産業用途に適切なプラスチックを選択する方法

産業用途に適切なプラスチックを選択するには、材料の機械的強度、耐熱性、耐薬品性、コストを部品の特定の要求に適合させると同時に、樹脂が目的の用途に適合することを確認する必要があります。 射出成形機 そしてプロセス設定。 Grand View Research の 2023 年の市場レポートによると、世界のエンジニアリング プラスチック市場は 2023 年を超えています。 1,160億ドル 2030 年まで年平均 6.8% で成長すると予測されており、これは主に自動車、エレクトロニクス、産業機器メーカーが金属部品をプラスチック成型部品に置き換える需要によって推進されています (出典: Grand View Research、エンジニアリング プラスチック市場レポート、2023 年)。

この記事では、工業用プラスチックの主要な選択基準を概説し、最も一般的に使用される樹脂を比較します。 射出成形 、メーカーや設計エンジニア向けの材料選択に関するよくある質問に答えます。

プラスチックの選択が射出成形の成功に直接影響する理由

各樹脂には異なる溶融温度、流動挙動、および収縮率があり、これらの特性は射出成形の性能に合わせなければならないため、プラスチックの選択は射出成形の成功に直接影響します。 射出成形機 そして金型の設計。プラスチック工学会が発行したプロセス ガイドライン (SPE 射出成形ハンドブック、2021) によると、機械のバレル加熱能力を超える溶融温度、または金型寸法に考慮されていない収縮率の樹脂を選択することは、反り、ヒケ、ショート ショットなどの部品欠陥の主な原因の 1 つです。ツーリングを開始する前に適切な材料を選択すると、コストのかかる金型のやり直しや、製造サイクル後半での生産の遅れを防ぐことができます。

適切な工業用プラスチックを選択するための重要な要素

適切な工業用プラスチックは、機械的強度、耐熱性、化学物質への曝露、寸法安定性、コスト、成形性という 6 つの主要な要素を評価することによって選択されます。以下の各要因は、部品が部品から出た後のパフォーマンスに直接影響します。 射出成形機 .

1. 機械的強度と耐衝撃性

機械的強度は、プラスチック部品が使用中に直面する物理的負荷、振動、衝撃に耐えられるかどうかを決定します。通常、エンジニアは材料データシートから引張強度とアイゾット耐衝撃性の値を参照し、設計を最終決定する前に候補樹脂を比較します。

• 影響の大きいアプリケーション 自動車のバンパーや保護ハウジングなどには通常、ABS またはポリカーボネートが使用されます。これは、どちらの樹脂も周囲温度および低温で高い耐衝撃性を備えているためです。
• 構造耐荷重部品 ガラス繊維を添加すると引張強度が増すため、ガラス繊維入りナイロンがよく使用されます。 50 ～ 150 パーセント プラスチック工業協会の材料特性データによると、未充填樹脂との比較。

2. 耐熱性

耐熱性は、エンジン ルームや産業機器のハウジングなどの高温環境でプラスチック部品がその形状と機能を維持できるかどうかを決定します。これは、指定された荷重下で材料が変形し始める温度を示す熱たわみ温度 (HDT) を使用して測定されます。

• 標準的なポリプロピレンの熱たわみ温度は約 100 ℃です。 摂氏 100 度 (華氏 212 度) 、中程度の熱の用途に適しています。
• 覗く などの高性能樹脂は、8 を超える連続動作温度に耐えることができます。 摂氏 250 度 (華氏 482 度) 、航空宇宙および高温産業機器に適しています。

3. 耐薬品性

耐薬品性は、作業環境で燃料、溶剤、または洗浄剤にさらされたときにプラスチック部品が劣化、膨張、または亀裂を生じるかどうかを決定します。メーカーは、部品が耐用期間中に接触する正確な物質と樹脂の化学適合性チャートを常に相互参照する必要があります。

• ポリプロピレンとHDPE 酸、塩基、および多くの溶剤に対して強い耐性を示すため、化学薬品の保管容器や配管コンポーネントとして一般的に選択されます。
• ナイロン 燃料や油に対する耐性は優れていますが、時間の経過とともに湿気を吸収する可能性があり、湿気の多い環境では寸法安定性に影響を与える可能性があります。

4. 寸法安定性と収縮率

寸法安定性は、プラスチック部品が冷却後にその成形形状と公差をどの程度一貫して保持するかを決定します。これは、他の部品と正確に適合する必要がある部品にとって重要です。樹脂が異なれば金型内で冷却される際の収縮率も異なるため、この収縮を事前に金型設計に組み込む必要があります。

• 非晶質プラスチックなど ABSとポリカーボネート 通常、次の間で縮小します 0.4 パーセントと 0.7 パーセント 、より予測可能な次元の結果を提供します。
• 半結晶性プラスチックなど ポリプロピレンとナイロン の間で縮むことができます 1.0 パーセントと 2.5 パーセント 、より慎重な金型補正が必要になります。

5. コストと材料の入手可能性

コストと入手可能性によって、技術的に適切なプラスチックが大規模生産に商業的に利用可能であるかどうかが決まります。ポリプロピレンやポリエチレンなどの汎用プラスチックは一般にキログラム当たりの価格が最も安価ですが、PEEK やポリカーボネートなどのエンジニアリング プラスチックはより複雑な製造プロセスのため、原材料コストが大幅に高くなります。

6. 成形性と射出成形機との適合性

成形性は、樹脂が金型キャビティをどれだけ容易に流れ、特定の用途にどれだけ適しているかを決定します。 射出成形機 生産に使用されています。メルトフローレートが高い樹脂は、薄壁または複雑な金型形状をより簡単に充填できますが、非常に高いバレル温度を必要とする樹脂には、その温度範囲に対応した定格の機械が必要であり、過度の摩耗を防ぐために硬化したスクリューとバレルが必要になることがよくあります。

一般的な射出成形用工業用プラスチックの比較

以下の表は、最も広く使用されている 6 つの工業用プラスチックを比較しています。 射出成形 、プラスチック工業会が発行する材料特性データおよび樹脂メーカーの技術データシートに基づいています。

キャプション: プラスチック工業協会および樹脂メーカーの技術データシートのデータに基づいた、広く使用されている 6 種類の射出成形プラスチックの耐熱性、衝撃強度、相対コスト、および一般的な産業用途の比較。

アモルファスプラスチックと半結晶性プラスチック: どちらを選択すべきですか?

一般に、非晶質プラスチックは厳しい寸法公差を必要とする部品に適していますが、半結晶性プラスチックは耐薬品性や耐疲労性が必要な用途でより優れた性能を発揮します。この違いを理解することは、製品に適切な樹脂を選択する際の最も重要なステップの 1 つです。 射出成形機 2 つのカテゴリは冷却中にまったく異なる動作をするためです。

キャプション: SPE 射出成形ハンドブック (2021) に基づく、射出成形プロセス設計に関連する非晶質プラスチックと半結晶性プラスチックの主な挙動の違い。

適切なプラスチックを選択するための段階的なプロセス

適切な工業用プラスチックの選択は、部品の動作環境の定義から始まり、機械の互換性の確認で終わる論理的な順序に従います。以下の手順は、製造エンジニアが使用する一般的なワークフローを反映しています。

1. 動作環境を定義します。 耐用年数全体にわたって部品が経験する温度範囲、化学薬品への曝露、および機械的負荷を特定します。
2. 候補樹脂の候補リスト: ステップ 1 で特定した最低性能要件を満たす 2 つまたは 3 つの樹脂を比較します。
3. 成形性データを確認します。 各候補のメルト フロー インデックス、溶融温度、収縮率を、利用可能な製品の性能と比較して確認します。 射出成形機 .
4. 生産量でのコストを評価する: キログラムあたりの価格だけでなく、予想される部品重量と年間生産量に基づいて総材料コストを計算します。
5. サンプル金型のトライアルを実行します。 本格的な生産を開始する前に、小さなテスト バッチを作成して、樹脂が金型に正しく充填され、寸法公差を満たしていることを確認します。

工業用プラスチックの選択に関するよくある質問

工業用射出成形に最も汎用性の高いプラスチックは何ですか?

ポリプロピレンは、耐薬品性、低コスト、幅広い範囲での加工の容易さのバランスが優れているため、一般に最も汎用性の高い工業用プラスチックと考えられています。 射出成形機 タイプ。自動車部品から消費者向けパッケージに至るまで、さまざまな業界で使用されています。

ガラス繊維を追加すると常にプラスチックの性能が向上しますか?

ガラス繊維を追加すると、引張強度と耐熱性が向上しますが、ガラス入り樹脂は脆くなり、成形時に高い射出圧力が必要になる場合があるため、部品全体の性能が必ずしも向上するとは限りません。ガラス入り樹脂を使用するかどうかは、強度だけではなく、部品の特定の機械的要件に基づいて決定する必要があります。

樹脂の選択は射出成形のサイクルタイムにどのような影響を与えますか?

樹脂の選択はサイクル タイムに影響します。これは、溶融温度が高い材料では、部品を金型から安全に取り出すまでに長い冷却時間が必要となるためです。性能要件が許せば、推奨金型温度が低い樹脂を選択すると、サイクル タイムが短縮され、全体の生産スループットが向上します。

再生プラスチックは工業用射出成形部品に使用できますか?

リサイクルプラスチックは多くの工業用射出成形部品、特に非構造部品に使用できますが、衝撃強度などの機械的特性は通常、リサイクルサイクルごとにわずかに低下します。安全性が重要な部品や高精度の部品を製造するメーカーは通常、一定の性能を維持するために、限られた割合のリサイクル樹脂とバージン材料をブレンドします。

結論

産業用途に適切なプラスチックを選択するには、機械的強度、耐熱性、化学的適合性、寸法安定性、コスト、成形性と、部品の特定の要求および機能のバランスを取る必要があります。 射出成形機 それがそれを生み出します。ポリプロピレンや ABS などの樹脂は、汎用部品向けにコスト効率の高いソリューションを提供しますが、ナイロン、ポリカーボネート、PEEK などのエンジニアリング プラスチックは、要求の厳しい構造用途、高熱用途、または精密用途に適しています。本格的な生産に着手する前に、小規模なサンプル金型の試行を実行することが、選択した樹脂が実際の製造条件下で期待どおりに機能することを確認する最も信頼できる方法です。