射出成形材料の比較：ABS、PC、ナイロン、PP、POM、PEEKの強度、コスト、成形性の比較

材料選択は、他のすべてを静かに決定する決定です。それは部品の機械的限界を固定し、ショットあたりのコストを固定し、そして異なる樹脂は非常に異なる速度で収縮するため、単一の部品が成形される前に鋼のキャビティ寸法を固定します。ツーリングがカットされた後に樹脂を変更すると、新しいキャビティの支払いが発生することがよくあります。

この比較では、商用射出成形部品の大部分を占める6つの樹脂を、データシートの読解演習ではなく、生産で重要な特性に基づいて評価します。また、ほとんどの比較記事が除外していること、つまり各材料の選択が金型と部品価格に何をもたらすかについてもカバーします。

4つの質問で射出成形材料を選択する方法

これらを順番に進めると、ほとんどの候補が除外されます。

1. 部品が輸送、保管、およびクリーニングまたは滅菌サイクルを含むサービス中に遭遇する最高温度は何ですか？これはフロアを設定し、カテゴリ全体をすぐに削除します。
2. クリーナー、燃料、オイル、湿気、紫外線などの化学物質に部品は何がさらされますか？
3. どのような機械的需要に直面し、それは剛性、耐衝撃性、疲労、または摺動面での摩耗ですか？これらは異なる要件であり、単一の樹脂がすべてをリードすることはありません。
4. 部品は透明性、特定の外観、規制承認、または難燃性定格を必要としますか？

コストは最後に、最初にではなく入ります。サービス要件を満たさない安価な樹脂は、安価ではありません。適切に影響を与えるコストは、要件を満たす2つの材料間の選択であり、これは実際に一般的な状況であり、ほとんどのお金が節約される場所です。

マスター比較表

通常よりも注意が必要な2つの行があります。収縮と成形性です。どちらも、選択した材料がツーリングを実行しているときに図面の公差を実際に保持できるかどうかを決定します。

実際に選択を決定する特性

収縮率、およびそれがツーリングの決定である理由

すべての熱可塑性プラスチックは冷却時に収縮し、キャビティは予想される収縮率よりも大きくカットされるため、完成した部品は公称値になります。その補償は鋼に焼き込まれています。ポリプロピレン、ナイロン、アセタールなどの半結晶性材料は、ABSやポリカーボネートなどの非晶質材料よりもかなり収縮し、結晶化度は冷却速度によって異なるため、収縮は予測不可能になります。

実際の結果は3つです。高収縮材料は、冷却のわずかな変動が測定可能な寸法変化を引き起こすため、厳しい公差の維持をより困難にします。不均一な収縮が部品全体にわたって部品を引き出して形状を歪ませるため、反りの傾向があります。また、ツーリングがカットされた後に収縮率の異なる材料を切り替えると、ABS用にサイズ設定された金型ではアセタールで正しい部品が生成されないため、通常はキャビティの再カットが必要になります。

部品が厳しい公差を必要とする場合、それは低収縮非晶質材料を支持するか、または緩い公差とより高価なツーリング開発サイクルを受け入れることを示唆します。ツーリングの見積もり前にこれを決定することは、最初の記事で発見するよりもはるかに安価です。

成形性とプレスでのコスト

成形性は、樹脂がどれだけ簡単に充填されるか、どれだけの乾燥が必要か、どのような溶融温度と金型温度が必要か、そしてプロセス変動に対してどれだけ寛容かを含みます。ABSとポリプロピレンは簡単です。それらは容易に充填され、広いプロセスウィンドウを許容します。ポリカーボネートとナイロンは吸湿性があり、適切に乾燥させる必要があります。なぜなら、湿気はスプレーを引き起こし、機械的特性を低下させるからです。PEEKは高い溶融温度と加熱されたツーリングを必要とし、サイクル時間とツーリングコストの両方を増加させます。

困難な材料は、アプリケーションで必要とされる場合に回避する理由ではありません。それは、サイクル時間の延長、より厳しいプロセス制御、および立ち上げ中のスクラップの増加を期待する理由であり、これらはすべて驚きとして到着するのではなく、コストモデルに属します。

6つの樹脂の詳細

ABS

ABSは、家電製品のハウジング、エンクロージャー、および化粧部品のデフォルトであり、成形が容易で、寸法安定性があり、塗装、メッキ、テクスチャリングに適しているため、その地位を獲得しています。表面仕上げが良好で、機械加工や接着がうまく、低く予測可能な収縮率です。

それが失敗するのは温度と化学薬品です。連続使用温度は中程度であり、ABSは多くの溶剤によって攻撃されます。また、安定化されていない場合は紫外線耐性が低いため、保護されていない屋外部品はチョークになり、脆くなります。内装ハウジング、家電部品、電子エンクロージャー、および外環境への露出よりも外観とコストが重要なものにABSを選択してください。

ポリカーボネート

ポリカーボネートは、耐衝撃性と透明性のオプションです。広い温度範囲で真に丈夫であり、光学的に透明であり、これは他のほとんどの材料が提供できない組み合わせです。使用温度はABSよりも大幅に高くなります。

その弱点は、耐薬品性とノッチ感度です。多くの溶剤や一部の洗浄剤は応力亀裂を引き起こし、鋭い内角は、そうでなければ耐衝撃性に優れた材料の応力を集中させます。また、吸湿性があり、成形前に乾燥させる必要があります。PCとABSのブレンドは、靭性をいくらか犠牲にして、より簡単な加工とより良い化学的挙動を交換するため、一般的です。レンズ、ガード、安全部品、耐衝撃性ハウジングにポリカーボネートを選択してください。

ナイロン

ナイロンはファミリーをカバーし、PA6とPA66が最も一般的です。高い強度と剛性、良好な耐摩耗性、および燃料やオイルに対する良好な耐性を提供するため、自動車および産業用途全体に登場します。ガラス繊維充填グレードは剛性を大幅に増加させ、非常に一般的です。

決定的な特徴は湿気吸収です。ナイロンは空気から水を吸収し、その過程で部品は寸法的に成長し、より丈夫で硬くなくなります。これは、乾燥状態で測定された部品と、コンディショニング後に測定された部品のサイズが異なり、公差の議論では湿潤状態を明記する必要があることを意味します。ナイロンはまた、大幅かつ予測不可能に収縮するため、厳しい公差の作業がより困難になります。ギア、ベアリング、ファスナー、構造ブラケット、およびボンネット下のコンポーネントに選択してください。

ポリプロピレン

ポリプロピレンは6つの中で最も安価で、汎用樹脂の中で最も耐薬品性に優れています。軽量で、湿気にほとんど完全に耐性があり、薄いセクションが繰り返し曲げても破損しないリビングヒンジのユニークな能力を持っています。このリストの他のものはそれをうまくできません。

トレードオフは剛性と温度です。比較的柔らかく、持続的な負荷の下でクリープし、使用温度は制限されています。また、重く収縮するため、厳しい公差は困難です。コンテナ、キャップ、リビングヒンジ部品、化学暴露用途、および材料コストが支配的な大量生産部品にポリプロピレンを選択してください。

POM（アセタール）

アセタールは精密機械材料です。剛性があり、使用中の寸法安定性が高く、摩擦係数が低く、優れた耐疲労性を備えているため、ギア、カム、ブッシング、ラッチ、および小型可動部品の標準的な選択肢となっています。

2つのことがそれを制限します。収縮率はリストの中で最も高いため、キャビティのサイジングと冷却設計は通常よりも重要であり、厚いセクションはボイドになりやすいです。また、アセタールは接着や塗装が容易ではないため、化粧部品よりも機能的な内部部品に適しています。部品が滑ったり、回転したり、多くのサイクルで確実にスプリングバックする必要がある場所で選択してください。

PEEK

PEEKは別のカテゴリに属します。他の材料よりもはるかに高い連続使用温度に耐え、ほとんどすべての化学薬品に耐え、高温で強度を維持し、要求の厳しい医療、航空宇宙、半導体用途で性能を発揮します。指定される場合、通常は他に何も機能しないためです。

また、この中で最も高価な材料であり、高い溶融温度と加熱されたツーリングを必要とし、サイクル時間とツーリングコストを増加させます。要求を満たす低コストのエンジニアリング樹脂で十分な場合にPEEKを指定することは、材料選択における最も高価な間違いの1つです。温度、化学暴露、または規制要件が他に選択肢を残さない場合に選択してください。

充填および改質グレード

ベース樹脂は出発点にすぎません。ほとんどのエンジニアリング用途では改質グレードが使用され、改質は特性と加工の両方を変更します。

• ガラス繊維強化は、剛性と強度を大幅に向上させ、収縮を低減しますが、材料をより脆く、工具に対してより研磨性があり、方向性のある反りを引き起こす繊維配向効果を起こしやすくします。
• 鉱物充填は寸法安定性を向上させ、コストを削減し、ガラスよりも剛性の向上は小さいです。
• 難燃性グレードは、多くの電気および電子用途で必要とされ、通常は耐衝撃性を低下させ、加工を複雑にします。
• 屋外暴露のある部品には紫外線安定化グレードが必要であり、後で安定化を追加しても、それなしで指定された部品は修復されません。
• 耐衝撃性改質グレードは、いくらかの剛性を靭性と引き換えにし、ベース樹脂が近いがわずかに脆すぎる場合に一般的です。
• 医療および食品接触グレードは、それらの用途に必要な規制文書を運び、承認は樹脂ファミリーではなく、特定のグレードに適用されます。

ガラス充填はツーリングに特に注意が必要です。研磨性のある充填樹脂は、特にゲートで、時間とともに鋼を摩耗させ、工具鋼の選択とメンテナンススケジュールに影響を与えます。これは、最初の10万ショットの後ではなく、設計段階のツーリングの会話に属します。

アプリケーション要件による選択

1つの部品で2つの異なる挙動が必要な場合、例えば、柔らかいグリップを持つ剛体の場合、答えは単一の材料ではなく、プロセスであることがよくあります。ソフトタッチ材料とのオーバーモールドは、剛性基材とエラストマーを組み合わせ、インサート成形は、ねじや導電経路が必要な場合に金属部品をプラスチックでカプセル化します。

材料決定が金型と部品価格に与える影響

• キャビティ寸法は特定の収縮率に合わせてカットされるため、ツーリング後に樹脂ファミリーを変更すると、通常は鋼の再カットが必要になります。
• サイクル時間は材料によって異なります。高い金型温度または長い冷却が必要な材料は、工具の寿命の間、すべてのショットで部品あたりのコストが増加します。
• ゲートとランナーのサイジングは溶融粘度によって異なるため、キャビティが影響を受けない場合でも、材料の変更にはゲートの変更が必要になる場合があります。
• 研磨性のある充填樹脂は工具の摩耗を加速し、工具鋼の仕様とメンテナンス間隔に影響を与えます。
• 高収縮材料は、冷却チャネルレイアウトにより多くの注意を必要とします。これは、部品あたりのコストではなく、ツーリング設計コストです。
• 乾燥要件は、ポリカーボネートやナイロンなどの吸湿性材料の場合、プレスでの設備と取り扱い時間を追加します。

これは、材料選択がツーリングの見積もり後ではなく、前に決定されるべき理由です。遅い樹脂決定はツーリングの変更であり、硬化鋼のツーリングの変更は、プロセス全体で最も高価な修正です。

一般的な材料選択の誤り

• アプリケーションが実際に要求しているのが剛性、耐衝撃性、または耐疲労性である場合に、引張強度のみで選択すること。
• ナイロンの吸湿性を無視し、通常の湿度条件で保持できない公差を記述すること。
• エンジニアリンググレードで要件を満たす場合に高性能樹脂を指定すること。これは、機能的な利点なしに材料とツーリングのコストを増加させます。
• 窓の近くや屋外に置かれる部品の紫外線暴露を見落とし、フィールドで脆化を発見すること。
• データシートの値が部品に適用されると仮定すること。公開されている数値は、ジオメトリ、ゲート位置、冷却条件ではなく、標準試験片から得られるため。
• ツーリングがカットされた後に樹脂を変更し、収縮率の違いがキャビティ寸法を無効にするかどうかを確認しないこと。

最後のものは最も費用がかかり、最も回避可能です。ツーリングがカットされる前に樹脂を確認するか、少なくとも寸法的に互換性のある代替品に合意することで、リスクを完全に排除できます。

材料決定を生産に移行する

材料とジオメトリは、シーケンスではなく一緒に決定されます。壁厚、リブの比率、ゲート位置はすべて、樹脂の収縮率と流れ挙動と相互作用し、1つの材料で機能する設計は別の材料では機能しない場合があります。リブとガセット設計ガイドラインのガイドは、その関係のジオメトリ側をカバーしており、材料関連の成形欠陥の記事の多くの問題は、プレスではなく、樹脂と部品設計の不一致に起因します。

非常に小さなコンポーネントの場合、流れ長、冷却速度、ゲート比率がうまくスケールダウンしないため、材料の挙動は再び変化します。マイクロ成形アプリケーションの比較は、これらの違いが重要になる場所をカバーしています。

Elite Mold Techは、プラスチック射出成形サービスを通じて、ABS、ポリカーボネート、ナイロン、ポリプロピレン、POM、PEEK、TPUを成形し、ツーリングがコミットされた後ではなく、見積もり時に材料選択を部品ジオメトリと公差要件に対してレビューします。収縮、公差、ツーリングへの影響をまとめて考慮した推奨事項については、部品モデルとサービス要件をElite Mold Techに送信してください。

よくある質問