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プラスチック成形とは？種類・仕組み・成型方法を解説
プラスチックは、人工的に作られた合成樹脂です。プラスチックを成型する方法は数多くあり、それぞれで用途や特徴が異なります。この記事では、プラスチック成形の種類と仕組み、成型方法についてご紹介します。
プラスチック成形とは
プラスチック成形は、溶かした樹脂を金型に流し込んで成形した後に、冷却して製品を製造する成形方法です。金型による成形なので仕上がりにズレがなく、効率的に生産できることから、大量生産に向いています。
金型を使うため、製造工程自体の難易度は高くありませんが、材料がプラスチックなので使用時の温度に注意しなければいけません。
プラスチックは、温度の影響を受けやすいので、熱による膨張や収縮を考慮しないと、設計通りの成型ができないこともあります。
プラスチックの種類
プラスチック成型に使われる主材料は、合成樹脂です。合成樹脂には、大きく分けて「熱可塑性プラスチック」「硬化性プラスチック」の2種類が存在します。
熱可塑性プラスチック
熱可塑性プラスチックは、熱を加えると柔らかくなり、冷やすと固まる性質を持っています。多くのプラスチック製品に使われており、コストが低くかつリサイクル性が高いので、生産効率に優れています。ただし、熱や強度に弱い傾向にある点には注意が必要です。
熱可塑性プラスチックは、さらに以下の2つに分けることができます。
汎用プラスチック
汎用プラスチックは、溶け出す温度が低く成形しやすいため、幅広い製品に使用されています。また比較的安価なので、大量生産に向いています。
エチレン／酢酸ビニルアルコール共重合体（EVA） | 玩具、ストレッチフィルム、農業用フィルムなど |
|---|---|
ポリプロピレン（PP） | 家電部品、食品容器、包装フィルム、自動車部品など |
ポリスチレン／スチロール樹脂（PS） | 食品容器、玩具、CDケース、OA・TVのハウジングなど |
塩化ビニル樹脂／ポリ塩化ビニル（PVC） | ホース、パイプ、サッシ、水道管など |
ABS樹脂（ABS） | 電気製品、OA機器、ゲーム機、自動車部品など |
AS樹脂（SAN） | 電気製品、食卓用品、使い捨てライターなど |
ポリエチレンテレフタレート（PET） | ペットボトル、容器、磁気テープ、高額用機能性フィルムなど |
メタクリル樹脂（PMMA） | 食卓容器、水槽プレート、照明版、コンタクトレンズ、テールランプレンズなど |
ポリエチレン（PE） | ー低密度ポリエチレン（LDPE） ：ラミネート、フィルム、電線被覆など ー高密度ポリエチレン（HDPE） ：食品容器、洗剤容器、バケツ、フィルム、パイプなど |
エンジニアリングプラスチック（エンプラ）
エンジニアリングプラスチックは、汎用プラスチックに比べて、熱に強く機械的強度も高いのが特徴です。
汎用エンプラ
ポリアミド（PA） | 食品用フィルム、自動車部品など |
|---|---|
ポリカーボネット（PC） | 電子部品ハウジング、CD・DVDディスクなど |
ポリアセタール（POM） | ファスナー・クリップ、自動車部品、歯車など |
ポリブチレンテレフタレート（PBT） | 電子部品、電気製品、自動車部品など |
ポリフェニレンエーテル（PPE） | 給湯口、自動車部品、ポンプなど |
スーパーエンプラ
フッ素樹脂 | パッキン、絶縁材料、ガスケット、軸受、フライパン内面コーティングなど |
|---|---|
ポリイミド（PI） | 絶縁材料、通信機器、接着剤、半導体用部品など |
ポリエーテルスルホン（PES） | 調理用品、精密機器、自動車部品など |
ポリエーテルイミド（PEI） | ICソケット、プリント基板、自動車部品など |
熱硬化性プラスチック
熱硬化性プラスチックは、一度成形して固めると、熱を加えても冷却しても形が変わらない樹脂です。製品を再利用できないため、汎用プラスチックに比べると、コスト面やリサイクル性、成形にかかる時間などがデメリットとも言えます。しかし高温でも変形しにくいので、工業用部品や自動車部品などでは付加価値が高くなっています。
ユリア樹脂（UF） | キャップ、ボタン、合板接着剤、配線器具など |
|---|---|
メラミン樹脂（MF） | 食卓用品、塗料、化粧板、合板接着剤など |
不飽和ポリエステル（UP） | ボタン、ヘルメット、塗料、釣り竿、浴槽、漁船など |
エポキシ樹脂（EP） | 塗料、接着剤、プリント配線基板、IC封止剤など |
シリコーン樹脂（SI） | 耐熱・耐寒容器、シール、目地材、食品器具類、コーティング剤、医療部品など |
ポリウレタン（PUR） | ー発泡体：クッション、断熱材、自動車シートなど ー非発表体：塗料、防水材、工業用ロール・ベルト・パッキン、スパンデックス繊維など |
プラスチック成形の仕組み
プラスチック成形の仕組みは、種類によって細かい部分は異なりますが、基本的には材料となる樹脂を加熱して柔らかくした状態で金型に入れて成形して、樹脂を固めて製品を作るという流れで行われます。
熱可塑性プラスチックの成形方法
ここでは、熱可塑性プラスチックの主な成型方法についてご紹介します。
射出成形
射出成形は、熱可塑性プラスチック成型で最も一般的な成型方法です。熱した樹脂を金型に流し入れ、圧力を加えて成形します。金型を作っておけば、同じ形の製品を数多く生産できるため、生産コストが抑えられるのがメリットです。設備を導入したり金型を作ったりするのに費用がかかります。
押出成形
押出成形は、加熱した樹脂材料をダイと呼ばれる金型に圧をかけながら通して、冷却後にカットして成形する方法です。パイプや丸棒、チューブなどの棒状の製品を製造するのに適しています。金型を交換するだけで形状を切り替えられるので、さまざまな製品を製造可能です。ただし他の成型方法のように、金型内で固めるわけではないため、工場ラインのように連続して行程が進められます。
ブロー成形
ブロー成形は、加熱して柔らかくした状態の樹脂材料を金型に入れ空気を使って、空洞状の金型に押し付けて型を取る成型方法です。金型の導入コストがそこまで高額ではなく、準備や工程が少なくて済むため、安価で製造できます。ただし、形状や厚みを調節するのが難しい点や、中が空洞になっている製品しか生産できない点はデメリットです。
真空成形
真空成形は、加熱で軟化させたシート状やフィルム状の樹脂材料を使って成形する方法です。加熱した樹脂材料を金型におき、穴から空気を吸引することで金型に樹脂を吸いつけて成形します。金型は片面のみなので、製造コストが抑えられます。また複数種類の製品を少量ずつ製造したり、連続使用ができるので、大量生産に向いています。
圧空成形
圧空成形は、加熱したシートやフィルム状の樹脂材料を金型の上に置き、空気を圧縮することで圧力をかけて、金型に押し付ける成型方法です。成型時にかけられる圧力が、真空成形よりも高くなるため、薄く鋭い形状の製品を製造することができます。
熱硬化性プラスチックの成形方法
続いて、熱硬化性プラスチックの主な成型方法を見ていきましょう。
圧縮成形
圧縮成形は、加熱した金型に樹脂材料を流し入れ、圧力をかけて成形する方法です。高い圧力をかけるため、頑丈で厚みのある製品に向いています。ただし、成形するまでにかかる時間が長めで、バリなどの加工が必要になることもある点には注意が必要です。
積層成形
積層成形は、樹脂を染み込ませた布や紙を何重にも重ねて、加熱・加圧して成形する方法です。複雑な形状の製品の製造は不向きで、設備が大規模になりやすい点はデメリットとなります。しかし布や紙以外にもガラス繊維も組み合わせられるため、プラスチックの強度を高めて製品も成形できます。
トランスファー成形
トランスファー成形は、圧縮成形を生産性を高めるように改善した成型方法です。密封した金型に樹脂材料を流し入れる行程を加えて、圧力をかけながら注入して成形します。金型の構造は複雑化しますが、加圧による頑丈さと高密度さは圧縮成形と同等ながら、製造工程が短縮されるため量産性が高められます。耐久性や精度の高さが必要な製品向けの方法です。
その他の樹脂成形方法
プラスチック成形の成型方法には、前述した方法以外にも以下のようなものがあります。
- 注型成形：液状の樹脂材料を型に流し入れてから、圧縮せずに成形する方法
- 粉末成形：粉末の樹脂材料を使用する方法
- カレンダー成形：加熱した2本のローラーの間に樹脂材料を通しながら、薄く引き伸ばす方法
プラスチックの特殊成形技術 2色成形
本記事で紹介した基本的な成形方法の他に、製品に新たな価値を与える特殊な加工技術も存在します。その一つが「2色成形」です。
2色成形とは、一度の成形工程で2種類の異なる色や素材の樹脂を一体化させる技術です。これにより、デザイン性の向上、組み立て工程の削減によるコストダウン、滑り止めや防水といった機能性の付与など、多くのメリットが生まれます。
株式会社アイリスは、2色成形に特化した射出成形メーカーです。2色成形技術に関する詳しい解説や、具体的な製品事例を紹介しています。ご興味のある方は、ぜひ以下のリンクからご覧ください。
アイリスの2色成形技術について詳しく見る
まとめ
本記事では、プラスチック成形について、以下のポイントを中心に解説しました。
- プラスチック成形は、溶かした樹脂を金型に流し込み、冷却して固めることで製品を製造する方法であり、大量生産に適している。
- 材料となるプラスチックには、熱を加えると柔らかくなり冷やすと固まる「熱可塑性プラスチック」と、一度固まると熱を加えても変形しない「熱硬化性プラスチック」の2種類がある。
- プラスチックの種類や製品の形状に応じ、射出成形、押出成形、圧縮成形など、多様な成形方法が使い分けられる。
プラスチック成形は、日用品から工業部品まで幅広い製品作りを支える基本的な加工技術です。それぞれの特徴を理解し、目的に合った方法を選択することが、ものづくりにおいて重要となります。
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