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樹脂・板プラスチックについて詳しく解説!

樹脂・プラスチックとは、石油のもとである原油を蒸留して作り出されるナフサを主原料として生成されます。このナフサからポリマーを生成し、ペレット材料と呼ばれる3~5mmほどの粒状にした素材にしてから加工されます。
樹脂という名前が付けられている通り、本来は植物から得られる不揮発性成分など天然から得られる物質ことを言っており、これらは天然樹脂と呼ばれています。
また石油などから作られる天然樹脂とよく似た性質を持つ物質を合成樹脂と呼んでいます。樹脂とプラスチックは同じ意味の言葉として使われており、樹脂・プラスチックが可塑性(Plastisity)をもつことからプラスチックとも呼ばれています。可塑性とは力を加えると変形し、形状が保たれる性質のことを言います。

樹脂・プラスチックは大きく二つに分けられ、それぞれ熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂といいます。熱可塑性樹脂は熱を加えることにより軟化し、冷却することで硬化します。耐熱性はそれほどありませんが、成形しやすい、成形速度が速いというメリットがあります。
そのため幅広い製品に利用されています。熱硬化性樹脂も熱を加えることではじめは軟化して可塑性を持ちますが、加熱し続けることで硬化していきます。

一度硬化すると、それ以降加熱しても軟化しなくなるため耐熱性の高い樹脂・プラスチックになります。そのため、フライパンの取手部分やコンセントなどの耐熱性が必要な箇所に利用されています。

樹脂・板プラスチックの種類、特徴

樹脂・プラスチックはいくつかの基準で種類分けすることができます。

まず、天然樹脂と合成樹脂です。天然樹脂は植物から得られる不揮発性成分など天然から得られる物質ことを言い、植物由来のものでは松脂や漆、動物由来のものではゼラチンや卵白などがあります。この天然樹脂に似た性質を持つ石油や天然ガスなどの成分を主原料として作り出した物質を合成樹脂といいます。今では樹脂・プラスチックというとほとんどの場合で合成樹脂のことを言い、天然樹脂にないような性質をもった合成樹脂もたくさんあります。

合成樹脂は熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂という二つの種類に分けることができます。熱可塑性樹脂は熱を加えることにより軟化し、冷却することで硬化します。熱硬化性樹脂も熱を加えることではじめは軟化して可塑性を持ちますが、加熱し続けることで硬化していきます。一度硬化すると、それ以降加熱しても軟化しなくなるため耐熱性の高い樹脂・プラスチックになります。
これらの特性からもわかるように、熱可塑性樹脂は加工性が良いことから幅広い製品に用いられ、熱硬化性樹脂は耐熱性が必要な箇所に用いられます。

熱可塑性樹脂は汎用プラスチック、エンジニアリングプラスチック、スーパーエンジニアプラスチックの三つに分けることができます。これらは一般的に耐熱性で区別されており、汎用プラスチックは100℃程度、エンジニアリングプラスチックは100~150℃、スーパーエンジニアリングプラスチックは150℃以上が目安となっております。

汎用プラスチックは価格が安く、加工性が良いことから、最も大量に使われるプラスチックであり、生活用品や工業製品などに大量に使われています。
5大汎用プラスチックとして

・高密度ポリエチレン(HDPE)
・低密度ポリエチレン(LDPE)
・ポリプロピレン(PP)
・ポリ塩化ビニル(PVC)
・ポリスチレン(PS)

が知られています。エンジニアリングプラスチックはエンプラと呼ばれ、汎用プラスチックに比べ、耐熱性に加えて機械的強度も優れています。
そのため、工業用部品などに利用されることが多いです。耐熱性、機械的強度が良くなっている一方で、価格や加工性、リサイクル性の面では汎用プラスチックに劣ります。

5大汎用エンジニアリングプラスチックとしては、

・ポリアセタール(POM)
・ポリカーボネート(PC)
・ナイロン樹脂・ポリアミド(PA)
・ポリブチレンテレフタレート(PBT)
・ポリフェニレンオキサイド(PPO)

があります。スーパーエンジニアリングプラスチックは特に耐熱性の良い樹脂・プラスチックです。また耐溶剤性、機械的強度、耐摩耗性もエンジニアリングプラスチックより優れています。用途としては、機械部品の歯車や航空機関係の部品など厳しい環境下での耐性が求められる箇所に用いられています。スーパーエンジニアリングプラスチックにはPEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PI(ポリイミド)などの種類があります。

樹脂・板プラスチックの加工法

プラスチックは製造後、ペレットと呼ばれる3~5mmほどの粒状にした素材に成形されます。基本的な成形法の流れとしてはこのペレットを溶かして、金型などに形を作り、固めることで成形します。いくつか代表的な成形方法をご紹介します。

・射出成形
ペレットに熱を加えて溶かしたプラスチックを金型に流し込み、金型で冷却して固定した後、取り出します。大量生産に向いている成形方法です。

・押し出し成形
押し出し機と呼ばれる機械を用いて、溶かしたペレットを丸や四角の穴が開いた金型に注入口からスクリューを回して樹脂を押し込み成形します。

・圧縮成形
金型の中にに樹脂を置き、加熱、圧縮をして成形する方法で加熱して軟化した後にさらに過熱すると硬化する熱硬化性樹脂の成型法として用いられます。

製作事例
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