プラスチック成形時における残留応力の発生メカニズムと成形不良対策

プラスチックの成形は、射出成形、押出成形、ブロ-成形等の種々の方法で行われるが、いずれの成形方法でも加熱による溶融状態で流動により所定の形状が賦与された後、固化、冷却される。この固化、冷却の段階では、プラスチックは溶融状態から凝固あるいは硬化反応により固化した後、冷却による温度の低下あるいは硬化反応の進行に伴いやわらかいゴム状態から粘弾性そして硬いガラス状態へとその力学的挙動が大きく変化し、同時に凝固、硬化および冷却にともなう収縮を生じ、いわゆる熱粘弾性挙動を示す。 　そして固化、冷却の段階で外部からの冷却や内部での発熱が大きいとプラスチック内部には温度分布が生じ、場所により力学的挙動に差異を生じることにより、大きな残留ひずみ、残留応力が発生する。 　ここでは、上述の残留応力の発生メカニズムを、熱粘弾性力学モデルを用いて定性的に説明し、熱粘弾性挙動に伴う残留応力の理論的、実験的な取扱法及びその低減化法について平易に解説する。

1. 残留応力の発生を理解するための基礎知識
   1. 粘弾性特性・熱粘弾性特性とは?
   2. 粘弾性特性・熱粘弾性特性の利用方法
   3. 熱粘弾性に伴う特異現象 (クリープ挙動、緩和挙動)
2. プラスチックの力学を理解するための基礎知識
   1. プラスチックの応力とひずみ
   2. 粘弾性挙動と粘弾性モデル
   3. 応力-ひずみ関係式 (構成方程式)
      • 応力-ひずみ関係式の誘導方法
3. 残留応力の発生メカニズム
   1. 残留応力の発生要因の分類
   2. 冷却過程で生ずる残留応力
      1. 応力と残留応力
      2. 残留応力の発生要因
      3. 冷却過程を表現出来る熱粘弾性力学モデル
      4. 冷却過程で生じる残留応力の発生メカニズム
   3. 硬化収縮で生じる残留応力
      1. 熱硬化性樹脂の硬化過程のモデル化
      2. 硬化過程を表現出来る熱粘弾性力学モデル
      3. 硬化収縮で生じる残留応力の発生メカニズム
4. 残留応力の理論的・実験的解析法と対策法
   1. 残留応力の基礎式
   2. 理論的解析方法
   3. 実験的解析方法
      1. ひずみゲージ法
      2. X線回折法
   4. 残留応力低減化法
5. 変形及び応力解放の長期予測法
   1. 時間-温度換算則の基礎概念
   2. 時間-温度換算則の成立と確認法
   3. 時間-温度移動因子 (アーレニュウス型、WLF型)
   4. 残留応力の開放に伴う変形の長期予測
   5. 強度低下の長期予測