プラスチックの収縮とは？

収縮はプラスチックの重要な特性であり、製品成形に直接影響します。そのため プラスチック射出成形金型 そして 射出成形 産業界では、収縮は金型設計に影響を与えるため、設計者は収縮を把握しなければならない。

製品デザイナーにとって、プラスチック製品を直接製造するわけではないが、収縮率を理解することは極めて重要である。そうでなければ、特に肉厚の製品では、生産時に不必要な問題を引き起こす可能性がある。

この記事では、プラスチック収縮について包括的に説明し、金型設計者と製品設計者の両方に洞察を提供します。

プラスチックの収縮とは？

プラスチックの収縮とは、冷却されていない最初のサイズから、冷却された室温のサイズまでの寸法の減少率を指す。熱膨張や熱収縮によるものだけでなく、成形時のさまざまな要因も関係しているため、成形収縮率と呼ばれている。

具体的には、収縮率は以下の式で計算できる：

収縮率＝（元のサイズ-冷却後のサイズ）/元のサイズ×100%

プラスチックの収縮の程度は、材料の種類、組成、吸湿性、金型温度などの要因によって異なる。例えば、結晶性プラスチックは一般的に非結晶性プラスチックよりも大きな収縮を示す。

部品への収縮の影響

収縮は、製品の性能、外観、生産コストなど、さまざまな面で部品に影響を与える。

第一に、部品の寸法精度が低下する。収縮率が不適切に制御されると、部品の寸法が設計仕様から逸脱し、組立精度やフィッティング性能に影響を及ぼす可能性があります。例えば自動車業界では、収縮はドアや窓のような部品のスムーズな動作を妨げ、車両全体の性能や安全性に影響を与えます。

第二に、部品の外観品質に影響する。通常、プラスチック部品の表面は平滑であるため、収縮によって表面に凹凸が生じ、製品の美観や質感が損なわれる可能性がある。これは消費者の購買判断に影響を与えるだけでなく、企業のブランドイメージを損なうことにもなる。

さらに、収縮は生産コストを増加させる。収縮率を抑えるために、射出成形メーカーは金型設計の調整や射出成形工程の最適化など、さまざまな対策を講じなければならない。これらの対策には多大な人的・物的資源が必要となり、生産コストが上昇する。さらに、部品の寸法精度が低下するため、企業は二次加工や修理が必要になり、生産コストと時間コストがさらに増加する可能性がある。

製品設計者が射出成形の収縮率を知る必要がある理由

射出成形工場では、生産時に収縮の問題を解決していますが、製品設計者は依然として収縮関連の知識を把握する必要があります。その理由は以下の通りです：

デザインの最適化： 収縮率を理解することで、設計者は生産中のサイズ変化を予測し、正確で一貫した結果を得るために設計を最適化することができます。

素材の選択： プラスチックの種類によって、成形時の収縮率は様々です。収縮率の知識は、設計要件に基づいて適切な材料を選択するのに役立ちます。

反復的な設計プロセス： シュリンクの問題を早期に予測して対処することで、開発サイクルが短縮され、製品の発売が早まる。

コスト効率： 収縮に関連する問題を最小限に抑えることで、無駄、手直し、遅れを減らし、生産工程のコスト効率を高めることができます。収縮を意識した設計者は、経済的に実行可能な製品を作ることができます。

射出成形の収縮に影響を与える要因

プラスチックの収縮率は、厚み、成形工程、環境条件などの要因によって異なります。製品設計者にとって、このことは非常に重要である：

1. 壁が厚いと冷却時間が長くなり、収縮が大きくなる。
2. 補強や彫刻のような特徴は収縮に強く、その結果、これらの部分の収縮率は小さくなる。

金型設計者にとっては、主にプラスチックの収縮がどのように影響するかに注意を払う必要がある：

成形工程要因

• 成形温度を一定にすることで、収縮を抑えることができる。
• 射出圧力を上げると収縮率が減少する。
• 溶融温度が高いほど収縮が小さくなる。
• 金型温度が高いと収縮が大きくなる。
• 長時間の加圧で収縮を抑える。
• 金型内での冷却時間が長いと収縮が減少する。
• 射出速度が速いと収縮率がわずかに増加する。
• 初期の収縮は大きく、約2日後に安定する。

プラスチック構造因子

• 肉厚の部品は収縮率が高い。
• 部品 インサート の方が収縮率が低い。
• 複雑な形状は収縮率が小さい。
• 収縮は通常、流れ方向の方が小さい。
• 細長い部品は、長さ方向の収縮率が低い。
• 長さ方向の収縮は厚さよりも小さい。

金型構造因子

• ゲートサイズを大きくすることで、収縮を抑えることができる。
• ゲートから遠い部分は収縮が小さい。
• 金型の制限された部分は収縮が少ない。

プラスチック特性係数

• 結晶性プラスチックは非晶性プラスチックよりも収縮率が大きい。
• 流動性の良いプラスチックは成形収縮率が小さい。
• プラスチックにフィラーを加えると、収縮率が大幅に減少する。
• 同じプラスチックでもロットによって収縮率は異なる。

射出成形では様々な材料が異なる収縮を示す

プラスチックの収縮率には様々な要因が影響するため、数値にはかなりの幅があります。例えば、ネットで調べたABSの収縮率は約0.4%から0.7%です。FirstMoldは、より正確な範囲を提供するために、プラスチック収縮率のいくつかの詳細な表をコンパイルしています。

PA6 プラスチックの収縮：

PA6 プラスチックの収縮：

PPプラスチック収縮：

PCプラスチック収縮：

PC/ABSプラスチック収縮：

PC/PBTプラスチック収縮：

ABSプラスチック収縮：

以下は、提供された情報に基づく表である：

プラスチック収縮率の変動を防ぐには？

採用すべき対策

フローとゲートのバランス

タイトルにあるように、収縮率は樹脂の圧力変化によって変化します。複数のゲートを持つシングルキャビティ金型やマルチキャビティ金型の場合、適切なゲートバランスが不可欠です。ゲートのバランスをとることは、ランナー内の流動抵抗に依存する樹脂の流れを均一にするために必要です。したがって、ゲートのバランスをとる前にランナーのバランスをとることが望ましい。

金型キャビティ配置

成形条件の設定を容易にするためには、金型のキャビティ配置に注意しなければならない。溶融樹脂は金型内に熱を運ぶため、一般的なキャビティ配置では、金型温度分布はゲートを中心とした同心円状となる。したがって、多数個取り金型のキャビティ配置は、ランナバランスの取りやすさと、ゲートを中心とした同心円状の配置を両立させることが重要である。

成形の変形を防ぐ

成形変形は、不均一な収縮による内部応力によって発生する。特に円形で歯車中心に穴が開いているような場合、収縮ムラを防ぐためには、中心にゲートを設ける必要がある。しかし、樹脂の流れ方向と直角方向の収縮率に大きな差がある場合、楕円を形成するデメリットが生じる。

真円度の精度を高めるには、3点ゲートや6点ゲートを設置する必要がある。ただし、各ゲートのバランス調整が重要です。サイドゲートを使用する場合、3点ゲートでは円筒製品の内径が大きくなる場合があります。表面や端面にゲートマークが許されない状況では、内面側多点ゲートの使用を最小限に抑えることが望ましい。