バイイヤー工場のアンディより
2022 年 11 月 5 日更新
1. 収縮率
熱可塑性プラスチック成形収縮の形式と計算 前述したように、熱可塑性プラスチック成形収縮に影響を与える要因は次のとおりです。
1.1 プラスチックの種類 熱可塑性プラスチックの成形過程では、結晶化による体積変化、強い内部応力、プラスチック部品に凍結した大きな残留応力、強い分子配向などにより、熱硬化性プラスチックよりも収縮率が高くなります。また、一般に熱硬化性プラスチックに比べ、成形後の収縮や焼鈍・調湿処理後の収縮は大きくなります。
1.2 プラスチック部品の特性 溶融材料がキャビティの表面に接触すると、外層は直ちに冷却されて低密度の固体シェルを形成します。プラスチックの熱伝導率が低いため、プラスチック部品の内層はゆっくりと冷却され、大きな収縮を伴う高密度の固体層が形成されます。したがって、肉厚、徐冷、高密度層の厚さは大幅に収縮します。また、インサートの有無やインサートの配置・数量は、材料の流れ方向や密度分布、耐収縮性に直接影響するため、プラスチック部品の特性が収縮のサイズや方向に大きく影響します。
1.3 供給入口の形状、サイズ、分布などの要因は、材料の流れの方向、密度分布、圧力保持供給、成形時間に直接影響します。直接供給口や断面積の大きい供給口（特に断面が厚い）は収縮が小さいが方向性が大きく、幅が広くて短い供給口は方向性が小さい。供給口に近い場合、または材料の流れ方向と平行な場合、収縮が大きくなります。
1.4 成形条件 金型温度が高く、溶融材料の冷却が遅く、密度が高く、収縮が大きい。特に結晶性材料の場合、結晶性が高く体積変化が大きいため、収縮が大きくなる。金型の温度分布は、プラスチック部品の内部および外部の冷却と密度の均一性にも関連しており、これは成形品に直接影響します。
各パーツのサイズと収縮の方向に影響します。また、保持圧力や保持時間も収縮に大きく影響し、圧力が高く、時間が長いと収縮は小さくなりますが、その方向は大きくなります。射出圧力が高く、溶融材料の粘度差が小さく、層間せん断応力が小さく、離型後の弾性反発力が大きいため、収縮を適切に低減できる、材料温度が高く、収縮が大きい、しかし方向性は小さいです。したがって、成形時の金型温度、圧力、射出速度、冷却時間などを調整することによっても、プラスチック部品の収縮率を適切に変化させることができます。
金型を設計する際、さまざまなプラスチックの収縮範囲、プラスチック部品の肉厚と形状、供給口の形状、サイズと分布に従って、プラスチック部品の各部分の収縮率は経験によって決定されます。そしてキャビティサイズが計算されます。高精度のプラスチック部品の場合、収縮率を把握することが難しい場合は、次の方法を使用して金型を設計する必要があります。
① プラスチック部品の外径の収縮率は小さい方、内径は収縮率の大きい方を採用し、金型試作後の修正の余地を残します。
②金型テストでは、ゲートシステムの形状、サイズ、成形条件を決定します。
③ 後処理するプラスチック部品を後処理して、寸法変化を測定します（測定は離型後 24 時間後に行う必要があります）。
④ 実際の収縮に合わせて金型を修正します。
⑤ 金型を再試行し、プロセス条件を変更して、プラスチック部品の要件を満たすように収縮値をわずかに変更します。
2. 流動性
2.1 熱可塑性プラスチックの流動性は一般に、分子量、メルトインデックス、アルキメデススパイラルフロー長、見掛け粘度、流量比（プロセス長/プラスチック壁厚）などの一連の指標から分析できます。分子量が小さく、分子量分布が広く、分子構造の規則性が悪く、メルトインデックスが高く、スパイラルフロー長が長く、見掛け粘度が低く、流動比が大きいため、流動性が良好です。射出成形で。一般的に使用されるプラスチックの流動性は、金型設計の要求に応じて大きく次の 3 つに分類できます。
①流動性が良い PA、PE、PS、PP、CA、ポリ(4)メチルペンチレン。
②中流動性のポリスチレン系樹脂（ABS、AS等）、PMMA、POM、ポリフェニレンエーテル。
③流動性の悪いPC、硬質PVC、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリアリールスルホン、フッ素樹脂。
2.2 各種プラスチックの流動性もさまざまな成形要因により変化します。主な影響要因は次のとおりです。
①温度が高いほど材料の流動性は高くなりますが、プラスチックの種類によっても異なり、PS（特に耐衝撃性が高くMFR値が高い）、PP、PA、PMMA、変性ポリスチレン（ABS、ASなど）、 PC、CAなどのプラスチックは温度により流動性が大きく変化します。PE、POM の場合、温度の上昇または下降は流動性にほとんど影響しません。したがって、前者は成形時の流動性を制御するために温度を調整する必要があります。
②射出圧力が増加すると、溶融材料のせん断が大きくなり、流動性も増加します。特にPEとPOMはより敏感であるため、成形中の流動性を制御するために射出圧力を調整する必要があります。
③形状、サイズ、レイアウト、冷却システムの設計、溶融材料の流れ抵抗（表面仕上げ、前炉部の厚さ、キャビティ形状、排気システムなど）およびその他の要因は、キャビティ内の溶融材料の流れに直接影響します。実際の内部の流動性は、溶融材料の温度を下げて流動抵抗を大きくすると流動性が低下します。金型を設計する際には、使用するプラスチックの流動性に応じて合理的な構造を選択する必要があります。成形時には、材料温度、金型温度、射出圧力、射出速度などを制御し、成形ニーズに合わせて充填状況を適切に調整します。
3. 結晶化度
熱可塑性プラスチックは、縮合時に結晶化しないことに応じて、結晶性プラスチックと非結晶性 (アモルファスとも呼ばれる) プラスチックの 2 つのカテゴリに分類できます。
いわゆる結晶化現象とは、プラスチックが溶融状態から凝結状態に変化する際に、分子が完全に無秩序な状態で独立して運動し、わずかに固定された位置に応じて分子が自由に運動しなくなる傾向が見られる現象です。分子配列を正常モデルにします。現象。
この２種類のプラスチックの外観を判断する基準としては、プラスチックの厚肉部分の透明度が基準となります。一般に、結晶性材料は不透明または半透明（POM など）であり、非晶質材料は透明（PMMA など）です。ただし例外もあり、ポリ(4)メチルペンチレンは結晶性プラスチックですが透明度が高く、ABSは非晶質ですが透明ではありません。
金型を設計し、射出成形機を選択する際には、結晶性プラスチックに関する次の要件と注意事項に注意する必要があります。
①材料温度が成形温度まで上昇するのに必要な熱量が大きいため、可塑化能力の大きな装置を使用する必要があります。
②冷却時の発熱が大きいため、十分に冷却してください。
③ 溶融状態と固体状態の比重差が大きく、成形収縮が大きく、引け穴やポアが発生しやすい。
④冷却が早く、結晶性が低く、収縮率が小さく透明性が高い。結晶化度はプラスチック部品の壁の厚さに関係しており、壁の厚さはゆっくり冷却され、結晶化度が高く、収縮が大きく、物理的特性が良好です。したがって、結晶材料は必要に応じて金型温度を制御する必要があります。
⑤ 異方性が大きく、内部応力が大きい。型から取り出した後、結晶化していない分子は結晶化し続ける傾向があり、エネルギーの不均衡な状態にあるため、変形や反りが発生しやすくなります。
⑥ 結晶化温度範囲が狭く、未溶解材料が金型内に注入されたり、供給口が閉塞しやすい。
4. 熱に弱いプラスチック、加水分解しやすいプラスチック
4.1 熱敏感性とは、一部のプラスチックが熱に敏感であることを意味し、高温での加熱時間が長かったり、供給口の断面積が小さすぎたり、せん断作用が大きいと材料温度が上昇し、熱くなりやすいことを意味します。変色、劣化、腐敗の原因となります。こういう特徴があるのです。プラスチックは感熱性プラスチックと呼ばれます。硬質PVC、ポリ塩化ビニリデン、酢酸ビニル共重合体、POM、ポリクロロトリフルオロエチレンなど。熱に弱いプラスチックが分解すると、モノマー、ガス、固体などの副生成物が生成され、特に一部の分解ガスは刺激性、腐食性、有毒性があります。人体、設備、金型に悪影響を及ぼします。したがって、金型の設計、射出成形機の選定、成形には注意が必要です。スクリュー射出成形機を選定してください。ゲート システムの断面積は大きくする必要があります。モールドとバレルはクロムメッキされており、角があってはなりません。熱に弱い性質を弱めるために安定剤を加えます。
4.2 プラスチック（PC など）の中には、少量の水分を含んでいても、高温高圧下では分解するものがあります。この性質を易加水分解といい、事前に加熱乾燥する必要があります。
5. 応力亀裂とメルトフラクチャー
5.1 プラスチックの中には応力に弱く、成形時に内部応力がかかりやすく、脆くて割れやすいものがあります。プラスチック部品は外力や溶剤の作用により割れます。そのためには、原料に添加剤を添加して耐クラック性を向上させるとともに、原料の乾燥に注意し、内部応力を低減して耐クラック性を高めるための成形条件を合理的に選択する必要があります。プラスチック部品は無理のない形状を選択し、応力集中を最小限に抑えるインサートなどの対策を講じてください。金型を設計する際には、離型勾配を大きくし、適切な供給ポートと排出機構を選択する必要があります。成形中は、プラスチック部品が冷たすぎて脆くなる場合に型から外れないように、材料温度、金型温度、射出圧力、冷却時間を適切に調整する必要があります。, 成形後、耐クラック性を向上させ、内部応力を除去し、溶剤との接触を防ぐために、プラスチック部品も後処理する必要があります。
5.2 一定のメルトフローレートのポリマー溶融物が一定の温度でノズル穴を通過し、その流量が一定の値を超えると、溶融物表面に明らかな横方向の亀裂が生じ、メルトフラクチャーと呼ばれ、外観や物性を損傷します。プラスチックの部品。したがって、メルトフローレートの高いポリマーなどを選択する場合は、ノズル、ランナー、供給口の断面積を大きくし、射出速度を遅くし、材料温度を高くする必要があります。
6. 熱性能と冷却速度
6.1 さまざまなプラスチックは、比熱、熱伝導率、熱変形温度などの異なる熱特性を持っています。比熱の高い可塑化を行う場合には、多量の熱量が必要となるため、可塑化能力の大きな射出成形機を選択する必要があります。熱変形温度が高いプラスチックは冷却時間が短く、離型が早くなりますが、離型後の冷却変形を防ぐ必要があります。熱伝導率の低いプラスチック（イオンポリマーなど）は冷却速度が遅いため、十分に冷却し、金型の冷却効果を高める必要があります。ホットランナー金型は、比熱が低く熱伝導率の高いプラスチックに適しています。比熱が大きく、熱伝導率が低く、熱変形温度が低く、冷却速度が遅いプラスチックは高速成形が難しく、適切な射出成形機の選定や金型の冷却を強化する必要があります。
6.2 さまざまなプラスチックは、その種類や特性、プラスチック部品の形状に応じて、適切な冷却速度を維持する必要があります。したがって、一定の金型温度を維持するには、成形要件に応じて金型に加熱および冷却システムを設定する必要があります。材料温度が金型温度を上昇させる場合、離型後のプラスチック部品の変形を防ぎ、成形サイクルを短縮し、結晶化度を低下させるために、金型を冷却する必要があります。プラスチックの廃熱が金型を特定の温度に保つのに十分ではない場合、冷却速度を制御し、流動性を確保し、充填条件を改善し、またはプラスチックを制御するために、金型を特定の温度に保つための加熱システムを金型に装備する必要があります。部品をゆっくりと冷却します。厚肉プラスチック部品の内側と外側の不均一な冷却を防ぎ、結晶化度を向上させます。流動性が良いもの、成形面積が大きいもの、材料温度が不均一なものなど、プラスチック部品の成形条件に応じて、加熱と冷却を交互に使用したり、局所的な加熱と冷却を併用したりする場合があります。この目的のために、金型には対応する冷却または加熱システムが装備されている必要があります。
投稿日時: 2022 年 11 月 29 日
