同じ PA6 GF30 表示でも、実際の引張強さが 15% 以上変わるのはなぜか

概要：グレード名は規格ではない

変性プラスチックには統一されたグレード命名規則がありません。「PA6 GF30」という呼び方で約束されているのは、次の二点のみです。基材が PA6 であること、ガラス繊維含有率がおおよそ 30% であることです。

一方、約束されていない項目は少なくとも四つあります。

• ガラス繊維が長繊維か短繊維か、造粒後にどの程度の長さが残っているか。
• ガラス繊維と樹脂をどのカップリング剤体系で接合しているか、その界面強度はどの程度か。
• 基材 PA6 の分子量と粘度グレード。
• そのデータがドライ状態で測定されたものか調湿後に測定されたものか、試験温度は何度か。

この四項目のいずれかが違えば、実測の引張強さに目に見える差が出ます。四項目が重なって 15% 以上の差が出るのは通常の範囲であり、差が出ないほうがデータを疑うべきです。

したがって、どちらにも「PA6 GF30」と書かれた TDS を並べて数字を比較するという行為自体に問題があります。同じものを比較しているつもりで、実際には配合の異なる二つの材料を比較していることになります。

差異が生じる四つの要因

1. ガラス繊維長保持率：ガラス繊維は造粒と射出成形の両方の工程で切断されます。残る長さが補強効率を直接決めます。同じ 30% の含有率でも、保持長が長いものは引張強さと曲げ弾性率が一段階高くなり、切断されすぎたものは補強効果が減退して、PA6 に 30% のガラス粉末を充填した材料に近づきます。

この項目は TDS に記載されないのが通常です。確認手段としては、供給業者が成形品中のガラス繊維長分布を測定しているかを尋ねることになります。

2. 界面接合（カップリング剤体系）：ガラス繊維と PA6 の接合はカップリング剤に依存します。界面接合が弱いと応力が繊維に伝わらず、補強効果が出ません。

界面接合は引張強さよりも衝撃強さへの影響が大きく、とくに低温衝撃で顕著です。よく見られる現象は、二つのグレードで 23°C の常温衝撃値は近いのに、-30°C の低温衝撃値が二倍違うというものです。界面体系の差が低温によって増幅されるためです。

3. 基材の分子量と粘度グレード：同じ PA6 でも粘度グレード（分子量に対応）が異なれば、基材の強度、流動性、靭性が変わります。高粘度の基材は靭性に優れますが加工が難しく、低粘度の基材は加工しやすい反面、靭性が低下します。

この項目はメルトフローレート（MFR / MI）と連動することが多く、MFR が高いものは基材粘度が低い傾向があります。二つの TDS で MFR の差が大きければ、ガラス繊維含有率の表記が同じでも機械的特性は同じ水準にはありません。

4. 試験条件と試験片の状態：最も数字の食い違いを生みやすい項目です。次の三つの変数をそろえる必要があります。

• 試験片の状態：PA6 は吸湿します。ドライ状態（成形直後）と調湿後（23°C / 50% RH 平衡）で引張強さが 30% 以上違うことは珍しくなく、衝撃強さは逆方向に動きます。状態の記載がない TDS の数値は比較できません。
• 試験温度：ノッチ付き衝撃強さについて、23°C と -30°C は別の指標です。低温で使用する部品には低温のデータが必要です。
• HDT の荷重条件：熱変形温度には 0.45 MPa と 1.80 MPa の二つの荷重があります。同一材料でも 1.80 MPa での値は通常 20〜40°C 低くなります。必ず同一条件の値を比較してください。

15% という数値の実際の意味

15% は公差ではなく、同一グレード名の下で配合の異なる材料を実測した観察値です。

その実際の意味は次のとおりです。「引張強さ 180 MPa」と書かれた TDS を手にしても、「購入する材料が必ず 180 MPa である」とは言えず、「180 MPa と表示された材料ならどれでも置き換えられる」とも言えません。実際にはこの数値は一定の幅の中にあり、その幅は 15% を超えることもあります。

この幅が与える影響は、部品の種類によって変わります。

• 非荷重部品で設計余裕がある場合：15% の差異は通常、余裕の範囲内で吸収され、使用上の影響はありません。
• 強度の下限値で設計された構造部品：TDS の代表値ではなく、実測の下限値で照合する必要があります。
• 金型が既存で寸法が確定している場合：強度よりも収縮率が重要です。収縮率が 0.2% 違うだけで大型部品が公差外になることがあります。

ロット安定性：グレード間の差異より多い失敗要因

グレード間の差異は静的であり、一度測定すれば分かります。ロット間の差異は動的であり、通常は第三ロット、第五ロットで表面化します。

供給業者のロット管理能力を判断するには、次の三点を見ます。

1. ロットごとに COA が発行されるか：試作時に一度だけではなく、量産段階では毎ロット必要です。
2. COA の数値が実測値か参考値か：実測値はロットに遡及できますが、参考値は遡及できません。
3. ロット間変動の範囲が取り決められているか：メルトフローレート、灰分、色差の三項目が重要管理項目です。ほぼ同じといった曖昧な表現ではなく、見積段階で管理方式を取り決めるべきです。

当社は変性材料のロット間管理において、メルトフローレート、灰分（充填・強化系）、色差の三項目を重要管理項目とし、出荷ロットごとに COA の実測値を添付しています。具体的な管理数値は追って補足します。直近の連続ロット分の COA を比較用にご提供できます。

購買側で実施できる四つの検証

専門の試験設備がなくても実施できる検証が四つあります。

1. 試験条件をそろえて再測定する：二つの材料を同一規格、同一の試験片状態、同一温度で測定し直します。この工程で見かけ上の差異を消せます。
2. ペレットではなく成形品を測定する：実際の製品に射出成形したうえで性能を測定します。ペレットのデータが良好でも、成形品の性能が良好とは限りません。
3. 初回ロットのサンプルを保管して比較する：初回サンプルを手元に残し、後続ロットと同一条件で比較します。ロットのドリフトを発見する最も手間の少ない方法です。
4. 連続三ロットで検証する：単一ロットのデータが良好なだけでは不十分であり、連続三ロットのデータが安定して初めて合格とみなせます。

事実の出典と適用範囲

当社の試験体制と品質システムについては会社概要をご覧ください。材料選定に関するご相談はお問い合わせから承ります。