プラスチックの収縮は、射出成形の最も重要でありながらしばしば誤解される側面の1つです。溶融プラスチックが冷却して固化すると、収縮が起こり、最終製品を作成または壊す可能性のある寸法変化につながります。収縮を管理することは、精度を維持し、反りのような欠陥を避け、成形部品の完全性を確保するために不可欠です。ポリプロピレンなどの一般的な材料を使用している場合でも、ポリカーボネートなどの高性能ポリマーを使用している場合でも、収縮を理解して制御することは、完璧で信頼できる結果を達成するための鍵です。
このブログでは、プラスチックの縮小の全眼鏡を提示し、その定義、原因、解決策の深い理解に貢献します。
射出成形のプラスチック収縮とは何ですか
プラスチックの収縮 は、射出成形中の冷却中のポリマーの体積収縮です。最大20〜25％のボリューム削減を考慮して、最終的な製品の寸法と品質に影響を与えます。
分子レベルの収縮が発生します。 ポリマー鎖が可動性を失い、よりしっかりと詰めると、この効果は、半結晶ポリマーでより顕著です。体積収縮は 、以下を使用して計算できます。
収縮（％）= [（元のボリューム - 最終ボリューム） /オリジナルボリューム] x 100
熱収縮は 収縮に大きく貢献します。熱膨張の係数が高い材料は、より顕著な効果を経験します。
成形部品に対するプラスチックの収縮の影響
寸法精度：部品は設計仕様から逸脱し、アセンブリまたは機能的な問題を引き起こす場合があります。
外観の品質：不均一な収縮により、表面欠陥、反り、シンクマークが生じる可能性があります。
生産コスト：収縮関連の問題に対処するには、多くの場合、追加の処理または材料の廃棄物が必要です。
パフォーマンスの問題：寸法の不正確さは、特に重要なアプリケーションでパフォーマンスの障害につながる可能性があります。
射出成形に影響を与える要因の収縮
射出成形収縮は、高品質のプラスチック部品を生産する上で重要な要素です。いくつかの重要な要素は、材料特性から処理条件、一部の設計、金型の設計に至るまで、収縮に影響します。これらの要因を理解するには、寸法の精度を確保し、生産中の欠陥を軽減することになります。
材料特性
結晶対アモルファスプラスチック
結晶性であろうとアモルファスであろうと、プラスチックのタイプは、収縮に大きな役割を果たします。 PA6やPA66などの結晶プラスチックは、冷却して結晶化するにつれて分子構造の整然とした配置により、より高い収縮を示します。 PCやABSのようなアモルファスプラスチックは、その分子構造が冷却中に有意な再配置を受けることはないため、縮小しません。
| プラスチックタイプの | 収縮傾向 |
| 結晶 | 高い収縮 |
| アモルファス | 低収縮 |
分子量
プラスチックの分子量もその収縮に影響します。高分子量のプラスチックは、粘度が高く、材料の流れを遅くし、冷却中の収縮量を減らすため、収縮率が低い傾向があります。
フィラーと繊維
ガラス繊維などのフィラーは、しばしば縮小を減らすためにプラスチックに追加されます。これらの繊維は、ポリマー構造を強化し、寸法の安定性を提供することにより、過度の収縮を防ぎます。たとえば、ガラスで充填されたナイロン（PA）は、充実していないナイロンよりも大幅に縮小します。
顔料
プラスチックに添加された顔料は収縮に衝撃を与える可能性がありますが、その効果はフィラーと比較して顕著ではありません。特定の顔料は、融解の流れや冷却特性を変化させ、収縮に微妙に影響を与える可能性があります。
さまざまなプラスチックの収縮率
収縮率は、さまざまな種類のプラスチックによって大きく異なります。以下は、一般的に使用される材料の典型的な収縮値です：
| プラスチックタイプの | 収縮率（％） |
| PA6およびPA66 | 0.7-2.0 |
| PP（ポリプロピレン） | 1.0-2.5 |
| PC（ポリカーボネート） | 0.5-0.7 |
| PC/ABSブレンド | 0.5-0.8 |
| 腹筋 | 0.4-0.7 |
射出成形の処理条件
溶けとカビの温度
溶融温度は、ポリマーがカビに流れ込み、冷却する方法に影響します。溶融温度が高くなると、カビの充填が改善されますが、冷却中の収縮により収縮が増加する可能性があります。同様に、カビの温度は冷却速度に影響し、冷却型がより速い固化と潜在的に高い収縮を促進します。
噴射圧力
噴射圧力が高いほど、カビの空洞で材料をより密に圧縮することにより、収縮が低下します。これにより、プラスチックが冷却され、契約を締めくくると形成できるボイド空間の量が最小限に抑えられます。
冷却時間
冷却時間が長くなると、材料が金型で完全に固まることができ、部品が排出された後に収縮を減らします。ただし、冷却が速すぎると、不均一な収縮と反りにつながる可能性があります。
梱包圧力と時間
梱包圧力と期間は、初期充填段階の後に金型に注入された材料の量を制御します。梱包圧力が高いと、冷却中に発生する材料の収縮を補うことで収縮が減少します。
パーツデザイン
壁の厚さ
壁が厚い部品は収縮する傾向があります。厚い部分が冷却に時間がかかるため、より大きな収縮につながるためです。壁の厚さの均一な部品の設計は、均一な冷却と収縮を確実にするのに役立ちます。
| 壁の厚さの影響 | 収縮に対する |
| 厚い壁 | より高い収縮 |
| 薄い壁 | 低い収縮 |
ジオメトリ
さまざまな厚さまたは鋭い遷移を伴う複雑なジオメトリは、しばしば不均一な冷却につながり、縮小のリスクを高めます。よりシンプルで、より均一な形状は一般に、より予測可能に縮小します。
強化と彫刻
強化された領域または刻まれた部分の詳細は、平らな表面とは異なる収縮に影響を与える可能性があります。強化されたセクションはゆっくりと冷却され、収縮が少なくなる可能性がありますが、刻まれた領域がより速く冷却され、より多くの収縮を経験する可能性があります。
金型デザイン
ゲートの位置とサイズ
溶融プラスチックがカビに入るゲートの位置とサイズは、縮小に直接影響します。部品の厚いセクションにあるゲートは、より良い梱包を可能にし、収縮を減らします。一方、小さなゲートは、材料の流れを制限し、特定の地域でより高い収縮につながる可能性があります。
ランナーシステム
適切に設計されたランナーシステムは、金型全体に溶融プラスチックを均等に分布させます。ランナーシステムが制限的すぎると、不均一な流れを引き起こす可能性があり、その結果、金型のさまざまな部分で一貫性のない収縮が生じます。
冷却システム
金型の冷却システムは、収縮を制御するために重要です。適切に配置された冷却チャネルは、冷却速度を調整し、不均一な収縮と反りを防ぎます。効果的な冷却により、部品が均一に冷却できるようになり、欠陥の可能性が減ります。
プラスチックの収縮の測定と計算
ASTM D955 および ISO 294-4 標準は、収縮を測定するための方法論を提供します。線形収縮の一般的な式は次のとおりです。
線形収縮（％）= [（金型寸法 - 部分寸法） /金型寸法] x 100
射出成形中のプラスチックの収縮を防ぐ方法
設計上の考慮事項
部品設計の最適化
収縮を減らす最も効果的な方法の1つは、部品自体の設計を最適化することです。均一な壁の厚さの部品はより均等に冷却され、製品全体で一貫した収縮をもたらします。鋭い移行を回避し、厚さの徐々に変化を維持することは、内部ストレスと反りを減らすのに役立ちます。 rib骨やガセットなどの機能を追加して、材料の流れを滑らかに保ちながら縮小する傾向がある領域を補強できます。収縮に対する
| 設計因子 | 効果 |
| 壁の厚さの均一 | 不均一な冷却と収縮を減らします |
| 急激な移行 | 反りのリスクを高めます |
| 補強（rib骨/ガセット） | 構造の安定性を改善します |
材料の選択
使用されるプラスチック材料の種類は、収縮に大きな影響を与えます。ポリカーボネート（PC）やABSなどのアモルファス材料は、ポリプロピレン（PP）やナイロン（PA6）などの結晶材料と比較して、収縮率が低くなっています。ガラス繊維のようなフィラーを追加すると、冷却中に材料を安定させるのに役立つため、収縮を減らすこともできます。材料の分子量と熱特性は、製品の設計と意図された機能と一致する必要があります。
| 材料の | 収縮率 |
| アモルファス（PC、ABS） | 低い |
| 結晶（PP、PA6） | 高い |
| 塗りつぶされた（ガラスで満たされたPA） | 低い |
処理技術
成形パラメーターの調整
処理パラメーターの制御は、収縮を管理するための鍵です。カビの温度を上げると、材料の流れが向上しますが、冷却中に材料がより多く契約するにつれて収縮が増加します。溶融温度は、過度の収縮を引き起こすことなく適切な充填を確保するために適切に設定する必要があります。これらの変数を調整することにより、メーカーは材料の冷却と収縮をよりよく管理できます。
圧力制御
噴射と梱包の圧力は縮小に直接影響します。より高い噴射圧力により、カビが完全に満たされ、ボイドが減少し、材料の収縮を補正します。梱包圧力は、最初の充填後に材料を金型に注入し続けるために使用されます。これは、プラスチックが冷えるにつれて収縮を減らすのに役立ちます。
| パラメーター効果 | 収縮に対する |
| より高い噴射圧力 | 収縮を減らします |
| 梱包圧力の増加 | 冷却収縮を補います |
冷却戦略
冷却時間とレートは、収縮を管理する上で大きな役割を果たします。冷却時間が長くなると、緩やかな冷却が可能になり、パーツ全体の歪みや収縮の違いのリスクが低下します。適切に設計された冷却チャネルを使用するなどの冷却戦略は、部品が均一に冷却されることを保証し、局所的な収縮につながる可能性のあるホットスポットを防ぎます。
| 冷却戦略の | 利点 |
| より長い冷却時間 | ゆがみと不均一な収縮を減らします |
| 均一な冷却チャネル | 冷却と収縮さえ確実にします |
カビの設計最適化
ゲートとランナーのシステム設計
ゲートとランナーシステムの設計は、材料が金型にどのように流れるかに影響し、それが収縮に影響します。大きなゲートまたは複数のゲートの場所では、金型が迅速かつ均等に満たされることを保証し、不完全な充填による収縮の可能性を減らします。適切なランナーの設計は、流れの制限を最小限に抑えるために不可欠であり、空洞全体に一貫した圧力が可能になります。
冷却システムの設計
収縮制御には効果的な冷却システムが不可欠です。冷却チャネルは、熱散逸の均等を確保するために、カビの空洞の近くに配置する必要があります。さらに、コンフォーマル冷却チャネルを使用します
収縮の問題のトラブルシューティング
一般的な問題と解決策
射出成形収縮は、さまざまな問題につながる可能性があります。頻繁な問題とその潜在的な解決策を次に示します。
ワーページ
冷却システムの設計を最適化します
処理温度を調整します
均一な壁の厚さの部品設計を変更します
シンクマーク
梱包の圧力と時間を増やします
パーツを再設計して、厚いセクションを排除します
厚い領域には、ガス支援射出成形を使用します
ボイド
注入速度と圧力を上げます
真空アシストモールディングを実装します
ゲートの位置とサイズを最適化します
原因：不十分な材料または閉じ込められた空気
解決：
寸法の不正確さ
ケーススタディ
ケーススタディ1：自動車ダッシュボード
問題：自動車メーカーは、ダッシュボードパネルで反りの問題に直面しています。
解決策：彼らは次の変更を実装しました。
均一な冷却のために再設計された冷却チャネル
調整された処理温度
差動収縮を減らすために修正されたrib骨設計
結果：ワーページは60％減少し、品質基準を満たしています。
ケーススタディ2：電子エンクロージャー
問題：家電会社は、デバイスのエンクロージャーでシンクマークを経験しました。
解決策：チームはこれらの措置を講じました。
梱包圧力の増加15％
梱包時間を2秒延長します
コアリングで再設計された厚いセクション
結果：シンクマークは排除され、製品の美学が改善されました。
ケーススタディ3：医療機器コンポーネント
問題：医療機器メーカーは、重要なコンポーネントで次元の精度の問題に直面しています。
解決策：彼らは実装しました：
結果：±0.05mm以内の寸法公差を達成し、デバイス機能を確保します。
これらのケーススタディは、収縮の問題をトラブルシューティングするための多面的なアプローチの重要性を強調しています。彼らは、設計の修正、プロセスの最適化、および材料の選択を組み合わせて、射出成形における複雑な収縮関連の問題を効果的に解決する方法を示しています。
結論
効果的な収縮管理には、材料特性、部分およびカビの設計の最適化、および処理条件の慎重な制御を考慮する必要があります。継続的な研究と技術の進歩は、射出成形の収縮管理技術を改善し続けています。
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プラスチックの収縮に関するFAQ
1.プラスチック射出成形の縮小の原因は何ですか？
プラスチックが冷却され、型で固化すると収縮が発生します。冷却中、ポリマーチェーンが収縮し、材料の体積が減少します。材料の種類、カビの温度、冷却速度などの要因は、収縮の程度に直接影響します。
2。プラスチックの種類は収縮にどのように影響しますか？
異なるプラスチックは異なる速度で縮小します。ポリプロピレン（PP）やナイロン（PA）などの結晶プラスチックは、冷却中の結晶構造の形成により一般的に縮小しますが、ABSやポリカーボネート（PC）のようなアモルファスプラスチックは、構造がそれほど変化しないため、収縮が低くなります。
3.射出成形で収縮を最小限に抑えるにはどうすればよいですか？
収縮は、梱包圧力の増加、カビの調整、溶融温度の調整、適切に設計された冷却システムによる均一な冷却の確保などの処理条件を最適化することにより、最小化できます。ガラス繊維のようなフィラーを使用すると、ポリマーを補強することで収縮が減少します。
4.金型の設計と部分幾何学は収縮にどのように影響しますか？
カビの設計と部分ジオメトリは収縮に大きく影響します。不均一な壁の厚さ、冷却チャネルの配置不良、または不適切に配置されたゲートは、縮小を引き起こし、反りや歪みを引き起こす可能性があります。壁の厚さの均一な部品を設計し、バランスの取れた冷却を確保することで、収縮を制御するのに役立ちます。
5.さまざまなプラスチックの典型的な収縮率はいくらですか？
収縮率はプラスチックによって異なります。一般的な値は次のとおりです。
ポリプロピレン（PP）：1.0％ - 2.5％
ナイロン（PA6）：0.7％-2.0％
ABS：0.4％-0.7％
ポリカーボネート（PC）：0.5％-0.7％
