熱可塑性プラスチック射出成形プロセス

熱可塑性射出成形 は、最も適用範囲の広いプラスチック製造プロセスとなっている。熱可塑性プラスチックは、高水準の品質の製品を最小限の納期で大量に生産することで知られている。さまざまな分野で高品質のプラスチック製品へのニーズが高まっていることが、熱可塑性プラスチック材料の応用を後押ししている。

これらの材料はポリマー樹脂をベースとしており、加熱すると均質な液体になり、冷却すると固体になる。射出成形では、熱可塑性プラスチックや熱硬化性プラスチック、さらにはエラストマー材料を用いて、高性能の成形可能な部品や製品を形成する。熱可塑性プラスチックの射出成形における新しい技術とより良い金型は、コストの削減、より良い外観、より良い製造の見通しを可能にしました。

熱可塑性プラスチックはなぜ射出成形に使われるのか？

熱可塑性プラスチックは高温で溶融し、低温で結晶化するため、射出成形に使用される。この特性により、リサイクルされ、さまざまな形状や構造に成形されるのに適している。熱可塑性プラスチックは、その柔軟性と用途の多様性により、産業界で最も好まれる材料です。

射出成形熱可塑性プラスチック製品を製造するには？

熱可塑性プラスチック射出成形は、現代の生産において最も基本的な工程のひとつである。熱可塑性ポリマーの使用により、様々なプラスチック製品が作られます。

ステップ1.適切な素材の選択

使用する材料の種類によって、最終製品の機能性、外観、耐久性が決まります。機械的特性、熱安定性、特定の用途を考慮して材料を選択する。

ステップ2.材料の準備

この工程では、原料プラスチックペレットを乾燥させて水分を除去する。なぜなら、水分は溶融プロセスや成形品に大きな影響を与え、破壊的だからである。これらの準備されたペレットは、ベルトコンベアを通して射出成形熱可塑性プラスチック機械のホッパーに供給されます。

ステップ 3.溶かす

プラスチックペレットは、スクリューを往復させるバレルの中で溶かされる。これらのペレットはその後、溶けた溶岩や赤熱した液体の形になる。この段階では、適切な一貫性と要求される標準への溶融プラスチックの流れを得るために、温度制御が重要です。

ステップ4.注入

その名が示すように、高度に制御された射出圧力を加えることにより、溶融プラスチックを金型キャビティに射出する。この工程を正確に制御することで、部品の正確な仕様と仕上げが決定される。出来上がった部品は、最適な条件で冷却固化されます。

ステップ5.排出

必要な部品は、固化後にエジェクターピンを使って金型から取り出される。この工程は、部品を傷つけず、適切に離型できるよう、時間を計って制御しなければならない。

ステップ5.後処理

この段階では通常、部品を所望の形状に切断して成形する。部品は、要求される機能性や美観に応じて、塗装、陽極酸化処理、トリミング、研磨などを施すことができます。

熱可塑性プラスチック射出成形機の重要部品とは？

熱可塑性プラスチック射出成形機は、いくつかの部品で構成されています。最も一般的な部品には次のようなものがある；

クランプユニット

クランプユニットは、射出中に金型が開かないように、金型の2つの部分をしっかりと保持します。クランプユニットは、射出される溶融プラスチックの力に対抗するために十分な力を加えなければなりません。

射出ユニット

機械の心臓部といわれる射出装置は、プラスチック材料を加熱し、金型のキャビティに射出する役割を担っている。加熱されたバレルと前後に動くスクリューがあり、ノズルから金型内にプラスチックを押し出し、材料の安定供給を維持する。

住居と冷却システム

溶融プラスチックが金型に射出されると、冷却装置が圧力をかけ続け、プラスチックが金型の空洞をすべて埋め尽くし、適切な形状に固化することを保証します。冷却は、最終製品の品質を高めるだけでなく、サイクルタイムを短縮する上で非常に重要なプロセスです。

排出プロセス

プラスチックが固まった後、射出工程に入る。金型が開き、金型の側面に設けられたエジェクターピンが、金型のキャビティから完成品を投げ出す。この工程は、パーツを傷つけないよう、またうまく取り出せるよう、慎重かつ適切なタイミングで行わなければならない。

金型工具

金型ツールはネガティブなもので、スチールまたはアルミニウムから作られ、最終製品を形成する。製品の表面仕上げとサイズを決定する。金型は2つの半分があり、中央でつながっていて、互いに離れて射出される。

熱可塑性射出成形に使用される材料の種類は？

熱可塑性射出成形材料は、成形品を作成するために使用される多くの種類が含まれています；

ABS (アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン)は、高い衝撃強度、高い剛性、低い収縮率を特徴としている。そのため、耐久性と耐機械的応力が最も重要視される自動車部品、家電製品、玩具などに最適です。詳細はこちら ABS射出成形.

ポリアミド（ナイロン） は、高強度、熱安定性、耐摩耗性を備えている。これらの特性により、自動車部品、機械製品、その他強度と性能を必要とする消費者向け製品に最適です。詳細はこちら ナイロン射出成形.

ポリ塩化ビニル（PVC） は、強度が高く、耐薬品性に優れ、難燃性であるという長所がある。用途としては、配管パイプ、医療用チューブ、屋外用家具などがあり、多くの分野で使用できる素材となっている。

ポリエチレンテレフタレート（PET） は、その透明性、機械的特性、食品との接触認可が評価されている。この素材は、その強度と透明性から、飲料ボトル、包装資材、合成繊維などに使用されている。

PMMAまたはアクリル は健全な光透過性を持ち、風化や紫外線の影響を受けない。これらの特徴から、透明性と強度が望まれる標識、ランプ、窓などに適しています。詳しくはこちら PMMA射出成形.

ポリスチレン（PS） は軽量で比較的安価な素材で、成形が容易なため使い捨てのカトラリーやCDケース、断熱材などによく使われている。続きを読む PS射出成形.

熱可塑性ポリウレタン（TPU） は、高い弾性、耐油性、耐摩耗性が特徴である。靴底やインソール、フレキシブルな医療用チューブ、自動車のシールやガスケットなどに応用されている。詳しくはこちら TPU射出成形.

ポリオキシメチレン（POM） は、剛性が高く、摩耗率が低く、収縮や膨潤に対する耐性に優れている。ギアやベアリング、電気部品、消費者向け製品など、強度と精度が求められる用途に適しています。詳細はこちら POM射出成形.

ポリブチレンテレフタレート（PBT） は電気特性、耐熱性、耐薬品性に優れている。高い強度と耐熱性を持つため、電気部品、自動車部品、アンダーフード部品などに広く応用されている。

ハイインパクトポリスチレン（HIPS） は、高い衝撃強度と良好な加工性が特徴である。強度と安定性が要求される模型製作やサイン書き、家電製品の筐体などに使用される。

熱可塑性エラストマー またはTPEは、熱可塑性プラスチックとゴムの両方の特性を持ち、柔軟で弾力性のある素材である。シールやガスケット用途、家庭用品のソフトな感触の部品、ハンドルなどに応用されています。詳しくはこちら TPE射出成形.

ポリフェニレンオキシド（PPO)は、耐熱性、低熱膨張係数、電気絶縁性でよく知られている。自動車部品、電気部品、家電製品など、耐摩耗性と耐熱性を必要とする部品に使用されている。

LCPは高い機械的強度、高温安定性、良好な耐薬品性を特徴とする。高電圧電気接点、電子レンジ部品、その他の重要な用途に適用される。

ポリエーテルイミド（PEI） は高い耐熱性、強度、難燃性を持つ。航空宇宙部品や医療機器など、高い応力がかかる場所で使用されている。

ポリエーテルエーテルケトン（PEEK） は、高温安定性、化学的不活性、機械的特性が特徴である。強度と靭性が必要とされる航空宇宙部品、自動車用途、医療用途などに応用されている。詳細はこちら PEEK射出成形.

ポリフェニレンサルファイド（PPS） は高い耐熱性、耐薬品性、低い熱収縮率を持つ。自動車、電気・電子機器、化学的・熱的安定性を必要とするコーティングに使用されている。詳細はこちら PPS射出成形.

スチレンアクリロニトリル（SAN） は、その透明度、硬さ、化学薬品への耐性から好まれている。油脂は容器が耐えるべきもののひとつであるため、これらの特性は食品容器に適している。また、SANは耐熱性が高いため台所用品に、耐薬品性が高いため浴室用品にもよく使われている。

アセタール（ポリオキシメチレン、POM)は剛性が高く、自己潤滑性があり、寸法安定性に優れている。アセタールは電気絶縁体や消費財にも使用される。一般的な例としては、強度と耐摩耗性が求められるジッパーや窓のラッチなどがある。

エチレン酢酸ビニル（EVA） は、その柔軟性、高い衝撃強度、透明性で知られている。ゴムのような素材で成形やリサイクルが可能で、スポーツ用品のパッド、靴底や中敷きなどの履物、軟包装フィルムなどの発泡製品に使用されている。

ポリウレタン（PU)は柔軟なポリマーで、その快適性と丈夫さから発泡家具やカーシートに応用されている。また、産業用車両やレジャー用車両のホイールやタイヤ、ダッシュボードなどの自動車内装部品にも使用されている。

PPSU は高い耐熱性を持ち、非常に強靭で、蒸気滅菌にも耐えることができるため、厳しい条件下での使用に適しています。PPSUは、滅菌処理されることの多い医療器具、高温やストレスにさらされる航空機の内装、熱や機械的ストレスが不可欠な配管などに広く使用されています。詳細はこちら PPSU射出成形.

ポリエチレンナフタレート（PEN） はPETの変種だが、バリア性、耐熱性、耐薬品性に優れている。PENは、高い強度と優れたバリア性を必要とする包装材料や、寸法安定性と電気絶縁性を必要とする電子部品に応用されている。

ポリブチレンの 耐熱性や耐圧性といった特殊な特性により、高温・高圧が要求される温水・冷水の配水配管や床暖房システムに最適です。

ポリメチルペンテン（PMP） は、その透明性と耐熱性から、かなり特殊なタイプの熱可塑性プラスチックである。PMPは、耐薬品性と透明性が要求される実験器具や、耐熱性と調理品質の高さから電子レンジ調理器具に使用されています。

ポリスルホン（PSU） は、高い耐熱性、強度、透明性を特徴とする。これらの特徴から、医療機器、特に再使用が可能で滅菌が必要な機器、安定性と強度を備えた浄水器、絶縁性と耐熱性が重要な電気部品などに最適です。

熱硬化性射出成形と熱可塑性射出成形：主な違い

熱可塑性射出成形

この熱可塑性プラスチック成形技術は、再加熱して再利用できるポリエチレンやナイロンなどの材料を使用する。柔軟性、衝撃強度、透明性を必要とする多くの部品を製造するのに最適です。

熱硬化性射出成形

この方法では、エポキシやポリエステルといった、熱にさらされると化学反応を起こして特定の形に固まる素材を使用する。一度冷えると形を変えることはできない。高い強度や耐熱性、耐薬品性が要求される場合に使用されるが、熱可塑性プラスチックとは異なり、リサイクルすることはできない。

従って、熱可塑性プラスチックは溶融によってリサイクル可能であり、熱硬化性プラスチックは恒久的に成形されるため再成形が不可能であり、要求に応じて異なる強度を提供するという大きな違いがある。

熱可塑性射出成形の産業用途

自動車産業： 熱可塑性射出成形は、自動車のダッシュボード部品、バンパー、ドアパネルなど、自動車の内装部品から外装部品まで幅広く応用されている。また、その強度と精度の高さから、フルードリザーバーやハウジングのようなボンネット下部品の製造にも有用です。

医療業界： 医療分野では、熱可塑性射出成形は、使い捨て注射器、手術器具、医療機器用筐体の製造において非常に重要な役割を果たしている。複雑なパターンを正確に成形できるため、診断器具や義肢装具に使用される部品の開発には欠かせません。

コンシューマー・エレクトロニクス エレクトロニクス分野では、スマートフォンの筐体、リモコン、コンピューター部品などにこの成形法が使われている。また、その強度と形状の多様性から、バッテリーの筐体やコネクターの製造にも使用されている。

建設業界： 建築分野では、熱可塑性射出成形は、その強度と耐久性から、パイプ継手、配管部品、電気筐体の製造に応用されている。また、その強度と耐熱性から、断熱材や窓枠の製造にも応用されている。

玩具とレクリエーション この成形法は、アクションフィギュアやパズル、ボードゲームなど、複雑なデザインのものを作るときに使われる。また、丈夫で安全な製品ができるため、園芸用品や子供の遊具などの屋外用品の製造にも使用されている。

家庭用品： 熱可塑性射出成形は、耐熱性と耐薬品性に優れているため、キッチン用品、容器、調理器具の製造に欠かせない。また、その強度と簡便性から、収納箱や掃除用具の製造にも使用されている。

熱可塑性プラスチック射出成形：一般的な欠陥と対策

以下は、その過程で遭遇する典型的な課題と、それらに効果的に対処するための戦略である：

充填不足： これは、金型が完全に満たされていない場合である。これに対処するには、射出速度や圧力を上げたり、材料の温度をチェックしたり、ゲートのサイズを大きくしたりする。

フラッシュ・フォーメーション:これは、成形後に部品の端にプラスチックの薄い層ができる状態です。射出圧力や型締力を下げるか、金型に損傷がないかチェックすることで解決できます。

ワープする： 冷却中に部品が歪む場合は、均一な冷却温度、最適な状態までのサイクルタイムを検討する。

シンクマーク： これは部品表面の小さな輪郭で、通常、大小さまざまな大きさで発生する。これを防ぐには、冷却時間を長くするか、保持圧力を下げる。

火傷の跡： これらは、材料が過熱されたり、空気が閉じ込められたりした場合に発生し、部品表面に黒色や茶色の変色を引き起こすことがある。これは、溶融温度と金型温度を下げると同時に、射出速度を上げて過熱やエアポケットの形成を避けることで克服できる。

このような変化は、射出成形プロセスの品質と生産性を向上させるはずである。

まとめ

熱可塑性射出成形は、高品質の製品を開発するための柔軟性と有効性を提供する技術革新の最も重要な柱の一つである。熱可塑性射出成形は、自動車、医療、家電、その他多くの産業で使用され、その汎用性と効率性を証明しています。

Sincer Techのような企業は、品質と精度を重視したフルサービスのソリューションを提供するプラスチック射出成形サービスの最良の例です。当社はオーバーモールドとインサート成形を専門としており、各製品が最高品質であることを保証するために様々な材料を使用しています。

幅広いラインナップを提供している。 熱可塑性プラスチックSincere Techsは、プロトタイプ成形と大量生産における経験で、トップクラスの企業である。試作品であれ量産品であれ、Sincere Techsの技術の進歩と高品質な製品の生産への献身は、すべての仕事に表れています。