プラスチック押出成形プロセスの種類と材料選定

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導入

プラスチック押出成形の種類と材料選定―プラスチック押出成形には、さまざまなサイズ・形状・特性を持つプラスチック製品を製造するための多様な技術が含まれます。適切な押出成形方法およびプラスチック材料の選定は、最終製品が求める機能性・外観・性能特性を実現するうえで極めて重要です。
プラスチック押出成形にはいくつかの異なる種類があり、それぞれ特定の用途や材料要件に合わせて最適化されています。適切な成形プロセスと材料を慎重に選定することで、メーカーはパイプ、プロファイル、シート、フィルムなど、建設から自動車、包装に至るまで幅広い産業のニーズに応える多種多様な製品を生み出すことができます。

プラスチック押出成形の種類

とはいえ プラスチック押出成形機は プラスチックを押し出す方式はさまざまですが、基本的な原理は同じです。押出成形プロセスの種類は、金型の形状の複雑さによって異なります。一部の方式は、他の方式に比べて複雑なパターンの処理に優れています。
現在市場でメーカーが使用している主な成形プロセスは、以下の4種類です。

パイプ押出成形

パイプ用プラスチックを押出する工程は、ダイ部分が押し出されるまでの手順は同一です。この方法は、チューブや長いパイプ、給水管などの中空部品の製造に適しています。また、飲用ストローや医療用チューブの製造にも適しています。

作業者は金型内にマンドレルまたはピンを挿入し、ピンを通じて内部空間に正圧を加えて中空部を形成します。複数の穴がある場合は、金型の中心部に複数のピンを配置します。必要なピンの数は、希望する穴の数によって決まります。

また、この場合、ピンにかかる空気圧は通常別の供給源から得られるため、各穴のサイズを容易に変更できます。

ブロー成形押出

人々はしばしばブロー成形による押出法を用いて、ショッピングバッグなどの製品を製造します。パイプのプラスチック押出法と同様に、ブロー成形押出法と通常の押出法との間で最も大きな違いは、ダイスにあります。

ブロー成形押出用ダイスは、円形の穴が開いた高い円筒状の装置です。これらの穴の大きさは数センチメートル程度のものから、3メートルを超えるものまで様々です。この工程では、一組の圧力ローラーが溶融したプラスチックをダイスから引き出す役割を果たします。

多くの場合、圧力ローラーは金型の上部から4～20メートルの高さに設置されます。ローラーの正確な高さは、必要な冷却度合いによって決まります。さらに、フィルムの壁厚や厚さは、ローラーの移動速度に依存します。フィルムが上方へ移動する際、ダイスヘッド周囲のエアリングがフィルムの冷却を助けます。

ダイスヘッド中央の穴から圧縮空気が押出された円形のプラスチック中心部へ送られ、気泡が形成されます。これにより、押出されたプラスチックの円形断面が一定の倍率で拡大します。この倍率は「ブロー・アップ比」とも呼ばれ、元の幅の数パーセントから200倍以上に達することもあります。

最後に、ニップローラーが気泡を平らにして、気泡の直径の半分の幅を持つ両面フィルムを形成します。この両面フィルムはさまざまな形状に裁断され、ロール状に巻かれたり、印刷されたりします。熱封することで、袋などの製品にも加工可能です。

シートフィルム押出

この工程はブロー成形押出と非常に似ていますが、目的とする形状の作り方は異なります。この種の押出では、材料を引っ張りながら圧延する方法が主な形状形成手段となります。これには、シート表面の粗さや滑らかさ、および厚さの調整が含まれます。

圧延工程により、製品は所定の形状を確保するとともに、冷却と恒久的な固化を促進します。

オーバージャケット押出

このプラスチック押出工程は、絶縁電線の製造に適しています。この工程の目的は、材料にプラスチック製の被覆を施すことです。電線を被覆する際には、圧力工具と被覆工具という二つの主要なプラスチック押出工具が使用されます。

両工具にはそれぞれ用途がありますが、電線をプラスチックで被覆する際にどちらの工具を使用するかは、プラスチックが電線にどの程度密着する必要があるかによって決まります。

電線と材料の間に密着や接着が必要な場合は、圧力工具が最適な方法です。一方、密着が必須でない場合には、被覆工具が好まれます。

これらの工具の最も重要な違いは、金型上のピンの位置にあります。ピンが金型の端まで完全に差し込まれている場合、これを「ジャケット式工具」と呼びます。一方、圧力成形では、ピンの先端がクロスヘッド内部に留まります。つまり、電線が金型内にある間に溶融したプラスチックで被覆されるのです。この場合、電線と液状のプラスチックが金型から出てくるにつれて、圧力が増加します。

プラスチック押出における材料選定

プラスチック押出成形は、さまざまな材料を用いて行うことができます。必要な製品に応じて、使用する材料をお選びください。以下に、プラスチック押出成形に使用可能な各種材料の一覧を示します。

ABS（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）スチレンを重合してABSを製造し、アクリロニトリルとポリブタジエンの組み合わせにより、ポリスチレンそのものよりも強度が高くなります。ABSに含まれるスチレンは表面を防水かつ光沢のある仕上がりにし、ポリブタジエンは素材の種類に関わらず光沢を与えます。一方で、ポリブタジエンは気候条件に左右されず、高い靭性をもたらします。
Aアクリルこの化合物は産業界で幅広い用途を持ち、光透過性のためガラスの代わりとしても使用できます。アクリルは耐候性、堅牢性、透明性の絶妙なバランスを備えています。また、用途に応じて着色や拡散加工、すりガラス加工なども可能です。まさにアクリロニトリル・スチレン・アクリレート・ASAのような特性を持っています。
PVC（ポリ塩化ビニル）これは世界で最も広く使用されているプラスチック材料の一つです。ほぼすべての産業分野で多様な用途に活用されています。ポリ塩化ビニルには主に二つのタイプがあり、軟質PVCと硬質PVCがあります。
軟質PVCこの材料は安価で汎用性が高く、非常に一般的です。耐候性、耐裂性、引張強度の完璧なバランスを備えています。
硬質PVC硬質PVCは衝撃に強く、日光下でも安定した性能を発揮します。この材料は配管や冷蔵庫、ドア、窓などの特殊なプラスチック製品の製造に用いられます。その硬度から、多くの場合において木材や金属の代替として使用できます。
CPVC（塩素化ポリ塩化ビニル）CPVCは自然な色合いを持ち、UL94規格の難燃性を備えています。さらに優れた剛性、高温特性、衝撃耐性も有しています。
ミネラル充填ポリプロピレンこの材料は温度変化に左右されず、幅広い温度範囲で安定した性能を維持します。
ポリカーボネートこの材料は硬度、耐摩耗性、耐衝撃性、着色性に加え、高温および低温での優れた性能を兼ね備えています。
Styrene：ポリカーボネートと同様に、Styreneは靭性・強度・剛性および着色性を兼ね備えた材料です。
TPA（熱可塑性合金）：この合成素材は、ウェザーストリップやガスケットなどに適しており、優れた圧縮永久歪み特性を持ち、低温でも安定し、伸張も可能です。
ポリエチレン：これは強度が高く、着色可能で、低温環境下でも良好に機能する優れた材料です。
TPV（熱可塑性加硫ゴム）：この材料は破れにくく、気象条件にも耐え、低温でも柔軟性を保持します。また、引張強度も優れています。
ポリプロピレン：この材料は強度が高く、破れにくく、着色可能で、低温環境下でも良好に機能します。