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樹脂流動解析(CAE)で使用する樹脂特性について

必要な物性

樹脂流動解析で必要となる主な物性は、3系統に分かれます。
1つ目は、流動特性、2つ目は、熱特性、3つ目は機械特性となります。
目的に応じて必要となる物性は異なりますが、最低限必要なものは、下記の4つとなります。
①粘度:樹脂の流れやすさを示します。この数値が大きいほど、流動抵抗が大きくなり流れにくくなります。
②PVT:圧力と、体積、温度の英語の頭文字をとって表現しています。圧力温度で体積変化がおきるのを表現します。
③比熱:単位あたりの温度を上げる熱量を表します。大きいとより熱量が必要です。
④熱伝導率:熱の伝わりやすさを示します。樹脂は、金属と比較すると2桁くらい小さく熱が伝わりにくいです。

目的別の必要な物性は、樹脂流動のみですと粘度が必須、そり変形収縮を計算させる場合は、PVTデータと熱特性が必要となります。機械特性(ポアソン比、ヤング率、熱線形膨張係数)も必要です。
ガラス繊維等の強化繊維が入っている場合のそり変形を求める場合は、方向を変えて取得したデータが必要となります。 粘度カーブ
<粘度カーブの一例>
縦軸が、粘度の値、横軸がせん断速度、色分けした線は温度が異なった場合のグラフとなっています。
せん断速度(射出成形で言うと、射出速度と相関)が大きいと粘度が小さくなるカーブとなっています。
せん断速度依存で、粘度が下がる事をシェアシンニングと呼びます。
射出成形で射出時間が短いと成形しやすいのは、見かけの粘度が下がる為です。
温度が異なると粘度が変化します。各カーブ毎の距離が同じ温度領域で離れているほど、温度依存性が高いという事になります。温度依存性が高いと、樹脂温度が変わることで粘度が大幅に変わります。
粘度を表現するモデル式は、主に3定数、5定数、7定数の式があり、パワーローモデル、クロスモデル、クロスダブルエルエフモデルと呼ばれます。定数が多いほど、表現できる粘度が正確な為クロスWLF式が良いと言われております。
<PVTカーブの一例(非晶性樹脂)>
縦軸は、比体積(単位重量当たりの体積)で、横軸は、温度依存を表します。
カーブが複数あることで圧力依存を示します。温度が高いと体積が大きくなり、下がると小さくなる。
そして、圧力がかかると圧縮されて体積が小さくなることが分かります。 比熱、熱伝導率については、固体状態と溶融状態の数値が必要となります。
非晶性樹脂と結晶性樹脂では挙動が異なる為、結晶性樹脂の場合は、より細かい温度領域での数値が必要です。
比熱カーブの一例(結晶性樹脂)
上図の比熱カーブを見てい頂くとわかりますが、ピーク値があり、樹脂が冷えていく過程で発熱があり温度が下がらない
箇所がある事を示します。結晶性樹脂が糸引きをする原因は、熱特性がこのようになっている為です。

樹脂測定サービス

弊社では、お客様のニーズに応える樹脂測定サービスも提供しております。
樹脂流動解析等に必要なデータがない場合は、測定をご依頼ください。
流動解析ソフトMoldex3Dのデータとしてお渡しが可能です。
<測定対応可能なもの>
熱可塑性樹脂、及び熱硬化樹脂
<測定項目>
①粘度
②PVT
③比熱
④熱伝導率
⑤粘弾性(溶融、固体)
⑥ヤング率
⑦ポアソン比
⑧熱線形膨張係数
⑨硬化・流動特性(熱硬化樹脂)
⑩硬化・反応特性(熱硬化樹脂)
⑪PVTC(熱硬化樹脂)
樹脂測定のご相談は、こちらから。

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