レオロジー | イプロスものづくり

図を用いて解説！応力緩和が起きるのは材料が緩和弾性率の特性を有している…

当コラムでは、樹脂成形とレオロジーの第6回「緩和弾性率の表わし方と時間・温度換算則」について解説しています。プラスチック材料は緩和弾性率の特性を有しますが、一組のばねとダッシュポットのみを用いる2要素マックスウェ...

射出成形・ブロー成形・圧縮成形など！熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の成形法…

人類が得たモノづくり法は、石包丁や石矢じりなど大きな塊から不要部を取り去って目的形状を残す「除去加工」です。切削、レーザー、エッチング加工がこれに該当します。一方、樹脂の成形加工法はあらかじめ計量された材料を目的形状に成形する「変形加工」となります。当コラムでは、その代表的な成形法について説明します。【掲載内容(一部)】 ■熱可塑性樹脂の成形法・射出成形(...

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樹脂成形とレオロジー第7回「Die Swellの基礎と無次元数」

限定した条件での計算式を紹介！De数の自然現象への適用例なども解説して…

プラスチックなどの高分子溶融体は流動時に弾性の性質を示し、特にダイ末端から押し出された際に弾性回復によって膨らむことが知られています。この現象はDie SwellやBarus効果とよばれます。実際にはダイから出たあとの樹脂の冷却や重力の影響が加わりますが、当コラムでは非常に限定した条件での計算式を紹介します。【掲載内容(一部)】 ■前提条件 ■粘弾性流体の無...

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樹脂成形とレオロジー　第14回「熱硬化性樹脂の反応の進行」

反応状態の調べ方と定義方法について解説！反応率、反応速度の定義などをご…

熱硬化性樹脂は主剤、硬化剤および各種添加剤からなる複合材料です。これらを配合した時点から化学反応によって分子構造が二次元から三次元に変化し、高分子化が進んで、最終的に不溶性の生成物となります。粘度、弾性率、比容積などの物性値の変化は反応の進み方と密接に関連しています。当コラムでは、反応状態の調べ方と定義方法についてご紹介します。【掲載内容】 ■反応発熱の測...

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樹脂成形とレオロジー第24回「Maxwellモデルへの変換」

樹脂の周波数依存特性の一般化Maxwellモデルへの変換について解説！

緩和弾性率の表現方法は弾性体に粘性の寄与を考慮した構造解析の分野と、粘性体に弾性の寄与を考慮した樹脂流動解析の分野で異なっています。構造解析の分野では、純弾性特性を表現するばね単独要素があり、これに並列に二要素Maxwellモデルが並びます。当記事では、動的粘弾性装置で得られる周波数依存特性値を一般化モデルに置き換える例についてご紹介。詳しくは下記関連リンクよりご覧いただけますので、...

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樹脂成形とレオロジー　第19回「伸長粘度の測定法と特性例」

ロールの回転数をNとすると回転速度vは次式！一軸伸長粘度の測定原理など…

当コラムでは、『伸長粘度の測定法と特性例』についてご紹介します。もっとも初期に検討された方法は、Meiβner法とよばれる一軸引張法。現在ではこれに変わる色々な方法がありますが、原理を説明しやすいので、ここではMeiβner法を例に説明します。ぜひ、ご一読ください。【掲載内容】 ■一軸伸長粘度の測定原理 ■一軸伸長粘度の測定例 ※コラムの詳細内容は、関...

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樹脂成形とレオロジー　第1回「レオロジーとは」

レオロジーの基礎とCAEとの組合せ技術について掲載！レオロジーの位置づ…

レオロジーとは米国の科学者により名付けられたRheo(流動、変形)と logos(法則)を語源とした合成語です。現在では「物質の流動と変形に関する科学」という意味になっています。一方、コンピュータ能力の飛躍的向上により、計算機設計支援技術である CAE(Computer Aided Engineering)が発展し、新製品開発時の予想問題点とその解決策の机上検討が設計業務の重要な...

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樹脂成形とレオロジー　第9回「指数則流体の特性式」

純粘性流体の構成方程式や指数則モデル、速度分布の比較について図を用いて…

純粘性流体を対象とする場合は、応力とひずみ速度の量的関係を表す式を構成方程式またはレオロジー方程式とよびます。ニュートン流体の場合、温度や圧力が一定ならηは定数となります。したがって、せん断速度とせん断応力の関係は線形になります。一方、プラスチックなどの溶融体では非...

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樹脂成形とレオロジー　第8回「流体の分類」

粘性体としての取り扱い法について掲載！せん断速度を瞬時に変えたときの特…

樹脂材料は粘弾性体であり、これまで述べてきたようなモデルを用いて解析することが理想です。固化状態に限定すれば数値解析の困難さは幾分改善され、実用的な計算も行われています。一方、射出成形のような高速流れを含む現象に関しては、粘弾性の考慮は膨大な計算時間と数値解の不安定さを招き、現実にはほとんど用いられていません。当コラムでは、対象を樹脂流動とし、粘性体としての取り扱い法に...

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樹脂成形とレオロジー　第22回「樹脂の弾性成分と粘性成分の測定」

樹脂の成形プロセスでは液体試験用の測定が一般的！純弾性体と純粘性体の挙…

樹脂は弾性と粘性の両方の成分を所有しており、当コラムでは、この特性の測定法について説明します。動的粘弾性装置は、試験片に定常的な正弦波ひずみを与え応答応力を測定し、両者の位相差から粘弾性体の挙動を調べる装置です。固体試験用は試料の両端を固定し縦方向に正弦波を与えます。試料が液体の場合はこのような形の測定ができませんので、試料を容器に入れて回転方向の正弦波を与えます。...

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樹脂成形とレオロジー　第2回「樹脂の分類と種類」

代表的な熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の種類と用途を図を用いて詳しく解説し…

樹脂とはもともと植物体から分泌される物質を指し、英語でresinといいます。この合成樹脂は一般的な性質として加熱すると軟化して任意の形に成形することができる、すなわち塑性をもっているのでプラスチックともよばれます。主原料は以前は石炭でしたが、1950年代から石油に代わり、現在では、その使い勝手の良さから鉄鋼・セメント・ガラス・木材・軽金属などと同じように、基本的な材料と...

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樹脂成形とレオロジー　第5回「粘弾性体のモデル化」

マックスウェル（Maxwell）モデルとフォークト（Voigt）モデル…

プラスチックなどの高分子材料は、一定のひずみを与えておくと時間の経過とともに応力が低下する応力緩和や、一定の応力を与えておくと時間の経過とともにひずみが増加してある値に向けて飽和していくクリープとよばれる現象が起きます。これらは材料が弾性と粘性の特性を併せ持つために起こります。それぞれの単体特性を持つ要素をうまく組み合わせれば、応力緩和やクリープ現象が表現できそうで...

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樹脂成形とレオロジー　第17回「熱硬化性樹脂の粘度式モデル」

CAEでよく用いられているCastro-Macosko粘度式モデルにつ…

熱硬化性樹脂は反応の進行に伴い分子間の結合が進み分子は動きにくくなるので粘度が指数関数的に増大し、ゲル化点で液体から固体へと変化します。これにせん断速度と温度の影響が加わりますので、実際の成形工程では非常に複雑な粘度変化をします。当コラムでは、CAEでよく用いられているCastro-Macosko粘度式モデルについて説明します。【掲載内容】 ■Castro-M...

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樹脂成形とレオロジー　第16回「Kamalの反応速度モデル」

反応速度、反応率の時間変化をグラフを用いて詳しく解説！Kamalモデル…

実際の熱硬化性樹脂は用途に応じて非常に多くの素材が配合されるのが一般的であり、反応形態が異なる多くの材料が存在します。したがいまして、等温状態で反応速度が初期に最大にならない特性の材料があり、これをうまく表す反応速度式が望まれます。これに適合するモデルの一つがKamalの反応速度式であり、現在では CAEの世界で頻繁に使われています。【掲載内容】 ■Kamalモ...

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樹脂成形とレオロジー　第18回「伸長流動について」

ある方向に伸び、それと直交する方向に収縮するモードの変形を伸長流動とよ…

お餅を焼くと膨らみますね。これは中の水分が水蒸気になり、内部の体積が増えて餅を風船のように膨らませるためです。内部の水蒸気の膨張によって球体表面のab間の距離が広がり、厚みが薄くなり、内部圧に耐えられない薄さになったときに破裂してしまいます。この例のようにある方向に伸び、それと直交する方向に収縮するモードの変形を伸長流動とよびます。当コラムでは、『伸長流動につい...

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樹脂成形とレオロジー　第10回「粘度の温度依存性の表わし方」

代表的なモデル式をご紹介！CAEで用いられる粘度式では粘度の温度依存性…

液体が形を変えようとするとき、分子間力による抵抗が生じ、この大きさが粘度になります。温度が上昇すると液体の分子運動が活発になり、自由に動きたがるため粘度は低下。プラスチックの成形加工工程において樹脂温度は大きく変化するため、粘度もその影響を大きく受けます。したがって、CAEで用いられる粘度式では粘度の温度依存性を加えることが一般的になっています。当コラムでは...

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樹脂成形とレオロジー　第15回「減衰反応速度式」

温度依存性を表すモデルや温度、反応率依存モデルについてグラフを用いて解…

当コラムでは、化学分野でよく用いられる減衰反応速度式についてご紹介します。同じ材料であっても温度が高いと反応は活発になり、温度が低いと反応はゆるやかに進みます。反応速度の温度依存性を表す一般的な方法は、アレニウスモデルを用いることです。アレニウスモデルは、ある温度での化学反応を予測する式としてスウェーデンの化学者が提案したもので、現在では反応の温度依存性を表す標...

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樹脂成形とレオロジー第21回K-BKZモデルでの伸長粘度の計算例

一定ひずみ速度での一軸伸長粘度計算式や一軸伸長粘度とせん断粘度の比較を…

前回、粘弾性体の一定ひずみ速度での一軸伸長粘度計算式ならびに単純せん断流動での粘度の計算式を示しました。当コラムでは、現象をできるだけ単純化するために、次の仮定を設けることにします。詳しくは関連リンクからご覧いただけます。ぜひ、ご一読ください。【掲載内容】 ■K-BKZモデル ■計算前提 ■一軸伸長粘度の計算結果 ■一軸伸長粘度とせん断粘度の比較 ...

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樹脂成形とレオロジー　第11回「非凝集系懸濁液の粘度」

適切な配合量を選択することが重要！充填剤量と粘度の関係についての基礎を…

プラスチックは軽量で加工しやすい特長がありますが、単体のみでは工業界の要求に応えるのが難しいことが多く、特定の材料を混ぜ込んで性能を高める工夫がなされています。プラスチックに特定の材料を混ぜ込む目的には、強度、放熱性、遮音性、摺動性の向上や導電性・磁性の付与などがあり、主にガラスやカーボンなどの無機材料が用いられ、充填剤やフィラーとよばれています。当コラムでは、充填...

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樹脂成形とレオロジー　第20回「K-BKZモデルについて」

式も記号の意味も大変わかりにくいですが、できるだけ単純な現象に限定して…

伸長流動挙動を含めて、粘弾性体のCAE解析用にもっともよく使われているのが、積分型構成方程式のK-BKZモデルです。当コラムでは、できるだけ単純な現象に限定して原理を説明してみたいと思います。詳しくは関連リンクからご覧いただけます。なお、ひずみテンソルと不変量については専門書などを参考にして下さい。【掲載内容(一部)】 ■K-BKZモデル ■記憶関数mの役割 ...

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樹脂成形とレオロジー第12回「気泡成長の基礎」

気泡の成長解析の基礎式と簡易計算例を解説！気泡モデルや膨張が起きた状態…

プラスチックの成形加工の分野の一つに発泡成形があります。これは溶融樹脂中で気泡を成長させ、成形品に衝撃吸収性、クッション性、断熱・保温性、吸音・遮音性などを付与するとともに、軽量化を図ることを目的としています。当コラムでは、気泡の成長解析の基礎式と簡易計算例をご紹介します。【掲載内容】 ■基礎式の誘導 ■簡易計算例 ※コラムの詳細内容は、関連リンクより閲覧...

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樹脂成形とレオロジー　第13回「熱硬化性樹脂成形と物性値の変化」

熱硬化性樹脂のCAEでは、反応状態を予測できるモデルを使用！CAEでの…

樹脂は熱可塑性と熱硬化性に大別でき、それぞれの種類、用途や成形法の概略について本講座の第二回と第三回で説明してきました。当コラムでは、熱硬化性樹脂についてCAEでの取り扱い方について解説。熱可塑性樹脂では加熱すると溶融するだけですが、熱硬化性樹脂では加熱により不溶の生成物ができることが大きな違いになります。【掲載内容】 ■熱硬化性樹脂を加熱するとどうなるか ■成...

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