耐熱性・耐寒性プラスチック

プラスチックの熱特性は、素材の種類と使用環境によって左右されます。必要な耐熱性と耐久性を考慮して材料を選定する必要があります。

 

エンズィンガー素材の特徴とメリット

  • 100℃から400℃を越える耐熱性まで、幅広い温度領域に対応
  • 150℃を越える高温環境で高い性能を示す素材をご用意
  • 加熱後のソリやネジレなどの変形が少なく、寸法安定性に優れた素材


耐熱性(長期耐熱性と短期耐熱性)


長期耐熱性

代表的な指標として、UL746Bによる相対温度指数(Relative Thermal Index;RTI)が用いられます。10万時間で一定の温度で大気中に暴露された場合に、初期の物性値が半減する一定の温度を指標としたものです。長期耐熱温度とプラスチックは以下に分類されます。


短期耐熱性
明確な定義はありませんが、通常、数分から場合によっては数時間の範囲を意味します。樹脂の物理的特性を保持できる上限温度を指すことが多く、形状を保持することが可能な温度、一定レベルの機械強度を保持する温度のことをいいます。

単なる形の保持が問題とされる場合は、以下の温度が目安となります。

  • 結晶性樹脂:融点(Tm)
  • 非晶性樹脂:ガラス転移点(Tg)

応力がかかる場合は、以下が目安となります。

  • 結晶性樹脂:荷重撓み温度(HDT)+クリープ特性
  • 非晶性樹脂:荷重撓み温度(HDT)

各素材の長期耐熱および短期耐熱温度は以下の表にまとめております。
(long-term: 長期耐熱温度、short-term: 短期耐熱温度)

 

 

優れたエンズィンガーの耐熱性素材

幅広い温度領域をカバーするエンズィンガーの素材群
TECAPEEK(PEEK樹脂)であれば、長期耐熱温度:260℃、短期耐熱温度:300℃であり、高温使用に耐えることができます。たとえ高温であっても高いレベルの物性を維持することができるため、半導体、医療、自動車などの様々な分野で使用されています。

 ソリやネジレなどの変形が少ないエンズィンガーの素材
素材内部に内部歪みが残っていると、温度をかけたときにその内部歪みを解消しようとする変形が生じることがあります。エンズィンガーの素材は、製造工程における内部歪みの発生を極力抑え、さらに製造後の熱処理処理を施すことで、樹脂素材内部の歪みを極力小さくするように努めています。

 

テクニカルワンポイント:プラスチックの特性温度

高温条件で使用する場合、ガラス転移温度(Tg)、結晶融解温度(Tm)などの特定の物理的特性が、機械的挙動と耐久性に大きく影響します。

ガラス転移点(Tg)

プラスチックを構成する高分子が、「ガラス」のように硬いが脆さのある状態から「水あめ」のように柔軟性がありゴム様の粘性を有する状態へと変化する温度のことをいいます。横軸に温度、縦軸にプラスチックの弾性率をとって、プラスチックの温度特性をプロットしたのが、次の二つのグラフです。左側が非晶性樹脂、右側が結晶性樹脂の例になります。

  • 非晶性樹脂
    ガラス転移点(Tg)を超えると機械的な強度が急激に低下する現象を示すプラスチックとして定義されます。PEIやPPSUなどの透明なプラスチックがこの樹脂の分類に入ります。

  • 結晶性樹脂
    ガラス転移点(Tg)を超えても、一定レベルの機械強度を維持します。結晶性樹脂の内部では、結晶化している部分と結晶化していない部分(非晶部分)が混在していて、ガラス転移点(Tg)を超えると結晶化していない部分は非晶性樹脂と同じように急激に機械的な強度が低下しますが、結晶化している部分はそのままの構造を保っているため、一定レベルの機械強度が維持されます。PEEK、PVDF、PPSなどがこの樹脂の分類に入ります。

点(Tm)
非晶性樹脂にはなく、結晶性樹脂のみにあります。氷が溶けて水になるように、物質が溶融する温度です。融点を超えると、結晶構造が壊れ、硬い固体の状態から液体の状態へと変化します。そのため、機械特性は一気に低下します。PEEK樹脂を例にとると、ガラス転移点(Tg):143℃、融点(Tm):343℃になります。

耐寒性
結晶性、非晶性プラスチックのどちらにおいても、0℃以下における使用温度には明確な定義はありません。主にアプリケーション要件に大きく依存するため、実際に試験を行って確認する必要があります。しかしながら、エンズィンガーの長年の知見から各素材の耐寒温度を見積り、耐熱性とあわせて表にまとめております。

使用中に発生する応力負荷の種類、例えば衝撃や振動によって耐性は異なってきます。繊維強化素材は、より脆弱な挙動を示す傾向があります。従って、補強材による強化は低温ではより厳しく評価する必要があります。

耐寒性プラスチック
マイナス200℃以下の極低温下では、ごく一部の素材、例えばPI、PE、PTFEしか使えません。以下のプラスチックは、マイナス50℃以下に対応した素材です。