2013.12/06 ケミカルアタックと混練技術
ケミカルアタックは、樹脂に樹脂を膨潤させる油が付着したときに、樹脂の強度を著しく低下させる品質故障の呼び名である。樹脂に油が付着しても、その油が樹脂を膨潤させなければ樹脂の強度低下は起きない。しかし、樹脂に添加剤が多く混練されている場合には、その添加剤が油を樹脂内に導いたり、あるいは油が樹脂内の添加剤を吸い上げ樹脂強度を低下させる場合もある、と聞いている。
油が樹脂内の添加剤を吸い上げるという表現をおかしい、と感じられるかもしれないが、添加剤の溶解性が樹脂よりも油で高くなる場合（注１）にその様な現象が発生する。ＳＰ値というパラメーターがあり、その現象の指標として用いることができる。メカニズム不明の場合も含め樹脂のケミカルアタックの問題は構造用材料として樹脂を用いるときに致命的な品質故障となるので成形業者にとって深刻である。
ケミカルアタックによる品質故障を防ぐには現場における油の管理が重要である。これを徹底して行う必要がある。少なくとも成形現場でケミカルアタックの原因を完全に取り除いておかないとケミカルアタックの品質問題は解決が難しくなる。例えば混練技術が未熟な企業のコンパウンドでは、樹脂の混練が不十分なために射出成形体が不均一になりやすく、その結果部分的に強度の低下した成形体ができることがある。例えば成形体にボスがあるケースで、ボスの部分にスが入り強度低下が起きる、ということを経験した。
この問題では、特定ロットのコンパウンドでペレットにスが入っており、混練時に高温度に曝されコンパウンドに含まれる成分が分解した可能性が疑われた。ペレットの電子顕微鏡写真や熱分析、粘弾性解析など手元にある高分子の評価技術で解析したところペレットの生産時に温度異常があった可能性が高い、という結論が出た。そこでコンパウンドメーカーの中国の工場を監査したところ制御盤の指示温度の幾つかが設定温度よりも高くなっており、２０℃以上も高いゾーンがあったので、解析結果を裏付ける証拠写真を撮った。また、その時生産されていたロットの一部のペレットにもスが入っていた。
ところが、混練現場で混練条件が管理されていない証拠写真を見せて樹脂メーカーと日本で議論しても成形現場のケミカルアタック説で押し切られた。とことん議論しても平行線となり、ペレットに「ス」が１００％入っていないコンパウンドを納入する、という条件を認めさせて議論は決着した。このように誠意の無い樹脂メーカーの場合（注３）には、すべての原因を顧客の責任にする傾向があるので成形業者は注意が必要だ。成形業者は怪しいと感じたら混練現場を監査する必要がある。樹脂の混練技術は、２世紀近い歴史を持つバンバリーとロールで混練されるゴム材料に比較して、開発の歴史は５０年弱（注２）であり、現在も新しい連続式混練機の提案がなされている。
（注１）このような場合、系の自由エネルギーを検討する。ＳＰ値もフローリーハギンズのχも熱力学のパラメーターであり、このような現象解析で用いられる。しかし、低分子のＳＰは理論と合う場合が多いが高分子では５０％程度の信頼度である。高分子のＳＰについては溶媒から用いた値を用いる方法もあり、この方法で求めたＳＰではよく一致する。
（注２）連続式混練機の発明は１００年以上前とも言われているが、連続式混練機が発明されてもゴムの混練にはバンバリーとロールが使用された。
（注３）コンパウンドメーカーとケミカルアタックについて議論した話を引用するのは３回目だが、サラリーマン生活において悔しい思い出の一つである。誠実かつ真摯に対応して１００％完璧な白黒決着をつけることができるほど高分子の分析技術は現場まで普及していないし、学術的にも難しい問題である。このことを高分子技術者は知っているので誠実に議論すると灰色の結論になる。その結果、図々しい方の意見が通る、というのがケミカルアタックという故障である。この体験では、成形体の引張強度が部位によって大きくばらついているデータを見せても、それは正確なダンベル型のサンプルで測定したデータではない、というへりくつをつけられた。他のロットに比較し分解物が多い、という証拠として熱分析結果を見せても、ベースラインがおかしいだけだ、と押し切られた。最後に混練現場で設定温度よりも高い温度で混練されていた写真を見せた場合には、樹脂メーカーの担当者も少し驚いたが、ケミカルアタックの問題が起きたロットではない、と否定された。会議の終わり際に、それでは、このスのいっぱい入ったコンパウンドで正常だと思っているのか、とケミカルアタックの疑いがあった成形体に用いたコンパウンドそのものを机の上に出して見せたら、「ス」の無いコンパウンドを納入します、となった。顧客を馬鹿にしたような話であるが、これは実話である。ちなみに成形現場では油の管理基準があり、十分に管理された状態だった。このコンパウンドメーカーの混練技術は、技術サービスとの議論や現場の状況からゴム会社のそれよりも低い、と判断された。
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