樹脂の湿度変化による膨張・収縮について

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質問者：okada2728
質問日時：2016/02/26 10:55
回答数：2件

樹脂製部品において吸水率なる指標があり、水分を吸うと体積膨張（線膨張）が起きるという意味かと思いますが、これを環境湿度で考えた場合、湿度が上がると膨張すると考えてよいのでしょうか。
また、湿度が再び下がると元の体積にもどると考えてよいのでしょうか。（特にこちらを知りたいです）
詳しい方ご教示ください。

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回答 (2件)

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No.2

回答者： drmuraberg
回答日時：2016/03/02 10:31

吸湿性のある樹脂は、湿度が高い所に置かれると吸湿し膨張し、

逆に湿度が低い所に置かれると水分を出し収縮します。

これを、吸湿性の高いポリアミドPA（ナイロン）6と66に付いて
見てみましょう。
温度10～70℃の範囲で、かつ相対湿度が0～100％の範囲で変化するなら、
PA6の吸湿率は0～7.7重量％の範囲で、PA66の吸湿率は0～6.9重量％の
範囲でほぼ直線的（僅かに下に凸）に変化します。PA6,66の比重は1.13です
から、水の比重1.0とほぼ同じと考えれば、この重量変化の立方根が寸法
変化となります。更に近似的には、吸湿率の1/3、つまり、PA6の寸法は
0～2.6％の範囲で、PA66の寸法は0～2.3％の範囲で変化します。
PAがガラス繊維強化樹脂の場合は、ガラス繊維が伸縮に抵抗するので、寸法
変化は未強化樹脂の1/3~1/2程度になります。
普通の使用条件の湿度範囲を40～80％とすると、寸法変化はPA6で0.8～1.8％、
PA66で0.7～1.7％の範囲です。

さて次の問題は、吸湿率が平衡になるにはどの位の時間が掛かるかです。
空中放置の場合は大変に長い時間が掛かり、23℃相対湿度50％の条件下で
100～200日のオーダーです。
言い換えれば、吸湿して一度安定寸法に達したPA樹脂成形品は、その環境
温度と湿度変化に対して極めて反応が遅く、安定寸法の回りで上述の寸法変化
範囲の数分の一の範囲で伸縮の変動を繰り返します。

PA樹脂は吸湿性が高く、吸湿すると靭性が高くなります。成形直後の
吸水率がほぼゼロの物に温水中で吸水させ、所定の吸水率にした物を
耐衝撃性の要求される部品に使います。さらに耐衝撃性を向上させる成分を
加えていますが、ナイロンキャスターは吸水処理による寸法安定化と靭性
向上の１例です。

PA以外の樹脂は吸湿性が低いので、吸湿による寸法変動はPA程問題には
されません。しかし、吸湿による寸法変化の原理はPAと全く同じです。