ポリアミドは吸湿性があり、水分の吸収はポリアミドの特性に影響を与えます。本ツールは、水分の吸収または放出量およびそれに要する時間を予測します。ユーザーは2つの計算方法を選択できます。1つは「基本」モードで、ひとつの条件変化に対する計算を行い、もう1つは周期的な条件変化を考慮したアドバンストモードです。

「ステップ変化」：

サンプルは初期条件（温度 T_0、相対湿度 RH_0）で平衡化され、時刻=0で新たな条件（温度 T_1、相対湿度 RH_1）が一定時間付与されます。経時的な水分含有量および試験片厚さ方向の水分濃度分布が予測されます。これにより、水分吸収だけでなく乾燥効果もシミュレーション可能です。

「サイクル」

同様に、サンプルは初期条件（温度 T_0、相対湿度 RH_0）で平衡化され、時刻=0で各サイクルごとに異なる温度・相対湿度条件が一定時間付与されます。この複数条件セットは繰り返すことが可能です（サイクル数指定）。経時的な水分含有量および厚さ方向の水分濃度分布が予測されます。これにより、水分吸収・乾燥効果の両方がシミュレーションできます。

ユーザー入力：

• グレード選択
• プレートの厚さ（高さおよび奥行きは無限と仮定）
• プレートの初期温度および相対湿度
• プレートに付与される各条件（温度、相対湿度、時間）（条件1、2等）
• サイクル回数（ウェブインターフェースのタイムアウトを防ぐため50回まで）

ツール出力：

• 3サイクルにおけるプレート内部の正確な位置に対する水分浸透のグラフ表示
• 時間経過に伴う位置平均の水分濃度を示すグラフ表示

厚さ1～10 mm（0.04～0.4 in）のプレートを成形し、その後、ガラス転移温度（Tg）と融点（Tm）の中間、すなわち結晶化速度が最大となる高温でアニール処理を行いました。この熱処理は16時間実施されており、これは実質的な結晶化度を有すると考えられます（ただし、さらに長時間の熱処理によってより高い結晶化度を得ることが可能であることも知られています）。サンプルの酸化を防ぐため、窒素雰囲気下で処理されました。

各種市販ポリアミドグレードのパラメトリゼーションは、23～120°C（73～248°F）の温度領域における幅広い吸水・放水試験に基づいています。プレートの大部分は水浴に浸漬され、一部は調湿チャンバーに入れられました。プレートの重量を計測することで、経時的な吸水量が明らかになります。乾燥条件下でも同様の手法で脱水挙動を調べています。

結晶化度

半結晶性樹脂は、一般に高分子鎖がランダムに配列したアモルファス相と、規則的に配列した結晶性（秩序化）相の両方を含んでいます。含水はアモルファス相でのみ発生します。ただし、結晶化度は固定された材料定数ではなく、成形条件や経時変化に依存します。射出成形やブロー成形後の冷却（「ドライアズモールド」）時には、まだ最大結晶化度には達していません。用途によっては、この最大に達していない状態が有利になる場合もあり、逆に完全な結晶化状態が求められる場合もあります。ドライアズモールドのサンプルは、アニール（または経年）材に比べて多くの水分を吸収することができます。部品の寿命中、通常は結晶化度が増加し（吸水量は減少）、この過程を促進したい場合は「アニール」（短時間の加熱処理）を適用することが可能です。

結晶化度は成形条件・環境・経時変化などに依存するため、弊社材料について絶対的な値を一つ示すことはできません。その代わりに、本ツールは「ドライアズモールド」サンプルの含水量予測と、所定条件でアニール処理したサンプルの含水量予測の両方を提示します。極端なアニール処理を施さない限り、部品の含水量はこの2つの予測値の中間になることがもっとも一般的です。

データシートには通常、「ドライアズモールド」値が記載されています。PA6、PA66、PPAの場合、「アニール済み」平衡含水量は、ドライアズモールドサンプル比で10～20%低く、PA46ではさらにその半分程度まで低下します。

必要な乾燥時間はMoisture Diffusionツールで算出できますが、2つの連続したステップが必要です。（1）指定した条件下で半年経過後の吸湿量を算出し、（2）その条件から昇温下での乾燥工程を行います。このツールは簡易な形状に対応しており、今回の顧客部品については「無限板」モデルが最も近いものとなります。

最初のステップは吸湿プロセスです。ドロップダウンリストから「Akulon® K122」を選択後、次の入力が必要となります：

• サンプル形状 ＝ 無限板（このツールは簡易な形状に対応しており、今回のケースでは「無限板」が顧客部品に最も近似しています）
• 板厚／サンプル厚み ＝ 5mm（0.2インチ）
• 初期温度 ＝ 20°C（68°F）
• 初期湿度 ＝ 0%（成形直後は含水率ゼロ、これを「dry-as-molded」と呼びます）
• 設定温度 ＝ 20°C（68°F）
• 設定湿度 ＝ 50%
• 最大拡散時間 ＝ 4380時間（半年は182.5日×24時間）

ツールは計算結果を示す2つのグラフを提供します。本例では両方とも有用です：

• 「含水率の推移」：板厚全体の平均含水率。このグラフは、成形直後の平均含水率はゼロであり、時間経過とともに上昇することを示しています。半年という期間では平衡状態には達しておらず、平均含水率は2wt%です。このケースでは、「dry-as-molded」サンプルとアニーリング（加熱処理やエージング）サンプルとの差はごくわずかです。
• 「含水率の浸透」：板厚方向の含水率プロファイルを3つの時点で示す詳細なグラフです。板の外層では含水率が最大値（選択条件下で3.5wt%）に達し、両側からコアに向かって拡散し、コア部ではおよそ1.3wt%に到達しています。

第2ステップは乾燥工程です。一般的に、材料を長時間高温に保持することは推奨されません。材料劣化が生じる場合があるためです。おおよそ80°C（176°F）、できれば窒素雰囲気下で乾燥することを推奨します。

左側の入力欄で同じグレードを選択し、すべての入力値を記入してください。あるいは、前回の計算結果の凡例にある「計算を編集」アイコンをクリックすると、すべてのフィールドが自動的に入力されますので、必要な変更を行った後「新しい計算を追加」を選択してください（注：「計算を更新」は前回の結果を上書きします）。一つ簡易化が必要であり、それは乾燥開始時に板内の含水率プロファイルが平坦であると仮定することです。「含水率」を直接入力できないため、調整が必要です。吸収工程の終了時と同じ水分濃度が得られるように、入力値「初期湿度」を調整します（注：入力値の微調整には、「計算を編集」と「計算を更新」ボタンを使用するのが最も簡単です）。入力項目は以下の通りです：

• 試料形状 = 無限平板
• 平板／試料厚さ = 5 mm（0.2 in）
• 初期温度 = 20°C（68°F）
• 初期湿度 = 31%（水分濃度2wt%に合わせて調整済み）
• 印加温度 = 110°C（230°F）
• 印加湿度 = 0%
• 最大拡散時間 = 300時間（まずは仮の値で開始し、その後調整可能）

水分プロファイルを表示するグラフを確認し、中央部（平板・コア部）の濃度が0.1wt%に到達した時点の時間を特定します。当然、平板外側の水分濃度はより低くなります。要求を満たすまでの乾燥時間は約475時間であることがわかります。Moisture Evolutionグラフによれば、コア部が0.1wt%に達したときの平均水分濃度は0.06wt%です。実際の乾燥開始時における水分プロファイルは平坦ではないため、実際の乾燥時間はわずかに短くなります。

この質問は、部品を平板形状として近似できると仮定し、シンプルな吸湿量計算で回答可能です。まず、ドロップダウンリストから希望のグレードを選択（または名称を入力して検索）し、必要な入力値を指定してください：

• サンプル形状 ＝ 無限平板
• 板／サンプル厚さ = 3.2 mm（0.13 in）
• 初期温度 = 23°C（73°F）
• 初期湿度 = 0%（成形直後の部品は水分をほとんど含まないため「dry-as-molded」と呼ばれます）
• 設定温度 = 23°C（73°F）
• 設定湿度 = 50%
• 最大拡散時間 = 100 時間（まず短時間で計算を早く開始します）

吸湿進行グラフから、100 時間では本部品内で平衡に到達しないことが示されています。凡例の「計算を編集」アイコンをクリックして最大拡散時間を 9000 時間に増やし、「計算を更新」で再計算してください。

• グラフには2本の線が表示されます。実線は「dry-as-molded」サンプル、破線は結晶化度の高い「アニール」サンプルを示します。高い結晶化度は、加熱や加湿処理を施すことで得られる（詳細は「測定」タブ参照）ほか、経時変化でも自然に起こります。Stanyl®（PA46）は、他のポリアミドに比べてこの効果が大きい材料です。実際には、部品の状態はこれら2つのモデル予測の中間に位置する可能性が高いです。
• 9000 時間経過後、「as-molded」吸湿進行グラフはほぼ平坦となり、平衡に到達したことを意味します（アニールサンプルの場合は 4000 時間で既に平衡に到達します）。
• 理論的には含水率は2本の線の間となりますが、極端な条件を与えていないため「as-molded」線に近い 2.6 wt% 前後になると考えられます。

70°C（158°F）/62%RHで加速コンディショニングを行う場合のグラフを追加するには、同様の手順を実施します。同じグレードを選択し必要項目を入力するか、前回の計算から「計算を編集」ボタンで開始（すべての入力フィールドが事前入力されています）し、「新しい計算を追加」をクリックしてください。

• サンプル形状 ＝ 無限平板
• 板／サンプル厚さ = 3.2 mm（0.13 in）
• 初期温度 = 23°C（73°F）
• 初期湿度 = 0%（成形直後の部品は水分をほとんど含まないため「dry-as-molded」と呼ばれます）
• 設定温度 = 70°C（158°F）
• 設定湿度 = 62%
• 最大拡散時間 = 9000 時間

吸湿進行グラフから、dry-as-molded サンプルでは平衡状態への到達がはるかに速く、2000 時間で平衡に至ることが分かります。この場合の平衡含水率はわずかに高く、約 3.0 wt% です。設定温度と湿度が標準条件（23°C（73°F）/50%RH）より高かったため、このような結果となります。Hの場合、結晶性はわずかに高くなる可能性があり（水分含有量がやや低下します）。両方のコンディショニング方法で水分含有量は必ずしも同一とは限りませんが、いずれの場合も類似した機械的特性が得られます。

本課題への一つの解決策として、以下のケースを設定し、部品内の定常状態における平均含水率を算出する方法が考えられます。このケースは、1日（24時間）のうち9時から10時まで自動車が走行し、残りの時間は駐車場に停車している状況を模擬しています。走行中はポリマーパーツが100˚C・相対湿度0%の環境下に、駐車中は23˚C・相対湿度100%の環境下にさらされます。これらの日常条件は50日間（1200時間）繰り返されるサイクルとして適用されます。より長期間の評価が必要な場合は、ウェブインターフェースのタイムアウト制約のため、オフライン計算を弊社専門家までご相談ください。

図1aでは、部品厚さ方向に沿った水分濃度プロファイルを、指定された日における各日（サイクル）終了時に示しています。1日目の段階で、ポリマーパーツの両端部にはすでに水分が吸収されていますが、中央部は依然として乾燥した状態です。日数が増加するにつれ、外層部の状態は大きく変化しませんが、内部ではサイクルを重ねるごとに含水率が徐々に増加し、50日後にはほぼ一定値に到達します。

ポリマー部のこの全体含水率は、Figure 2 に時間の関数として示されています。1日周期の挙動が明瞭に現れており、含水率が約100日後に1.0〜1.3 wt%の範囲で漸近値に達していることがわかります。この漸近値は、駐車または走行条件それぞれの平衡値とは一致せず、両者の中間に位置する値となっています。この最終含水率およびその厚さ方向の分布は、部品の機械的特性に影響するため、重要な要素となります。