マテリアル データ シートのデコード

研究は、材料選択プロセスの避けられない部分です。特定の材料が用途に適しているかどうかを調べるには、十分な注意を払う必要があります。一般的な材料の説明は、特定のプラスチックが海洋用途に適しているかどうか、または金属が腐食しやすいかどうかなど、正しい方向を示すのに十分な情報を提供します。特定の素材を深く理解するには、そのデータ シートを参照する必要があります。

材料データ シートは、さまざまな材料をその特性別に説明しており、製品チームにとって非常に便利なツールです。ただし、エンジニアリングまたは技術的なバックグラウンドがないと、混乱する可能性があります。この記事は、材料のデータ シートを解析して、材料の選択に関して情報に基づいた決定を下すのに役立ちます。

材料データ シートに記載されているさまざまなプラスチック材料の特性について詳しく説明する前に、報告されている材料シートの特性は、材料の試験方法によって多少異なることを理解することが重要です。このため、通常、ASTM 規格などの試験条件の概要を示す規格が技術データ シートに記載されています。知っておくべきことはすべてここにあります。

引張特性

最も一般的に報告されている機械的材料特性である引張特性は、引っ張り荷重、力、および応力を受けたときに材料がどのように動作するかを示します。いくつかの引張測定には以下が含まれます:

• 究極の引張強度 — 材料がどれだけの応力に耐えることができるか、それを超えると破壊が避けられない。極限引張強度は通常、psi または MPa として報告されます。これは、基本的に単位面積あたりの力です。

• 降伏時の引張強度、または降伏強度 — 修復不可能な永久変形前に、材料がどれだけの応力を受けることができるか。降伏強度は通常、psi または MPa で報告されます。

• 降伏時の引張伸び — 材料が回復不可能な変形 (「伸縮性」) になる前にどれだけ伸びることができるか。降伏時の引張伸びは、通常、長さの増加率として報告されます。

• 弾性係数 — 材料が応力下でどの程度変形するか (「剛性」)。弾性率は通常、psi または MPa で報告されます。

材料の機械的特性を決定するために、引張試験による張力を使用するのが一般的です。引張試験は、材料の強度、剛性、伸びや伸びの程度を調べるために設計されています。テストは簡単です — クランプの 1 つが、材料が壊れるまで引っ張ります。

加えられた力は引張試験中に測定され、「応力」を測定するために試験サンプルの断面積で割られます。長さの変化、つまり「ひずみ」も測定されます。次に、応力とひずみをプロットして、それらの間の関係を理解し​​、そこから多くの機械的特性を決定できます。

曲げ特性

曲げ特性は、一般的に報告されているもう 1 つのタイプの機械的材料特性であり、曲げ荷重、力、および応力を受けたときに材料がどのように動作するかを示します。一部のオブジェクトでは、構造サポートで使用するために曲げ特性を高める必要がありますが、他のコンポーネントでは、損傷を避けるために柔軟性を高める必要があります。通常、技術データ シートに記載されている特定の曲げ特性が 2 つあります。

• 曲げ強度 — 素材が永久に曲がる前にかかる応力

• 曲げ弾性率 — 応力対ひずみ比で表される、曲げに抵抗する材料の傾向

通常、曲げ強度と曲げ弾性率を決定するには、3 点曲げ強度試験が使用されます。これには、材料のバーを 2 つのサポートに配置し、油圧ヘッド プレスでバーの中心に圧力を加えます。材料の曲げ強度が引張強度よりも高いことはよくあることです。ポリアミドやアセタールなどの充填または強化されたポリマーは曲げ特性が高くなりますが、エラストマーなどの柔軟な材料は通常、曲げ強度と弾性率が低くなります。

衝撃特性

衝撃特性とは、材料がどれだけの衝撃に耐えることができるかを指し、本質的には、壊れずにどれだけのエネルギーを吸収できるかを意味します。北米で衝撃特性を試験する最も一般的な方法は、IZOD 衝撃試験システムを使用することです。衝撃強度をテストするには、材料サンプルをクランプで固定します。重い振り子アームが持ち上げられ、次に振り下ろされ、材料サンプルに影響を与えます。

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。ノッチのある衝撃試験では、ノッチのある表面にアームをぶつけますが、ノッチのない試験では、アームは平らな面にスイングします。ノッチ付きテストはより現実的な結果をもたらす傾向があるため、ノッチなしテストよりも人気があります。

材料の個々の特性は、その衝撃特性に影響を与えます。一般的に言えば、ゴム状材料は破断点伸びが高いため、耐衝撃性に優れています。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高めることができます。

硬度

材料の硬度は、局所的な摩耗やへこみによる変形にどれだけ抵抗できるかを決定します。硬度の範囲は非常に広く、非常に柔らかいものから非常に硬いものまであります。そのため、材料の硬度を測定および決定するために使用され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は次のとおりです。

• ロックウェル スケール 、金属や宝石などの硬い材料の測定に使用されます。

• ショア スケール 、ポリマーの硬度を測定するために使用されます。ショア スケールは、ゲルやゴムなどの柔らかい素材だけでなく、ナイロンやポリプロピレンなどのより硬い素材も測定できます。

硬さ試験中、ボールエンドまたはコーンエンドの小さなロッドが特定の力で材料サンプルに押し込まれ、ロッドが材料にどれだけ押し込まれるかがその硬さを決定します。

熱特性

材料の熱特性は、材料が温度にどのように反応するかを示します。材料のコア熱特性は次のとおりです:

• 連続サービス温度 — 機械的特性が大幅に低下する温度を示します

• 熱たわみ温度 — 温度上昇に伴う材料の剛性を測定

• 線熱膨張係数 (CLTE) — 温度の変化によりサイズが変化する材料の傾向を説明します

• 熱伝導率 — 物質に与えられたエネルギー量に対して物質の温度がどの程度上昇するかを表します

材料のガラス転移温度を決定する場合を除いて、熱特性のテストは簡単です。ポリカーボネートやポリスチレンなど、結晶構造を持たないアモルファス材料のみがガラス転移温度を持ちます。これは Tg で測定され、材料がゴム状になる熱を決定します。

Fast Radius による材料データシートのデコード

材料データ シートを読むことは、今後のプロジェクトで使用される可能性のある材料についてさらに学習するための優れた方法です。ただし、この記事でわかるように、技術データ シートを理解するのは難しい場合があります。さらに、専門家のアドバイスに代わるものではありません。

Fast Radius のような経験豊富な製造パートナーが、材料の選択プロセスをガイドし、複雑な材料データ シートをわかりやすく説明します。 Fast Radius のチーム メンバーは、業界に関する膨大な知識と経験を持っており、その専門知識を活用して、アプリケーションに適した材料を確実に選択できるようにします。次のプロジェクトを開始する準備ができたら、今すぐご連絡ください。

射出成形、ウレタン鋳造、CNC 機械加工に適した材料の選択方法など、材料製造に関するその他のガイドについては、Fast Radius リソース センターにアクセスしてください。

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