A プラスチック加工 プラスチックを射出成形機の加熱バレル内で可塑化し、プランジャーまたは往復スクリューで閉じた金型のキャビティに射出して製品を形成する方法。この方法は、複雑な形状、正確な寸法、またはインサート付きの製品を処理でき、生産効率が高い。 熱可塑性プラスチック といくつかの 熱硬化性プラスチック （フェノール樹脂など）は、この方法で処理できます。射出成形に使用する材料は、製品を得るために金型のキャビティを満たすために良好な流動性を備えている必要があります。1970年代以降、反応射出成形と呼ばれる化学反応を伴う射出成形の一種が登場し、急速に発展しました。
イントロダクション
射出成形は、射出成形機から出た溶融プラスチックをプランジャーまたはスクリューの推力で金型に送り込み、冷却後に完成品を得るプロセスです。
主な設備
射出成形機
つまり、射出成形機です。射出装置、クランプ装置、射出成形金型の 3 つの部分で構成されています。射出成形機の仕様を表す方法は 2 つあります。1 つは最大射出量または 1 回あたりの重量、もう 1 つは最大クランプ力です。射出成形機のその他の主なパラメータは、可塑化能力、射出速度、射出圧力です。
注射装置
射出成形機の主要部分。プラスチックを加熱して可塑化して流動状態にし、圧力をかけて金型に注入します。射出方式には、プランジャー式、プレ可塑化式、往復スクリュー式などがあります。後者は、可塑化が均一で、射出圧力損失が小さく、構造がコンパクトであるなどの利点があり、広く使用されています。
クランプ装置
金型の固定型と可動型を閉じ、金型の開閉動作を実現し、完成品を取り出すために使用されます。
射出成形金型
略して射出成形金型。注入システム、成形部品、構造部品で構成されています。
注入システムとは、射出成形機のノズルからキャビティまでのプラスチック流路を指します。
成形部品とは、金型キャビティを構成する部品であり、雌型と雄型から構成されます。
構造部品には、ガイド、脱型、コア抜き、パーティングなどのさまざまな部品が含まれます。
金型は固定金型と可動金型の2つの部分に分かれており、それぞれ金型締め付け装置の固定プレートと可動プレートに固定されています。可動金型は可動プレートとともに移動して開閉動作を完了します。必要に応じて金型を加熱または冷却できます。
操作方法
加工する材料によって異なります。熱可塑性プラスチックの射出成形には、供給、可塑化、射出、圧力保持、冷却、脱型などのプロセスが含まれます。熱硬化性プラスチックやゴムの成形にも同じプロセスが含まれますが、バレル温度は熱可塑性プラスチックよりも低く、射出圧力は高く、金型は加熱され、材料は射出後に金型内で硬化または加硫プロセスを経て、熱いうちに脱型する必要があります。
射出成形とは、溶融コロイドを圧力によって金型キャビティに注入して、特定の形状のモデルを形成することです。プロセス原理は、固体プラスチックを一定の融点で溶かし、射出成形機の圧力によって一定の速度で金型に注入することです。金型は水路によって冷却され、プラスチックが固化して、設計された金型キャビティと同じ製品が得られます。
射出成形は、熱可塑性または熱硬化性成形材料を最初に加熱されたバレル内で均一に可塑化し、次にプランジャーまたは可動スクリューによって閉じた金型の金型キャビティに押し込む方法です。
射出成形は、ほぼすべての熱可塑性プラスチックに適用できます。また、一部の熱硬化性プラスチックの成形にも射出成形が効果的に使用されています。射出成形の成形サイクルは短く（数秒から数分）、成形品の質量は数グラムから数十キログラムまでの範囲で、複雑な形状、正確な寸法、金属または非金属インサートを備えた成形品を一度に成形できます。そのため、この方法は適応性が強く、生産効率も高いです。
射出成形機は、プランジャー射出成形機とスクリュー射出成形機の 2 つのカテゴリに分けられます。射出成形機は、射出システム、クランプ システム、金型の 3 つの主要部分で構成されています。成形方法は、次のように分けられます。
（1）排気射出成形。排気射出成形に使用される排気射出成形機は、バレルの中央に排気口があり、真空システムにも接続されています。プラスチックが可塑化されると、真空ポンプは排気口からプラスチックに含まれる水蒸気、モノマー、揮発性物質、空気を抽出できます。原材料を事前に乾燥させる必要がないため、生産効率と製品品質が向上します。特に、次のような吸湿性材料の成形に適しています。 ポリカーボネート, ナイロン、プレキシガラス、セルロースなど。
（２）フロー射出成形。フロー射出成形は、通常の移動スクリュー射出成形機を使用して行うことができます。つまり、プラスチックは連続的に可塑化され、一定の温度で金型キャビティに押し込まれます。プラスチックがキャビティを満たした後、スクリューは回転を停止します。スクリューの推力により、金型内の材料は適切な時間圧力下に置かれ、その後冷却されて成形されます。フロー射出成形は、大型製品を生産するための設備の制限を克服し、製品の品質は射出成形機の最大射出量を超えることができます。その特徴は、可塑化された物体がバレル内に貯蔵されるのではなく、金型内に連続的に押し込まれるため、押し出しと射出を組み合わせた方法です。
（３）共射出成形。共射出成形は、２つ以上の射出ユニットを備えた射出成形機を使用して、異なる種類または色のプラスチックを同時または順次金型に射出する方法である。この方法により、複数の色および（または）複数のプラスチックの複合製品を製造することができる。代表的な共射出成形法は、２色射出成形と多色射出成形である。
（4）ランナーレス射出成形。金型内に分岐ランナーを設けず、射出成形機の延長ノズルが各金型キャビティに溶融材料を直接注入する成形方法です。射出工程中、ランナー内のプラスチックは溶融流動状態のままであり、脱型時に製品と一緒に出てくることがないため、製品にランナー残留物がありません。この成形方法は、原材料を節約し、コストを削減するだけでなく、工程数を減らし、全自動生産を実現できます。
（5）反応射出成形。反応射出成形の原理は、計量装置で計量した後、反応原料をミキシングヘッドに注入し、ミキシングヘッド内で衝突・混合し、密閉金型内に高速で注入し、急速に固化、脱型して製品を取り出すことである。これは、次のような一部の熱硬化性プラスチックやエラストマーの加工に適している。 ポリウレタンエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、アルキド樹脂など。主にポリウレタンの加工に使用されます。
（6）熱硬化性プラスチックの射出成形。粒状または塊状の熱硬化性プラスチックは、厳密に温度制御されたバレル内のスクリューの作用により、粘着性のあるプラスチック状態に可塑化されます。高い射出圧力の下で、材料は一定の温度範囲内で金型に入り、架橋および硬化します。熱硬化性プラスチックの射出成形では、物理的状態の変化に加えて、化学変化も発生します。そのため、熱可塑性射出成形と比較して、成形設備と加工技術に大きな違いがあります。次の表は、熱硬化性射出成形と熱可塑性射出成形の違いを比較したものです。
熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の射出成形条件の比較
| プロセス条件 | 熱硬化性プラスチック | 熱可塑性プラスチック |
| バレル温度 | 低温、95℃以下、厳格な温度管理 | 高温（150℃以上）および温度制御不良 |
| 樽内の滞留時間 | 短い | より長いです |
| バレル加熱方式 | 液体媒体（水、油） | 電気暖房 |
| 金型温度 | 150-200℃ | 100℃以下 |
| 射出圧力 | 100-200MPa | 35-140MPa |
| 注入量 | 注入量が少なく、バレル前部の残留物が少ない | 注入量が多く、バレルの前部に残留物が多くある |
注意事項
射出成形は、プラスチックを本来の特性を維持したまま有用な製品に変換するエンジニアリング技術です。射出成形の重要なプロセス条件は、可塑化の流れと冷却に影響を与える温度、圧力、および対応する動作時間です。
温度管理
- バレル温度：射出成形プロセス中に制御する必要がある温度には、バレル温度、ノズル温度、金型温度があります。最初の2つの温度は主にプラスチックの可塑化と流動に影響し、後者の温度は主にプラスチックの流動と冷却に影響します。各プラスチックには異なる流動温度があります。同じプラスチックでも、出所やブランドが異なると、流動温度と分解温度が異なります。これは、平均分子量と分子量分布が異なるためです。異なるタイプの射出成形機でのプラスチックの可塑化プロセスも異なるため、バレル温度も異なります。
- ノズル温度: ノズル温度は通常、バレルの最高温度よりわずかに低く、溶融材料が直進ノズル内で「垂れ落ちる」のを防ぎます。ノズル温度は低すぎてはなりません。低すぎると、溶融材料が早期に凝固してノズルが詰まったり、材料の早期凝固が金型キャビティに注入されて製品の性能に影響を与えたりします。
- 金型温度：金型温度は、製品の本質的な性能と外観品質に大きな影響を与えます。金型温度は、プラスチックの結晶化の有無、製品のサイズと構造、性能要件、およびその他のプロセス条件（溶融温度、射出速度と射出圧力、成形サイクルなど）によって決まります。
圧力制御
射出成形プロセスにおける圧力には、可塑化圧力と射出圧力が含まれ、プラスチックの可塑化と製品の品質に直接影響します。
- 可塑化圧力：（背圧）スクリュー射出成形機を使用する場合、スクリューが逆回転するときにスクリューの上部にかかる圧力を可塑化圧力、または背圧と呼びます。この圧力の大きさは、油圧システムのオーバーフローバルブによって調整できます。射出成形では、可塑化圧力の大きさはスクリューの速度によって変化しません。可塑化圧力を上げると、溶融物の温度が上昇しますが、可塑化速度は低下します。また、可塑化圧力を上げると、溶融物の温度が均一になり、着色剤が均一に混ざり、溶融物内のガスが排出されることがよくあります。一般的な操作では、製品の品質を確保しながら、可塑化圧力をできるだけ低く決定する必要があります。具体的な値は使用するプラスチックの種類によって異なりますが、通常は20 kg / cm2を超えることはほとんどありません。
- 射出圧力：現在の生産では、ほとんどすべての射出成形機の射出圧力は、プランジャーまたはスクリューの上部がプラスチックに及ぼす圧力（オイル回路圧力から変換）に基づいています。射出成形における射出圧力の役割は、バレルからキャビティへのプラスチックの流動抵抗を克服し、溶融材料が金型に充填される速度を上げ、溶融材料を圧縮することです。
射出圧力は射出圧力と保持圧力に分かれており、通常は1〜4の射出圧力+1〜3の保持圧力です。一般的に、保持圧力は射出圧力よりも低く、実際のプラスチック材料に応じて調整され、最高の物理的特性、外観、サイズの要件を実現します。
成形サイクル
射出成形プロセスを完了するために必要な時間は、成形サイクルと呼ばれ、成形サイクルとも呼ばれます。 実際には、次の部分が含まれています。
成形サイクル：成形サイクルは労働生産性と設備利用率に直接影響します。したがって、生産プロセスでは、品質を確保しながら、成形サイクルの関連時間をできるだけ短縮する必要があります。成形サイクル全体の中で、射出時間と冷却時間が最も重要であり、製品の品質に決定的な影響を及ぼします。射出時間中の充填時間は充填速度に正反比例します。生産中の充填時間は通常約3〜5秒です。
射出時間における保持時間は、キャビティ内のプラスチックに圧力がかかっている時間です。射出時間全体の大部分を占め、通常は約20〜120秒です（極厚部品の場合は5〜10分にもなります）。ゲートで溶融物が固まる前は、保持時間が製品の寸法精度に影響します。それより遅い場合は影響がありません。保持時間にも最適な値があり、材料温度、金型温度、主チャネルとゲートのサイズに依存することが知られています。主チャネルとゲートのサイズとプロセス条件が正常であれば、通常、製品収縮率の変動幅が最も小さい圧力値が基準として使用されます。冷却時間は主に製品の厚さ、プラスチックの熱特性と結晶化特性、および金型温度によって決まります。冷却時間の終点は、製品が脱型時に変化を引き起こさないことを保証する原則に基づく必要があります。冷却時間は通常約30〜120秒です。冷却時間が長すぎると、生産効率が低下するだけでなく、複雑な部品の脱型が困難になり、強制脱型時に脱型応力が発生することもあります。成形サイクルのその他の時間は、生産プロセスが連続的で自動化されているかどうか、および二重化の程度に関係します。
