射出成形部品の品質に影響する3つの重要要因

射出成形はプラスチック製品の最も一般的な加工方法です。射出成形は高効率と大量生産の代名詞です。射出成形部品のユーザーとして、製品欠陥に遭遇したことはありますか？そのような不合格品はどのように生まれたのでしょうか？射出成形プロセスで不良品の発生を防ぐために何に注意すべきでしょうか？この記事では、不良品につながる要因と解決策を詳細にリストアップします。射出成形技術をより深く理解するお手伝いができれば幸いです。

1. 射出成形時の収縮

熱可塑性成形時に発生する収縮は、完成品の歩留まりに直接影響します。熱可塑性成形収縮に影響する要素は以下の通りです：

1.1 成形工程中のプラスチック種類：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、強い分子配向などの要因により、熱可塑性プラスチックの収縮率は熱硬化性プラスチックより高く、収縮範囲が広く、方向性が明確で、成形後も続きます。

1.2 プラスチック部品の特性：溶融材料がキャビティ表面に接触すると、外層が即座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悪いことから、プラスチック部品の内層はゆっくり冷却され、大きな収縮を持つ高密度固体層を形成します。したがって、壁厚、遅い冷却、高密度層厚は大きな収縮を引き起こします。

さらに、インサートの有無、配置と数も、密度分布、材料流動方向、収縮抵抗に直接影響します。したがって、プラスチック部品の特性は収縮の大きさと方向性に大きく影響します。

1.3 溶融材料がキャビティ表面に接触すると、外層が即座に冷却され、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悪いことから、プラスチック部品の内層はゆっくり冷却され、大きな収縮率を持つ高密度固体層を形成します。したがって、壁厚、遅い冷却、高密度層厚などの要因が材料の大きな収縮を引き起こす可能性があります。

さらに、インサートの有無、配置と数は、溶液の流動方向、密度分布、収縮抵抗に直接影響するため、プラスチック部品の特性は収縮の大きさと方向性に大きな影響を与えます。

1.4 ゲートの形状、サイズ、分布などの要因は、材料流動方向、密度分布、保圧給料、成形時間などに直接影響します。ダイレクトゲートと大断面ゲート（特に厚い断面）は収縮が小さいが方向性が大きく、幅広で短いゲートは方向性が小さい。ゲートに近いか材料流動方向に平行な場合、収縮率は大きいです。

1.5 成形条件：金型温度が高いと、溶融材料の冷却が遅く、密度が高く、収縮率が大きくなります。特に結晶性材料では、結晶度が高いため体積変化が大きく、収縮率が大きくなります。金型温度分布もプラスチック部品の内外の冷却と密度均一性に関係し、各部品の収縮率と方向に直接影響します。

射出成形プロセス中の過度な収縮問題を解決するには、金型設計時に収縮率を考慮する必要があります：

• プラスチック部品の外径には低い収縮率を、内径には大きい収縮率を使用し、金型試験後の修正の余地を残す
• 金型試験でゲートシステムの形状、サイズ、成形条件を決定する
• プラスチック部品の後処理後、金型の寸法変化を再測定する。脱型後24時間後に測定すべき
• 実際の収縮に応じて金型を修正・改良する
• 再び金型を使用し、プロセス条件を改善し、収縮値をわずかに修正してプラスチック部品の要件を満たす

2. 射出成形材料の流動性

2.1 熱可塑性プラスチックの流動性は、一般的に分子量、溶融指数、アルキメデス螺旋流動長、見かけ粘度、流動比（工程長/プラスチック壁厚）などの一連の指標から分析できます。

材料の分子量が小さく、分子量分布が広く、分子構造の規則性が悪い場合、溶融指数が高く、螺旋流動長が長く、見かけ粘度が低く、流動比が高い材料は流動性が良好です。

仕様書で同タイプのプラスチックの流動性が射出成形に適しているかどうかを確認する必要があります。金型の設計要件に基づき、一般的に使用されるプラスチックの流動性は基本的に3つのカテゴリに分けられます：

a. 流動性が良い材料： PA、PE、PS、PP、CA、ポリメチルペンチレン；

b. 中程度の流動性材料： ポリスチレン系樹脂（ABS、ASなど）、PMMA、POM、ポリフェニレンエーテル；

c. 流動性が悪い材料： PC、硬質PVC、ポリフェニレンエーテル、ポリサルフォン、ポリアリルサルフォン、フッ素プラスチック。

2.2 プラスチック流動性に影響する理由

① 温度が高いほど材料の流動性は高くなりますが、プラスチックによっても異なります。PS（特に耐衝撃性と高MFR値）、PP、PA、PMMA、変性ポリスチレン（ABS、AS）、PC、CAなどのプラスチックは温度によって流動性が大きく変わります。PE、POMでは温度の上下が流動性にほとんど影響しません。したがって、前者は成形時に温度を調整して流動性を制御すべきです。

② 射出圧力が増加すると、溶融材料は大きくせん断され、流動性も増加します。特にPEとPOMは敏感なので、成形時に射出圧力を調整して流動性を制御すべきです。

③ ゲートの形状、サイズ、レイアウト、冷却システム設計、溶融材料の流動抵抗（表面仕上げ、湯道断面厚、キャビティ形状、排気システム）などの要因が、キャビティ内の溶融材料の流れに直接影響します。

溶融材料温度が下がり流動抵抗が増加すると流動性は低下します。使用するプラスチックの流動性に応じて、金型設計時に合理的な構造を選択すべきです。成形時には金型温度、材料温度、射出速度、射出圧力などの要因も適切に制御すべきです。これらは充填状況を調整し、成形要件を満たすことができます。

3. 射出成形材料の熱的特性と冷却速度

3.1 さまざまなプラスチックには、比熱、熱伝導率、熱変形温度などの異なる熱的特性があります。比熱が高いプラスチックは可塑化時に大量の熱を必要とし、可塑化能力の大きい射出成形機を使用すべきです。熱変形温度が高いプラスチックは冷却時間が短く、早期脱型が可能ですが、脱型後の冷却変形を防止すべきです。

熱伝導率が低いプラスチックは冷却速度が遅い（イオンポリマーなど）ため、金型の冷却効果を十分に高める必要があります。ホットランナー金型は熱伝導率が高く比熱が低いプラスチックに適用されます。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に不利です。したがって、適切な射出成形機を選択し、金型冷却を強化する必要があります。

3.2 さまざまなプラスチックは、その種類と特性、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、成形要件に応じて金型に加熱冷却システムを装備し、一定の金型温度を維持する必要があります。

材料温度が上昇すると、金型温度は冷却してプラスチック部品の脱型後変形を防ぎ、成形サイクルを短縮し、結晶化度を減らすべきです。プラスチック廃熱が金型を一定温度に保つのに十分でない場合、金型に加熱システムを装備して金型を一定温度に制御し、冷却速度を制御して流動性を確保し、充填条件を改善するか、プラスチック部品の緩やかな冷却を制御すべきです。厚肉プラスチック部品の内外の不均一な冷却を防ぎ、結晶化度を向上させます。

流動性が良く、成形面積が大きく、材料温度が不均一な場合、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、局所加熱と冷却を組み合わせたりすることが必要な場合があります。このため、金型には対応する冷却または加熱システムを装備すべきです。

サプライヤーとして射出成形製品を選ぶには？

消費者や企業として、大量の不良部品の生産は自社製品の生産速度を低下させます。射出成形製品の欠陥形成理由を理解することで、「加工生産には必ず一定の不良率が発生するのは正常です！」といった理由で部品サプライヤーに逃げられることを防止できます。

もちろん、購入者としては射出成形サービスを提供するサプライヤーの加工能力により注意を払うべきです。したがって、記事の最後に良い射出成形サプライヤー - JTRをお勧めします。JTRはCNC加工と射出成形を専門とするサービスプロバイダーです。JTRは中国で最も成熟した射出成形技術メーカーの一つであるだけでなく、国際市場でも多くの顧客に愛されています。最高の射出成形が必要なら、お気軽にお問い合わせください。