材料データシートを読み解き、賢い選定を実現する

リサーチは材料選定プロセスの不可欠な部分です——特定材料が用途に適しているか判断するには、デューデリジェンスが必要です。一般的な材料説明は、特定プラスチックが海洋用途に適しているか、金属が腐食しやすいかなど、正しい方向を指し示す十分な情報を提供します。特定材料を深く理解するには、そのデータシートを見る必要があります。

材料データシートは、材料をその特性で記述し、製品チームにとって非常に有用なツールです。しかし、エンジニアリングや技術的バックグラウンドがないと理解しにくい場合があります。本記事では材料データシートを解析し、材料選定で情報に基づいた意思決定ができるよう支援します。

データシートで見つけられるさまざまなプラスチック材料特性に入る前に、報告される材料シート特性は材料の試験方法に依存することを理解することが重要です。このため、ASTM規格などの試験条件を定めた標準が技術データシートに記載されているのが一般的です。知っておくべきすべてを解説します。

引張特性

引張特性は最も一般的に報告される機械的材料特性で、材料が引張荷重、力、応力を受けた際の振る舞いを示します。主な引張測定項目：

• 極限引張強さ——破断が不可避となるまで材料が耐えられる応力。通常psiまたはMPaで報告（単位面積あたりの力）。
• 降伏点引張強さ（降伏強さ）——不可逆な永久変形が生じる前の耐えられる応力。通常psiまたはMPaで報告。
• 降伏点引張伸び——不可逆変形前の伸び量（「伸びやすさ」）。通常長さの増加率で報告。
• 弾性率——応力下での変形量（「剛性」）。通常psiまたはMPaで報告。

引張試験による張力で材料の機械的特性を決定するのが一般的です。引張試験は材料の強さ、剛さ、伸び・伸長量を発見するよう設計されています。試験はシンプル——クランプの一方が材料を引っ張り、破断するまで続けます。

試験中の加力を測定し、試験片断面積で割って「応力」を測定します。長さ変化「ひずみ」も測定されます。応力とひずみをプロットし、それらの関係を理解することで多くの機械的特性を決定できます。

曲げ特性

曲げ特性は引張特性と並ぶ一般的な機械的材料特性で、材料が曲げ荷重、力、応力を受けた際の振る舞いを示します。構造サポート用途で曲げ特性向上を必要とするオブジェクトもあれば、損傷回避により柔軟性を必要とするコンポーネントもあります。技術データシートで通常見られる2つの特定曲げ特性：

• 曲げ強さ——永久変形前の耐えられる応力
• 曲げ弾性率——材料の曲げ抵抗傾向、応力ひずみ比で表現

通常、3点曲げ強さ試験で曲げ強さと曲げ弾性率を決定します。これは材料棒を2支持点に置き、油圧ヘッドプレスで棒中央に圧力を加えるものです。材料の曲げ強さが引張強さより高いのは一般的です。充填・強化ポリマー（ポリアミド、アセタール等）は曲げ特性が向上し、エラストマーのような柔軟材料は通常曲げ強さと弾性率が低いです。

衝撃特性

衝撃特性とは、材料がどの程度の衝撃に耐えられるか、つまり破断せずに吸収できるエネルギー量を指します。北米で衝撃特性試験に最も一般的に使用されるのはアイゾッド衝撃試験システムです。衝撃強度試験では、材料試験片をクランプで固定し、重い振り子アームを持ち上げて振り下ろし、試験片に衝突させます。

衝撃強度試験にはノッチ付き試験とノッチなし試験の2種類があります。ノッチ付き衝撃試験はノッチ面にアームを衝突させ、ノッチなし試験は平らな面に振り下ろします。ノッチ付き試験の方がより現実的な結果を出す傾向があり、より一般的です。

材料の個別特性が衝撃特性に影響します。一般的に、ゴム状材料は破断伸びが高いため優れた耐衝撃性を示します。長鎖分岐とより大きな結晶構造もプラスチックの衝撃特性を向上させます。

硬度

材料の硬度は、局所的摩耗や押し込みによる変形にどの程度耐えられるかを決定します。硬度範囲は超軟質から超硬質まで膨大なため、材料硬度を測定・決定するさまざまなスケールがあります。最も一般的な2つの材料硬度スケール：

• ロックウェルスケール：金属や宝石など硬い材料の測定に使用。
• ショアスケール：ポリマーの硬度測定に使用。ゲルやゴムのような軟質材料から、ナイロンやポリプロピレンのようなより剛性の高い材料まで測定可能。

硬度試験では、小さな球先または円錐先のロッドを特定荷重で材料試験片に押し込み、ロッドが材料にどの程度食い込むかで硬度を決定します。

熱的特性

材料の熱的特性は、温度に対する反応を示します。材料の核心的熱的特性：

• 連続使用温度——機械的特性が大幅に低下する温度以上を示す
• 熱変形温度——温度上昇に伴う材料剛性を測定
• 線膨張係数（CLTE）——温度変化による材料サイズ変化の傾向を記述
• 熱伝導率——材料が受けるエネルギー量に対して温度がどの程度上昇するかを記述

熱的特性試験はシンプルですが、材料のガラス転移温度決定では例外です。結晶構造を持たない非晶質材料（ポリカーボネート、ポリスチレン等）のみがガラス転移温度を持ちます。Tgで測定され、材料がゴム状になる熱を決定します。

Fast Radiusで材料データシートを解読

材料データシートを読むことは、次期プロジェクトの候補材料について学び始める優れた方法です。しかし、本記事で見たように、技術データシートは理解が難しい場合があります。また、専門家のアドバイスの代替にはなりません。

Fast Radiusのような経験豊富な製造パートナーは、材料選定プロセスをガイドし、複雑な材料データシートを解明します。Fast Radiusチームメンバーは豊富な業界知識と経験を持ち、その専門性を活用して貴社の用途に最適な材料選定を確実にします。次期プロジェクトを始める準備ができたら、今すぐお問い合わせください。

射出成形、ウレタン鋳造、CNC加工向けの適切な材料選定方法など、材料製造に関するさらなるガイドについては、Fast Radiusリソースセンターをご覧ください。

Fast Radiusで部品製造を始めませんか？

今すぐ見積もりを開始