熱可塑性プラスチック材料- 特性と特性、熱可塑性プラスチック材料は、耐熱性と特性に基づいて、耐熱性熱可塑性-と汎用熱可塑性-の 2 つの主要なカテゴリに分類されます。
プラスチックの種類と性質:
△プラスチックの熱力学的変化
耐熱性熱可塑性プラスチックは、高温で固定形状のプラスチック部品に成形でき、冷却後も固定形状を維持します。{0}{1}再度加熱すると軟化して流動し、繰り返し加工することで再び固定形状のプラスチック部品に成形できます。-これは可逆的です。-熱可塑性プラスチック材料は成形プロセス中に基本的な化学変化を受けないため、スクラップ材料は「二次材料」または「再研磨」として知られるリサイクルおよび再利用が可能です。
熱可塑性プラスチックは成形中に物理的変化を受けます。つまり、加熱しても元の状態を変えることはできませんが、冷却後は非晶質のままで流動できません。したがって、熱可塑性材料は繰り返し加熱して再成形することができないため、熱可塑性材料からのスクラップは一般に再利用できません。
この本では主に、同じく熱可塑性材料であるゴムを除く「プラスチック」-について説明します。
プラスチック成形プロセスと比較すると、射出成形にはさまざまな独自の機能と利点がありますが、固有の欠陥や欠点もいくつかあります。プラスチック射出成形の主な成形特性を理解することは、正しい金型設計と成形部品の品質向上を保証するための前提条件となります。
(1) 収縮
プラスチック部品が金型キャビティから成形され、室温まで冷却されたときに、常温条件下で寸法安定性を維持できるかどうかは、サイズが元の金型キャビティよりわずかに小さくなります。この特性を収縮といいますが、成形温度を制御することで補正できます。
この収縮はプラスチック自体の熱膨張・収縮だけではなく、さまざまな成形加工条件や金型設計要素も関係します。プラスチックが冷却された後の部品の収縮率は成形収縮であり、プロセス パラメータの調整や金型キャビティ サイズのわずかな変更によって低減または改善できます。
プラスチック部品は成形後一定期間二次収縮を受けます。これは成形後収縮とも呼ばれます。-同じ成形条件を維持しながら、
① プラスチック部品の収縮は均一ではありません。プラスチックの熱収縮率は内部部品の物理的および化学的条件によって変化するため、室温まで冷却した後のプラスチック部品の収縮率は大きさが異なり、完全に均一ではありません。したがって、プラスチック部品の成形寸法精度には一定の限界があり、金型設計により適切に精度を向上させる必要があります。
② プラスチック部品の収縮後の-。成形プロセス中、さまざまな内部応力、化学反応、およびさまざまな外力 - 主に成形圧力 - により、プラスチック部品は成形後も残留応力を持って存在し続けます。成形後のさまざまな残留応力の影響により、プラスチック部品のサイズは製造後もわずかに変化し続けます。一般的に成形品は成形後10時間以内に安定し、基本的には24時間以内に安定するものがほとんどですが、完全に安定するまでには10日以上かかります。注意してカビ対策を講じる成形後の収縮を制御する鍵となります。-
プラスチック部品の成形後の最終寸法を安定させるために、成形後に熱処理が必要になる場合があります。熱処理により、熱可塑性プラスチックを特定の温度に維持して軟化させます。成形収縮に対する外力を除去すると、成形後に適切な内部補償が行われるため、より高い成形温度で成形品の寸法を縮小できます。
③ プラスチック部品の一方向の収縮。成形プロセス中、流れ方向に沿ったポリマーの配向効果により、プラスチック部品に異方性が生じます。部品の収縮は、材料の流れの方向に応じて必然的に異なります。一般に、材料の流れ方向に沿って収縮が大きくなり、強度が高くなりますが、材料の流れに垂直な方向では収縮が小さく、強度が低くなります。同時に、プラスチック部品のさまざまな部分における添加剤の分布と密度が不均一であるため、収縮も不均一になり、その結果、収縮差が生じ、プラスチック部品が反ったり、変形したり、さらには亀裂が発生しやすくなります。
(2) 流動性
成形プロセス中、特定の温度および圧力下でプラスチックが金型キャビティを満たす能力は、プラスチックの流動性と呼ばれます。射出成形に関する独自の総合技術指標です。成形期間中は、金型キャビティの寸法とそれに関連するパラメータに注意を払う必要があります。成形圧力が大きすぎたり小さすぎたりする場合には、流動性の影響も考慮する必要があります。
流動性の大きさはプラスチックの分子構造と大きな関係があります。分子構造が直線的であるか、分子量が低いプラスチックは、分子の流れの妨げが少ないため、流動性が高くなります。プラスチックにフィラーを添加する場合、フィラー含有量が多いほど流動性が高くなります。プラスチックの流動性に及ぼすさまざまな設計要素や成形プロセス条件の影響は、高分子化合物の流動性にも当てはまります。
プラスチックの流動性は不変の値ではなく、金型設計によって大幅に調整できます。プラスチックの流動性が良いからといって、射出成形プロセスのすべての面がスムーズで満足できるとは限りません。逆に流動性が悪い場合は、射出成形温度や圧力を上げることで流動性を改善することができます。ただし、流動性が高すぎるとプラスチック部品の製造時にバリなどの不良が発生しやすくなります。したがって、成形プロセスでは、プラスチック材料の使用には影響を与えるあらゆる側面を考慮し、適切なプラスチックを総合的に選択する必要があります。そうして初めて品質が保証され、成形プロセスパラメータと金型設計が適切に選択され、最終的に品質の管理と向上という目的が達成されます。
金型設計要件における一般的なプラスチックの流動性に従って、熱可塑性射出成形の流動性分類は一般に 3 つのカテゴリに分類できます。
① 流動性の良いプラスチック：ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリル、セルロースアセテートブチレート、ポリオキシメチレンなど。
② 中流動性プラスチック：変性ポリスチレン、ABS、AS、ポリホルムアルデヒド、塩化ビニルホモポリマー、ポリテトラフルオロエチレンなど。
③ 流動性の悪いプラスチック：ポリカーボネート、硬質塩化ビニル、ポリスルホン、ポリイミド、芳香族ポリエステル、フッ素樹脂など。
射出成形プラスチックの流動性に影響を与える主な要因は次のとおりです。
①プラスチックの温度。プラスチックの温度が高いと、さまざまなプラスチックの温度に応じて流動性が増加します。たとえば、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリオキシメチレン、変性ポリスチレン、酢酸セルロース、ABS は、流動性に対する温度依存性が非常に敏感です。ポリ塩化ビニル、ポリホルムアルデヒド、ポリメタクリル酸メチルの場合、温度変化による流動性への影響は比較的小さいです。
②射出圧力。射出圧力を増加すると、溶融物の流れによって生成される抵抗を克服でき、それに応じて溶融物の充填速度が増加し、より大きな流動性が形成されます。
③モールド構造。ゲート システムの形状、ゲートの位置とサイズ、キャビティの形状、排気システム、金型の温度、プラスチック部品の肉厚、インサートの有無、インサートの数と位置 - など、これらはすべて金型キャビティ内の実際の充填状況に直接影響を与え、プラスチックの流動性に重大な影響を与えます。
(3) 熱に弱い
一部のプラスチックの粘度は、低温での成形プロセス中に温度とともに変化しますが、プラスチックは比較的安定した状態を保ちます。ただし、高い成形温度で長時間保持したり、流路断面積が小さすぎたり、せん断速度が高すぎたりすると、せん断作用が大きくなり、変色、劣化、分解などの現象が発生する場合があります。この特性を持つプラスチックは、熱に敏感なプラスチックと呼ばれます。-硬質PVC、ポリ塩化ビニル、ポリホルムアルデヒド、ポリフッ化エチレン、フッ素樹脂など。熱に弱いプラスチックは分解中にガスを放出し、金型を腐食させ、プラスチック部品の外観に影響を与えます。{6}}さらに、それらの物理的および機械的特性も劣化します。
熱に弱いプラスチック-が加熱中に熱による分解や劣化を起こすと、さまざまな分解生成物が生成され、その中には人体に有害なものもあります。金型と装置は清潔に保つ必要があります。不純物や汚れは局所的な過熱を引き起こし、材料の劣化につながる可能性があります。
薬剤や添加物はさらなる分解を防ぐことができます。たとえば、硬質PVCに熱安定剤を添加すると、その分解効果を向上させることができます。
熱に弱いプラスチックを成形する際、ワークが過熱したり、分解が発生したりする場合には、金型設計時に何らかの対策を講じる必要があります。{0}熱安定剤を材料に添加することも、適切な装置（スクリュー式射出成形機）を使用することもできます。成形温度、バレル温度、加熱時間、スクリューの回転速度、圧力を厳密に管理する必要があります。材料の滞留防止、設備や金型の汚染防止などの対策を講じる必要があります。
(4) 感湿性
プラスチックの感湿性とは、典型的な感湿性プラスチックであるポリカーボネートなど、高温高圧での湿気分解に対する感受性を指します。-たとえ少量の水分を含んでいても、高温高圧下では分解してしまいます。したがって、湿気に敏感なプラスチックは成形前に水分含有量を厳密に管理し、乾燥処理を受ける必要があります。{3}}
(5) 吸湿性
吸湿性とは、プラスチックの水分に対する親和性を指します。これに基づいて、プラスチックは大きく 2 つのカテゴリに分類できます。1 つはポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ABS などの吸水性または粘着性のあるプラスチックです。もう 1 つは、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンなど、水を吸収せず、湿気を付着しないプラスチックです。
吸水性のあるプラスチックの場合、成形前の水分が除去されず一定の限度を超えると、成形工程中に水分が気体に変化してプラスチックが分解し、成形されたプラスチックの流動性が低下したり、成形が困難になったり、プラスチック部品の表面品質や機械的性質が低下したりすることがあります。そのため、成形のスムーズな進行と品質を確保するために、吸湿性や水分の付着性が大きいプラスチックでは、成形前に水分を除去し、乾燥処理を行う必要があります。バレル温度と射出成形機の外部加熱の適切な設定にも注意を払う必要があります。
(6) 互換性
相溶性とは、2 つ以上の異なる種類のプラスチックが溶融状態で相分離しない能力を指します。
2種類のプラスチックが相溶しない場合、溶融成形時に相分離が起こり、層間剥離や剥離、表面欠陥が発生します。プラスチックの不相溶性は、その分子構造に関係しています。高圧ポリエチレンと低圧ポリエチレン、ポリプロピレンの混合など、分子構造が類似している、または互いに容易に適合するものは適合します。ポリエチレンとポリスチレンの混合物のように、異なる分子構造は互換性を持たせることが困難です。プラスチックの相溶性は、一般に混和性とも呼ばれます。プラスチックのこの特性を理解することは、類似または一般的な原材料の適合性を判断するのに役立ち、これはプラスチックの性能を向上させる重要な方法の 1 つです。