プラスチックの熱力学的変化

Nov 21, 2025

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物理的および機械的特性プラスチックは温度と密接に関係しています。温度が変化すると、プラスチックの特性が変化し、さまざまな物理的状態を示し、段階的な機械的特性を示します。熱下でのプラスチックの物理的状態と機械的特性は、プラスチックの成形と加工にとって非常に重要です。

プラスチックの主成分であるポリマーの影響により、プラスチックは加熱されるとガラス状態(結晶性ポリマーの場合は結晶状態とも呼ばれます)、弾性状態、粘性流動状態という物理状態で存在することがよくあります。図1-1に示すように、プラスチックを加熱したときの変形度と温度の関係を示した曲線を熱力学曲線といいます。

 

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(1) ガラス転移状態

 

プラスチックが特定の温度 θg にある場合、温度が低下するにつれて固体の硬度が徐々に増加するため、このプラスチックを使用する多成分部品の硬度も徐々に増加します。-軟化した状態から徐々に硬さが増していく状態です。各種許容温度をθgとすると、ある温度以下ではプラスチックは脆性破壊を起こします。この温度の値をガラス転移温度といい、プラスチックの使用温度の下限となります。

大きな変形を必要とする加工には適さないガラス転移状態 - のプラスチック - でも、曲げ、穴あけ、切断などの加工が可能です。

 

(2) 高弾性状態

 

プラスチックを θg より高い温度に加熱すると、高弾性ゴム-のような高弾性状態を示します。 θg から温度が高いほど高弾性状態が良好であることを示します。弾性が高い状態のプラスチックは、外力を大きく加えることができないと容易に変形してしまいます。一定の応力がかかると、弾性状態でクリープと応力緩和が起こります。離型が早すぎると、成形品が離型直後温度 θg よりも高い温度のままになってしまいます。

 

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(3)粘性流状態

 

プラスチックが θf より高い温度まで加熱され続けると、顕著な粘性流動特性が現れます。粘性流動状態にあるプラスチックは液体になります。プラスチックが溶融した状態では、その変形はもはや元に戻せません。一定の状態を維持して除荷すると、元の状態には戻りません。 θfは成形の下限温度であり、最低加工温度となります。材料の形状安定性は液体状態から弾性状態に変化します(または弾性状態から粘性状態に変化します)。

プラスチックを加熱し続けると温度はθfに達し上昇します。プラスチックは分解して変色し始めます。プラスチックの電気抵抗は急激に減少します。 θfは分解温度の上限です。高温での成形加工に適した温度限界です。したがって、θf とθg は成形プロセスを選択する際に考慮する必要がある温度の上限と下限になります。 θf- θgは成形加工温度の設定可能範囲です。