樹脂材料の紫外線劣化状態評価

樹脂製品の紫外線による劣化要因調査および改善策のご提案を致します

紫外線劣化の評価-その必要性と概要-

樹脂材料は熱や紫外線により劣化が生じますが、そのメカニズムは劣化要因や樹脂種により異なります。そのため、材料と環境に適した評価を実施する必要があります。

代表的な例として、ポリアミド及びポリカーボネートの場合について、紫外線劣化に関する評価方法をご紹介いたします。

ポリアミドの評価事例

図 促進試験※1)後のDSC※2)測定結果(樹脂:6ナイロン) 図 促進試験※1)後のDSC※2)測定結果(樹脂:6ナイロン)
※1)
試験条件
紫外線照度: 81mW/cm2(波長295~780nm)
照射時湿度: 50%RH
照射時ブラックパネル温度: 63℃
シャワー: 120分に1回120秒
※2)
DSC(示差走査熱量測定;Differential scanning calorimetry)
図 促進試験後の融点と結晶化度※3)(樹脂:6ナイロン) 図 促進試験後の融点と結晶化度※3)(樹脂:6ナイロン)
※3)
結晶化度の定義
結晶化度=⊿Hm/⊿Hm100%×100
⊿Hm100%=188J/g
(出展 Dole.M,Wunderlich.B,Makro chem,34(1959),29-49)
窒素・空気中2段階TG法によるゴム組成の調査事例

ポリカーボネートの評価事例

図 促進試験※1)後のGPC※2)測定結果(樹脂:ポリカーボネート) 図 促進試験※1)後のGPC※2)測定結果(樹脂:ポリカーボネート)
※1)
試験条件:ポリアミド(6ナイロン)と同条件
※2)
GPC(ゲル浸透クロマトグラフィ;Gel Permeation Chromatography)
図 TG※3)による樹脂の10%重量減少温度測定結果 図 TG※3)による樹脂の10%重量減少温度測定結果
※3)
TG(熱重量測定;Thermo Gravimetry)

低分子量成分の増加は、10%重量減少温度の低下に対して影響が大きい。

紫外線による促進劣化試験実施後のポリカーボネー トに関する調査事例

表面物性測定の必要性

  • ゴム、樹脂、表面皮膜等の高分子材料は、紫外線や熱により表面から劣化し易く、外観変化や分子構造の変化に現れますので、測色やFT-IRにより劣化状況が調査される事が一般的です。
    しかし、色や分子構造の調査では、高分子材料に求められる表面機能(耐疵付き性、摩擦係数等)の劣化状況が分かりませんでした。表面物性の測定は、高分子材料の表面機能劣化状況を確認するために重要です。
  • 各種の促進劣化試験(サンシャイン、キセノン等のウエザーメーター)を実施した後、表面物性を測定し、さらにデータ処理する事で実環境においてある劣化度に到達するまでの寿命の予測も可能です。

ナノインデンテーション試験の概要

  • ビッカース圧子によりステップ的に連続して荷重をかけ、表面からのある深さでの荷重下での硬さ、押し込みヤング率、弾性/塑性比率等の表面物性を測定する事ができます。
  • マイクロスコープにより表面観察し、適正な測定位置を決定、記憶させ、その位置のナノインデンテーション試験を実施することができ、さらに加熱ステージ上(常温~200℃)で諸物性の温度依存性の調査をする事も可能です。
ナノインデンテーション試験装置

作業の流れ

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JFEテクノリサーチ株式会社 営業本部