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適切な射出成形材料を選択するにはどうすればよいですか?
不完全な統計によると、材料ライブラリには現在 45 のポリマー シリーズ、85,000 種類ものプラスチックがあり、熱硬化性プラスチックと熱可塑性プラスチックの XNUMX つのカテゴリに大別できます。 射出成形は、大量の部品を製造する最も一般的な方法の XNUMX つであり、適切な材料を選択することは困難な作業のように思える場合があります。 これには、材料の詳細な理解が必要であり、部品を作成する目的、効率、およびコストに言及する必要があります。 確かに、特定の材料の方が適している場合もありますが、射出成形に関しては「万能」というものはありません。 適切な素材を選択することで、パーツの形状、フィット感、機能を向上させることができます。 最終的な分析では、選択された材料は常に部品の用途に直接関係しています。
1. 熱硬化性プラスチックと熱可塑性プラスチックの違い
熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の主な違いは、熱に反応して結果が異なることです。
熱硬化性プラスチック。この材料は加熱または高温にさらされると強度が増します。例えば、熱硬化性プラスチック製品は高温にさらされても全体の強度と形状を維持します。この特性は、大型の永久部品やアセンブリの製造に有利です。これらは、より多くの使用や過酷な条件によく耐えます。熱硬化性プラスチックには重大な欠点もあります。一度加熱されると、内部構造が変化して再成形できなくなるため、再利用は不可能です。熱硬化性プラスチックの高い融点は射出成形プロセスには適していません。また、すべての熱硬化性プラスチックが同じ融点を持つわけではありません。各材料は熱に対して異なる反応を示すため、特定の種類の熱硬化性プラスチックには、一般的に汎用ではない特殊な機械が必要になる場合があります。
熱可塑性樹脂。熱可塑性樹脂は、繰り返し加熱・冷却しても化学構造が変化することなく再利用できるリサイクル可能な材料です。射出成形においては、熱可塑性樹脂は融点が比較的低いという利点があり、プラスチック部品の大規模製造に適しています。
* 熱可塑性樹脂は、一般に熱硬化性樹脂よりも高価です。
2. 材料選択時の考慮事項
プラスチック パーツに適した材料を見つけるには、逆に考えると役立つ場合があります。 次の質問に答える準備をしておいてください。部品は何に使用されますか? 部品にはどのような圧力がかかりますか? 彼らは過酷な環境で働いていますか？ 組み立ては複雑ですか？ 次の要因に優先順位を付けると、適切な材料を選択するのに役立ちます。
取り付け位置：部品の取り付け位置は考慮すべき要素です。
日当たりの良い屋外、湿度の高い環境、またはモジュール内部または外部への設置場所？
温度：この部品は、冷蔵庫のような低温環境、または室温やボンネットの下などの高温環境でも動作しますか？
ライフサイクル：部品の平均稼働時間は5年、10年、それともそれ以上ですか？
保証：特に自動車業界では、部品が数年後に損傷する可能性があることを考慮する必要があります。修理費用はいくらになるのでしょうか？
コスト面での制約：高密度ポリエチレンやポリプロピレンなどの市販プラスチックは、一般的に密度が高く、耐熱性が低く、比較的安価です。一方、PEEK、PEIなどのエンジニアリングプラスチックは、耐熱性が高く非常に硬いですが、コストが比較的高くなります。
外観に関する要件：部品に質感が必要かどうか、表面仕上げのレベルはどの程度必要か、着色部品の方が透明部品よりも適しているかどうかなど。
最初の疑問点が解決したら、ほとんどの資料を除外できますが、資料をさらに絞り込むために、次の質問群を検討する必要があります。
設計機能：部品の機械的特性を考慮すると、柔軟性、圧縮性、接着性などの機能が必要ですか？引張強度は必要ですか？部品の耐衝撃性や電気絶縁性に関する要件はどのようなものですか？材料には、多層オーバーモールディングやインサート成形などの接着インサートが必要ですか？部品の重量も重要な考慮事項です。
環境要因：部品はどのような動作環境にさらされますか？化学物質にさらされますか？難燃性が必要ですか？紫外線に対する要件は何ですか？
コンプライアンス：特定の業界では、部品に材料アクセスに関する基準が設けられています。お使いの部品は食品認証が必要ですか？FDA（米国食品医薬品局）の基準を満たす必要がありますか？それとも、医療グレード、ISO規格、電気規格などの適合が必要ですか？
熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の違い
| 熱硬化性ポリマー | 熱可塑性ポリマー |
| 加熱成形はXNUMX回のみ | 数回の加熱成形が可能 |
| 形成中に硬化し、加熱しても軟化しない | 加熱すると柔らかくなる（液化する場合もある） |
| 溶けません。 それらは高温に耐えることができます。 | 熱を加えると白くなり、冷やすと硬くなります。 |
| 安定するまで最大5分 | 10秒で安定する |
| 高い耐熱性と耐薬品性。 | 優れた機械的特性と容易な加工。 |
| 不溶 | 有機溶剤に不溶。 |
| 例: シリコーン、一部のタイプのポリエステルおよびフェノール材料。 | 例：ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル。 |
3. 一般的に使用される熱可塑性材料の利点と用途
プロの射出成形工場は通常、数十種類のエンジニアリングプラスチックを在庫として保有しており、顧客からの要望に応じてより特殊な材料にも対応する必要があります。中国の射出成形サプライヤーであるDDPROTOTYPEが保有する材料の在庫状況に基づき、一般的に使用される熱可塑性樹脂の利点と用途をまとめました。
①ABS（アクリロニトリルブタジエンスチレン）。
利点：ABS樹脂は、強度が高く、耐衝撃性に優れ、収縮率が低く、寸法安定性が高く、耐酸性・耐アルカリ性にも優れているため、様々な分野で幅広く使用されています。また、価格も比較的安価です。
適用分野：電子製品、リモコン、コンピューター、電話、化粧品、携帯機器、筐体などを含むが、これらに限定されない。
注意事項： ABS樹脂製の射出成形部品は、ウェルドラインが現れる場合があり、厚みのある部分に凹みや空隙が生じる可能性があります。幸いなことに、ABS樹脂はポリカーボネート（PC）と混合することができ、改良された材料を用いることでこれらの欠陥を大幅に解消できます。
②ABS/PC
利点：ABS/PCハイブリッド材料は、ポリカーボネートの強度と耐熱性、そして優れた機械的特性を持つABSの柔軟性と寸法安定性を兼ね備えています。この材料はABSよりも耐熱性が高く、低温下ではPCよりも耐衝撃性に優れています。
用途：これらのハイブリッド材料は、自動車、エレクトロニクス、通信業界をはじめとする様々な業界で広く用いられています。
注意事項： ABS/PC複合材料は、単一材料で成形する場合、厚み成形の問題など、欠陥が最大限に発生しやすいという欠点があります。優れた機械的特性を重視しつつコスト削減を図りたい場合には、この複合材料を選択することができます。
③PC（ポリカーボネート）
利点： PCは、光学的に透明度が高く、強度が高く、耐衝撃性に優れ、収縮率が低く、寸法安定性に優れた透明プラスチックです。さらに、PCは耐熱性にも優れており、加工部品の表面仕上げも非常に良好です。
用途：レンズ、照明器具、携帯電話ケース、電子部品、医療機器、防弾ガラスなどを含むが、これらに限定されない。
注意事項： PCは厚みのある部品を作るため、空隙、気泡、または凹みが生じる可能性があります。また、PC部品の耐薬品性は比較的劣ります。ABS/PC混合材料はPCの良い代替品であり、いくつかの欠点を解消できますが、製造された部品は不透明になります。
④PAまたはPPA（脂肪族ポリアミド）
利点: PA は優れた性能を持つエンジニアリング プラスチックです。優れた機械的特性、優れた耐腐食性、耐油性、耐熱性などを持ち、強化および難燃性改質により耐熱性、安定性、難燃性を大幅に向上させることができます。ナイロンには多くの種類 (4、6/6、6、6/10、6/12、12 など) があります。各材料には独自の利点があります。ナイロンは高強度、高温強度、優れた耐薬品性を持っています。たとえば、ナイロン 6/6 は高強度、高硬度で、耐摩耗性が非常に高いです。ナイロン 6 は低温で非常に硬く、靭性があります。ナイロン 6/12 は耐衝撃性が向上しています。
用途：薄肉部を有する部品、シャフト、ギアおよびベアリング、ねじ、ポンプ、ガイドなどを含むが、これらに限定されない。
注意事項：ナイロンは変形しやすいことは周知の事実です。湿度の高い冷蔵庫内など、特定の環境ではナイロン部品の使用は一般的に避けるべきです。ナイロンは吸水性のある素材であるため、部品のサイズや構造が変化し、損傷する可能性があります。
⑤POM（ポリオキシメチレン）
利点：靭性、剛性、硬度、強度に優れ、他のプラスチックに比べて非常に硬い。同時に、潤滑性、有機溶剤に対する耐性、弾性にも優れている。そのため、ベアリング面やギアの製造に非常に適している。
用途：ギア、ポンプ、インペラ、ブレード、コンベアチェーン、ファン、スイッチ部品、ボタン、ノブなどを含むが、これらに限定されない。
注意事項： POMは収縮するため、部品製造時には均一な肉厚を設計する必要があります。また、潤滑性が高いため、塗装やコーティングが難しく、美観を保つことも困難です。
⑥PMMA（ポリメチルメタクリレート）
利点：アクリルとも呼ばれ、優れた光学特性、表面仕上げ、耐傷性、低収縮性を備えた透明なプラスチックです。
用途：レンズ、ライトパイプ、レンズ、ランプシェード、光ファイバー、ロゴなどを含むが、これらに限定されない。
注意事項： PMMAは比較的脆く、力を加えると割れやすく、耐薬品性も低い。
⑦PP(ポリプロピレン)
利点： PPは成形性、表面剛性、耐擦傷性に優れています。低コストでありながら、耐衝撃性、耐摩耗性、靭性、伸び、耐酸性、耐アルカリ性にも優れています。
用途：蝶番、扇風機、ボトルキャップ、医療用ピペットなどを含むが、これらに限定されない。
注意事項： PPは低温では脆くなります。厚みのある部品を製造すると気泡が発生する可能性があり、収縮や反りも発生する可能性があります。
⑧PBT（ポリブチレンテレフタレート）
利点： PBTは優れた性能を持つエンジニアリング材料であり、優れた靭性と耐疲労性、耐熱性、良好な耐候性、良好な電気特性、および低い吸水性を備えています。強化および難燃剤による改質により、耐熱性、寸法安定性、および難燃性を大幅に向上させることができます。自動車に非常に適しており、電子部品に優れた電気特性を提供します。中～高強度で靭性があり、燃料、油、脂肪、および多くの溶剤に対する耐性も良好で、無臭です。
用途：摺動軸受、歯車、研削盤、掃除機、ボタンなどに限定されません。
注意事項： PBT樹脂は反りやすく、薄肉部品への加工が難しい。
⑨PPSU（ポリフェニルサルホン）
利点： PPSUは高い靭性と耐熱性を持ち、高温耐性と寸法安定性に優れた材料です。また、耐放射線性、一定の耐酸性、耐アルカリ性も備えています。
用途：医療機器部品、滅菌トレイ、温水関連機器、ソケットおよびコネクタなどに限定されません。
注意事項：厚みのある部品の場合、PPSUは空隙や気泡を発生させる可能性があります。有機溶剤や炭化水素はPPSU材料に腐食作用を及ぼします。一般的に、PPSU樹脂に着色剤を添加することはできません。
⑩PEEK（ポリエーテルエーテルケトン）
利点： PEEKは耐熱性、耐薬品性、難燃性、優れた強度、寸法安定性を備えた材料であり、医療、航空宇宙、自動車産業で広く使用されています。
用途：ベアリング、ピストン部品、ポンプ、絶縁電線などに限定されません。
注： PEEKは高性能素材であるため、価格が非常に高くなります。
⓫PEI（ポリエーテルイミド）
利点： PEEKと同様に、PEIは耐熱性、難燃性、優れた強度と寸法安定性、良好な耐薬品性を備えた素材です。医療、航空宇宙、自動車産業で広く使用されています。
用途：医療機器や化学機器に限らず、エアコン、パイプラインなどにも適用されます。
注： PEIも回転率の高い材料ですが、PEEKよりも安価です。
上記の11の材料は、射出成形で一般的に使用されています。 DDPROTOTYPE メモリには、PPS、TPE、TPU、LCP、HDPE、LDPE、PSU などの他のプラスチック オプションも含まれており、これらの樹脂はガラス繊維と炭素繊維を追加することで性能を向上させることもできます。
4. 医療用射出成形の代表的な材料
プラスチックは、医療用途では金属よりも優れていると長い間考えられてきました。 人体に接触すると、金属が人体の生理食塩水と化学反応を起こす可能性があるためです。 射出成形プロセスにおいて、医療業界は最高レベルの要件を持ち、大きな需要があります。 医療用射出成形部品の品質は、人の健康に関係し、人の命を脅かすことさえあります。 医療用射出成形メーカーと協力する場合、メーカーが医療用射出成形で最も一般的に使用される熱可塑性樹脂の特性を完全に理解することが非常に重要です。 以下に、医療用射出成形部品の一般的な材料と用途を紹介します。 通常、これらの医療材料は予備の在庫材料として使用されることはありませんが、製造前に厳密なテストを経て生産に使用する必要があります。
ポリエチレン（DPE）
世界で最も広く使用されているプラスチックであるポリエチレンは、非吸収性、非生分解性、耐色性を備えた費用対効果の高い医療グレードの素材であり、繊細な医療機器やコンポーネントに最適です。 ポリエチレンは危険なバクテリアを保持しにくく、強力な洗浄剤にも耐えることができます。 容器、ボトル、パイプなどに広く使用されていますが、紫外線に弱く、可燃性です。 引張強度は 4,000 psi です。
ポリプロピレン – 医療機器の射出成形に一般的に使用される熱可塑性樹脂。
ポリプロピレンは、優れた機械的特性と耐薬品性を備えた熱可塑性材料です。 ポリプロピレンは、4,800 psi の非常に高い引張強度を備え、比較的強く耐久性があり、自動車のバンパーから医療用具に至るまでの用途に使用されています。 ポリプロピレンは、使い捨て注射器、コネクター、ナックル プロテーゼ、非吸収性縫合糸、容器、バイアル、透明バッグなどの製造に一般的に使用されています。
ポリスチレン
ポリスチレンは、最も広く使用されているプラスチックの XNUMX つです。 これはガラス質で透明な硬質プラスチックで、比較的安価ですが、酸素と水蒸気に対するバリアが弱く、融点が比較的低いです。 ポリスチレンは、試験管、ペトリ皿、トレイ、使い捨てプラスチック食器などの製造に一般的に使用されています。
Acrylic
PMMA は可視光をほぼ完全に透過し、光ビームをその表面内で反射させ続けるという珍しい特性を持っているため、光ファイバーの製造によく使用されます。 人工歯、歯科インプラント、義歯材料、歯科用充填剤、眼内レンズ、透析用膜を製造する医療機器でよく使用されます。
ポリ塩化ビニル
ポリ塩化ビニル (PVC) は、世界で最も一般的に使用されている熱可塑性ポリマーの XNUMX つです。 病院の無菌検査室の床材、配管、羽目板などの建設業界で最も一般的に使用されています。 場合によってはゴムの代用としても使用され、血液透析または血液灌流装置、血液チューブ、血液バッグ、補綴材料の製造にも一般的に使用されています。
ポリカーボネート – 医療機器の射出成形に一般的に使用される熱可塑性樹脂
ポリカーボネートは、可視光を自然に透過し、紫外線に強い熱可塑性ポリマーのグループです。 それらは眼鏡レンズで一般的に使用されており、ガラスの優れた代替品と見なされています。 ポリカーボネートは非常に丈夫な素材で、もろくなく、医療機器で一般的に使用されています。 ポリカーボネート製の部品は、120°C の蒸気、ガンマ線、またはエチレンオキシド (Eto) 法を使用して滅菌できます。
5. 信頼できる射出成形メーカーを探す
射出成形プロジェクトを製造業者に委託する場合、製造業者が一貫して期待に応え、プロジェクトに付加価値を与えることを期待します。 したがって、射出成形メーカーを探す方法を知る必要があります。
適切な射出成形認証。
射出成形業界には、特に医療などの特殊な業界向けの厳格なガイドラインがあります。
設計および製作資格:
メーカーの機器が IQ/OQ/PQ プロセス検証の品質基準を満たしていることは非常に重要です。 また、SolidWorks CAD などの設計ソフトウェアを使用することは、彼らのプロトタイピング能力を決定する重要なパフォーマンスです。
品質管理と評価の認証
メーカーにとって、ISO 9001:2015 は、適切な品質管理システムを意味する重要な認証です。
材料の安全性と調達の認証
特に医療分野では、トレーサビリティが非常に重要です。 メーカーの生産記録が、関連する法的および倫理的制約に完全に準拠していることを確認してください。
メーカーの品質管理レベル
射出成形には非常に高い安定性が求められるため、製造プロセス全体を通じてサプライヤーが品質管理と安全対策を実施していることを確認してください。 さまざまな熱可塑性部品を製造するための実践的なソリューションについては、工場をチェックしてください。 彼らが実践の具体例を説明しているのを聞くのは賢明です。
社内製造設備とプロのメカニック
社内の高度な製造設備と機械工は、高品質を実現し、生産の期待に応えるための重要な基盤です。 5軸CNC工作機械、三次元測定器等が必要条件です。 もちろん、経験豊富なメカニックが開発段階全体をフォローする必要があります。
射出成形材料の選定に関してご不明な点がございましたら、お気軽にDDPROTOTYPEまでお問い合わせください。20年以上の経験に基づき、無料でアドバイスさせていただきます。
