発生します。Stanyl®(PA46)の場合、この効果は他のポリアミドと比較して大きくなります。実際には、部品の状態は、これら 2 つのモデル予測の中間に収まる可能性があります。
9000時間後、「成形時」の水分発生グラフはほぼ平坦であり、平衡に達していることを意味します(焼きなましされたサンプルの場合、これは4000時間後にすでに当てはまります)。
理論的には、水分濃度は 2 つの線の間の任意の場所にある可能性があります。ただし、極端な条件が適用されていないため、部品は2.6wt%の水分で「成形時」のラインに近づく可能性があります。

70°C(158°F)/ 62%RHでの加速コンディショニングのグラフを追加するには、同じ手順に従います:同じグレードを選択して必要なフィールドに入力するか、[計算の編集]ボタンを使用して前の画面に戻る計算から開始し(すべての入力フィールドが事前に入力されています)、[新しい計算の追加]をクリックします。

サンプル形状 = 無限プレート
プレート/サンプルの厚さ = 3.2 mm (0.13 in)
初期温度 = 23°C (73°F)
初期湿度 = 0%(成形品に水分が含まれていない場合、これは「成形時の乾燥」と呼ばれます)
課せられた温度 = 70°C (158°F)
強制湿度 = 62%
最大拡散時間 = 9000 時間

水分発生グラフは、平衡状態にはるかに早く到達していることを示しています。2000時間後、成形時の乾燥サンプルの場合。この場合、平衡水分濃度はわずかに高く、約3.0wt%です。コンディショニング温度と湿度は、23°C(73°F)/ 50%RHの標準的なコンディショニング方法と比較して高かったため、結晶化度がわずかに高くなる可能性があります(含水率が少し低下します)。水分含有量は両方のコンディショニング方法で必ずしも同じではありませんが、どちらも同様の機械的特性になります。

「こんにちはエンバリオ、

Akulon® K122の射出成形はスムーズに進みました。ただし、壁の厚さが5mm(0.2インチ)の部品は、20°C(68°F)/ 50%で半年間倉庫に横たわっており、湿気を吸収しています。

110°C(230°F)で芯の最大水分レベル0.1wt%まで乾燥させるのにどれくらい時間がかかりますか?よろしくお願いします。

よろしくお願いします、リック」

必要な乾燥時間は水分拡散ツールで見積もることができますが、その後の2つのステップで行う必要があります。(1)規定条件での半年後の吸湿量を算出し、(2)その条件から高温度で戻る乾燥を行う。このツールは、いくつかの単純な形状を処理できますが、この場合、「無限プレート」はお客様の部品に最も近いものです。

最初のステップは吸収です。ドロップダウンリストから「Akulon® K122」を選択した後、以下の入力が必要です。

サンプル形状 = 無限プレート (このツールはいくつかの単純な形状を処理できますが、この場合、「無限プレート」はお客様の部品に最もよく似ています)
プレート/サンプルの厚さ = 5 mm (0.2 in)
初期温度 = 20°C (68°F)
初期湿度 = 0%(成形品に水分が含まれていない場合、これは「成形時の乾燥」と呼ばれます)
強制温度 = 20°C (68°F)
強制湿度 = 50%
最大拡散時間=4380時間(半年は182.5日×24時間)

このツールには、計算結果を示す 2 つのグラフがあり、この例では両方が関連しています。

「水分発生」:プレートの厚さの平均水分濃度。このグラフは、成形直後の初期平均水分濃度がゼロで、時間の経過とともに上昇していることを示しています。半年という時間枠では、まだ均衡に達していません。平均水分濃度は2wt%です。この場合、乾式成型サンプルと焼きなまし(熱処理または熟成)サンプルの違いはほとんどありません。
「水分浸透」:3つの時点のプレートの厚さに対する水分プロファイルを示すより詳細なグラフ。プレートの外側では、水分濃度が最大になっていることがわかります(選択した条件で3.5wt%)。水分は中央に向かって両側から拡散し、中心部で約1.3wt%の値に達します。

2番目のステップは乾燥です。一般に、材料を長期間にわたってこのような高温度に保つことは、劣化が発生する可能性があるため、推奨されません。約80°C(176°F)、できれば窒素下で乾燥させることをお勧めします。

左側の入力列のドロップダウンから同じ成績を選択し、すべての入力を入力します。または、前の画面に戻る計算の凡例にある「計算の編集」アイコンをクリックします。すべてのフィールドは事前に入力されており、変更を加えた後、「新しい計算を追加」を選択します(注:「計算の更新」は前の画面に戻る計算を上書きします)。乾燥プロセスの開始時にプレート内の水分プロファイルが平坦であると仮定して、小さな簡略化を行う必要があります。「水分濃度」を入力できないため、吸収ステップの終了時と同じ水分濃度が得られるように入力「初期湿度」を調整する必要があります(注:入力値の調整にも、「計算の編集」ボタンと「計算の更新」ボタンを使用するのが最も簡単です)。入力は次のとおりです。

サンプル形状 = 無限プレート
プレート/サンプルの厚さ = 5 mm (0.2 in)
初期温度 = 20°C (68°F)
初期湿度=31%(水分濃度2wt%に合わせるように調整)
強制温度 = 110°C (230°F)
強制湿度 = 0%
最大拡散時間 = 300 時間 (推測から始めて、後で調整可能)

水分プロファイルを表示するグラフを検査して、中央(プレートのコア)の濃度が0.1wt%に達した時間を見つける必要があります。もちろん、プレートの外側は水分濃度が低くなっています。この要件を満たすための乾燥時間は約475時間であることがわかりました。水分発生グラフは、コアが0.1wt%の水分濃度に達すると、平均水分濃度が0.06wt%になることを示しています。実際には、乾燥開始時の水分プロファイルは平坦ではなく、実際の乾燥時間はわずかに短くなります。

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現在、このツールをより多くのグレードに拡張する過程にありますが、これは実験データの入手可能性と、その特定のグレードの需要に依存します。ページの右下にあるフィードバックフォームに記入して、探している成績をお知らせください。

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