あなたの機器の使用中に
多くの使用とメンテナンスに関する疑問に直面するに違いありません
ここでお手伝いします
あなたの機器の使用を支援
FAQsに尽きる
TMAでガラス化を測定する時、ガラス化温度はどのように読み取るべきですか？
TMA物質の膨張と収縮挙動を定量的に測定できる測定方法であり、熱膨張係数（Coefficient of Thermal Expansion、CTE）、軟化温度とガラス化温度などを測定することができる。TMA測定分析のガラス化方法について、ISO、ASTM及びJISなど様々な試験基準が制定されている。適用可能な場合は、対応する標準仕様に従って分析することをお勧めします。一般に、高分子材料はガラス転移温度付近で膨張率（体積）が変化する。以ガラス転移領域を境に、遷移前のガラス状領域の膨張率に比べて、遷移後の高弾性領域の膨張率は大きくなる。TMAはこの性質を利用して、高分子のガラス化温度を測定することができる。参考として、図1は各種試験規格1〜6）で採用された方法を示している。すべての試験基準において、ガラス転移温度以下の直線部分が高温側に延長された接線と、ガラス転移温度以上の直線部分が低温側に延長された接線とが交わる点をガラス転移温度Tgと定義した。
図1のガラス転移温度の読み取り方法1-6)
ガラス化は緩和現象であり、特定の温度で瞬間的に起こる現象ではない。ガラス化が発生する前の状態（ガラス状態）とガラス化が終了した後の状態（高弾性状態）との間には、一定の温度範囲（遷移領域）が必然的に存在する。一般的にTgは1つの温度で表されるが、これは読み込みの定義により遷移領域内でガラス化現象が発生したTgを代表温度として標識したにすぎない。図2は、TMA測定のガラス化結果における実際のガラス化開始温度Tig及び終了温度Tegを示す。ガラス化の実際の開始温度と終了温度は、TMA曲線が遷移領域内で接線からずれ始めた点の温度である。図2ガラス化の実際の開始温度Tigおよび終了温度T例えばTMAを用いたガラス化測定では、熱履歴や残留歪の影響が観察される可能性がある。プリント配線板（ガラス繊維強化エポキシ樹脂）の測定結果を例に、図3に示す。これは、1回目の昇温後、同じ試料を2回目の昇温を行った結果である。1回目の昇温の結果、ガラス化は130〜150℃付近で発生し、転移前後に膨張率が変化したが、転移領域で収縮挙動が観察された。この収縮は材料成形時の残留歪に起因し、残留歪の分子鎖は転移領域がより安定した形態になろうとしたときに収縮した。1回目の昇温時に温度をTg以上に上昇させるため、残留は放出（消去）されるべきであるため、2回目の昇温時に収縮現象は観察されず、ガラス化を境に膨張率は不連続な変化を示した。この例のように、昇温中に残留歪の影響が観察されると、最初の昇温時に温度をTg以上に上げて残留歪を除去し、その後に2回目の昇温を行うことができる。そのため、2回目の昇温の測定結果を用いてTgを読み取る方法が広く用いられている。
図3プリント基板のTMA測定結果
ISO 11359-2 Plastics - Thermomechanical Analysis (TMA) Part 2: Determination of Coefficients of Linear Thermal Expansion and Glass Transition Temperature プラスチック - 熱力学分析（TMA）第2部：線形熱膨張系数とガラス過渡温度の決定国際標準化機関（2021）2) ASTM E1545-22、熱力学分析によるガラス過渡温度の割り当てのための標準的な試験方法、ASTM 国際（2022）3) ASTM E1824-24, 熱力学分析を用いたガラス過渡温度の割り当てのための標準試験方法：張力方法, ASTM International(2024)4) JIS C 6481, 印刷された配線板用銅覆層の試験方法, 日本標準協会(1996)5) IPC-TM-650 2.4.24.3, 有機フィルムのガラス過渡温度 - TMA方法, 電子工業連接協会(1995)IPC-TM-650 2.4.24.5, 高密度相互接続(HDI)およびマイクロビアで使用される材料のガラス過渡温度と熱膨張 - TMA方法, 電子工業連接協会(1998)
