高機能プラスチックが、青銅、ステンレス鋼、アルミニウム、セラミックなどの材料の代替として使用されることが増えています。プラスチックに切り替える最も一般的な理由には、次のものがあります。
- 部品寿命が延びる
- 潤滑油が不要になる
- はめ合い部品における摩耗の低減
- 機器の運用/ライン速度の高速化
- 機器の運用に必要な電力の低減
- 腐食耐性と不活性
- 重量削減
現在多数のプラスチック材料が利用可能であるため、自分の用途に適した材料を選ぼうとしても困惑してしまうかもしれません。エンジニアリングプラスチックの世界に不慣れなお客様の参考になるよう、弊社では次のガイドラインをご用意しました。
1. 一般的な用途に於けるご使用目的は何でしょうか?
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ベアリングおよび摩耗用途ですか?
摩耗特性は、モリブデン、グラファイト、カーボンファイバー、高分子潤滑剤(PTFE、ワックス)により強化されます。ベアリングおよび摩耗用途の場合、最初に注目すべきなのはPVおよびk係数で表される摩耗性能です。必要なPV(圧力(psi)x速度(m/分))を計算します。以下の散布図を参考にして、用途について計算したPVよりも限界PVが高い材料を選びます。さらに絞り込むには、選んだ材料のk係数に注目します。一般に、k係数の値が小さいほど、材料の摩耗寿命が長くなります。
静的または動的構造用途のどちらですか?
構造部品は一般に、最大連続作動応力が、特定の温度における極限強さの25%に等しくなるように設計されます。このガイドラインは、クリープを発生させるプラスチックの粘弾性挙動を補正することを目的としています。以下に示すアイソメトリック応力時間曲線は、室温と150 °C(300 °F)の両方で、時間の関数として材料の強度挙動の特性を示すためのものです。
2. プラスチック材料の熱要件は何ですか?
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HDTは材料の軟化温度の指標であり、一般に中程度から強度の応力がかかる非拘束部品の温度の上限と見なされます。
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連続使用温度は一般に、それより高い温度に長期間さらされた場合、重大で永続的な物理特性の劣化が発生する温度として認知されます。このガイドラインは、Underwriters Laboratories(UL)などの規制機関が報告する連続動作温度や連続使用温度とは異なるため、混同しないでください。
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結晶性物質の融点および非晶質のガラス転移点は、形状安定性を維持することができる短期間の限界温度です。ほとんどのエンジニアリングプラスチック材料は、これらの温度以上での使用を避ける必要があります。
3. プラスチック材料はどのような化学薬品に暴露されますか?
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特定の用途における化学薬品耐性の要件を予測するのは困難です。これは、濃度、温度、時間、応力それぞれが使用適性に影響するためです。このため、実際の使用条件下で材料をテストすることを強くお勧めします。
一般的に、熱可塑性樹脂には幅広い化学薬品耐性を示すというメリットがあるため、用途の仕様に合った性能を示すプラスチック材料を選ぶことができます。
たとえば、ナイロン、アセタール、Ertalyte™ PET-Pは、化学薬品耐性の特性を持っているため、ほとんどの標準的な工業環境で化学薬品と接触する用途に広く適しています。Fluorosint™充填PTFE、Techtron™ PPSおよびKetron™ PEEKなどの高機能結晶性物質は、標準的な用途だけでなく、刺激の強い化学物質にさらされる過酷な環境にも適しています。
4. その他の条件を考えます
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- 相対的な耐衝撃性/靱性
- 寸法安定性
- 燃焼性
- 電気特性
- 耐紫外線性、放射線耐性、耐オートクレーブ性、ガス放出など
- 規制/機関コンプライアンス
引張伸び、アイゾット衝撃、引張強度が高い材料は、一般に、衝撃荷重が加わる用途で高い靱性と低いノッチ感度を示します。
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エンジニアリングプラスチックは、温度変化による膨張および収縮率が多くの金属の2~20倍大きくなります。線熱膨張係数(CLTE)は、エンジニアリングプラスチック素材の膨張率を推定するために使用されます。CLTEは、温度は温度あたりの平均値として示されます。図6は、様々なエンジニアリングプラスチックの温度上昇に対する反応を示しています。
弾性係数および吸水係数も、材料の寸法安定性に影響します。湿度およびスチームの影響を必ず考慮してください。
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食品医薬品局(FDA)、アメリカ合衆国農務省(USDA)、Underwriters Laboratory(UL)、3A-Dairy Association、アメリカ船級協会(ABS)などの機関は、管轄する業界内での材料の使用法に関する特定のガイドラインを広く規定し、承認します。これらの枠組みを材料の性能データを確認するための開始点としてご利用ください。
5. ご使用の部品に適したプラスチック形状は何ですか?
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三菱ケミカルアドバンスドマテリアルズは、熱可塑性樹脂の形状および半製品部品の最も幅広いサイズと種類の選択肢を設計者に提供しています。使用可能なすべての形状を調べることで、最も経済的な形状を選び、製造コストを削減できます。
様々な種類の形状に弊社がお勧めする加工方法の概要を以下に示します。
形状の説明 最適な加工方法 縦長
小口径押し出し成形 ロッド、プレート、ストリップ、プロファイル、中空バー、ブッシング 大型成形材料
ニアネットシェイプ注型 ロッド、プレート、中空バー、ニアネット 先端エンジニアリングプラスチック素材の小型形状 圧縮成形 ロッド、ディスク、プレート、中空バー 先端エンジニアリングプラスチック素材の小型形状
小口径射出成形 ロッド、ディスク、プレート、中空バー 注:多くの場合、加工方法が異なっても選定される材料は同じです。ただし、形状を作成するために使用される加工技術によって物理的特性は異なります。
例:
- 射出成形部品は、最も高い異方性(方向に依存する特性)を示します。
- 押し出し成形製品は、若干の異方性を示します。
- 圧縮成形製品は等方性を持ち、すべての方向で同じ特性を示します。
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材料選定工程では、熱可塑性樹脂の機械加工性も考慮する必要があります。機械加工が難しく、そのためコストが高くなる材料は、特に精密な部品には適していないと考えられます。
三菱ケミカルアドバンスドマテリアルズの熱可塑性材料はすべて、機械加工性を向上させるために応力除去されています。一般に、ガラスおよびカーボン強化グレードは工具における研磨性が大幅に高く、未充填グレードに比べて機械加工におけるノッチ感度が高くなります。一方、強化グレードは一般に機械加工時の安定性が高くなります。
イミド系材料(Duratron™ PAI、Duratron™ PI、Duratron™ PBIなど)は硬度が非常に高いため、加工が難しい可能性があります。これらの材料をマシニング加工する際には、カーバイドおよび多結晶ダイヤモンド工具を使用する必要があります。機械加工性を評価する際には、弊社製品の相対的な機械加工性評価を参考にしてください。
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1. 一般的な用途に於けるご使用目的は何でしょうか?
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ベアリングおよび摩耗用途ですか?
摩耗特性は、モリブデン、グラファイト、カーボンファイバー、高分子潤滑剤(PTFE、ワックス)により強化されます。ベアリングおよび摩耗用途の場合、最初に注目すべきなのはPVおよびk係数で表される摩耗性能です。必要なPV(圧力(psi)x速度(m/分))を計算します。以下の散布図を参考にして、用途について計算したPVよりも限界PVが高い材料を選びます。さらに絞り込むには、選んだ材料のk係数に注目します。一般に、k係数の値が小さいほど、材料の摩耗寿命が長くなります。
静的または動的構造用途のどちらですか?
構造部品は一般に、最大連続作動応力が、特定の温度における極限強さの25%に等しくなるように設計されます。このガイドラインは、クリープを発生させるプラスチックの粘弾性挙動を補正することを目的としています。以下に示すアイソメトリック応力時間曲線は、室温と150 °C(300 °F)の両方で、時間の関数として材料の強度挙動の特性を示すためのものです。
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2. プラスチック材料の熱要件は何ですか?
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HDTは材料の軟化温度の指標であり、一般に中程度から強度の応力がかかる非拘束部品の温度の上限と見なされます。
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連続使用温度は一般に、それより高い温度に長期間さらされた場合、重大で永続的な物理特性の劣化が発生する温度として認知されます。このガイドラインは、Underwriters Laboratories(UL)などの規制機関が報告する連続動作温度や連続使用温度とは異なるため、混同しないでください。
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結晶性物質の融点および非晶質のガラス転移点は、形状安定性を維持することができる短期間の限界温度です。ほとんどのエンジニアリングプラスチック材料は、これらの温度以上での使用を避ける必要があります。
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3. プラスチック材料はどのような化学薬品に暴露されますか?
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特定の用途における化学薬品耐性の要件を予測するのは困難です。これは、濃度、温度、時間、応力それぞれが使用適性に影響するためです。このため、実際の使用条件下で材料をテストすることを強くお勧めします。
一般的に、熱可塑性樹脂には幅広い化学薬品耐性を示すというメリットがあるため、用途の仕様に合った性能を示すプラスチック材料を選ぶことができます。
たとえば、ナイロン、アセタール、Ertalyte™ PET-Pは、化学薬品耐性の特性を持っているため、ほとんどの標準的な工業環境で化学薬品と接触する用途に広く適しています。Fluorosint™充填PTFE、Techtron™ PPSおよびKetron™ PEEKなどの高機能結晶性物質は、標準的な用途だけでなく、刺激の強い化学物質にさらされる過酷な環境にも適しています。
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4. その他の条件を考えます
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- 相対的な耐衝撃性/靱性
- 寸法安定性
- 燃焼性
- 電気特性
- 耐紫外線性、放射線耐性、耐オートクレーブ性、ガス放出など
- 規制/機関コンプライアンス
引張伸び、アイゾット衝撃、引張強度が高い材料は、一般に、衝撃荷重が加わる用途で高い靱性と低いノッチ感度を示します。
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エンジニアリングプラスチックは、温度変化による膨張および収縮率が多くの金属の2~20倍大きくなります。線熱膨張係数(CLTE)は、エンジニアリングプラスチック素材の膨張率を推定するために使用されます。CLTEは、温度は温度あたりの平均値として示されます。図6は、様々なエンジニアリングプラスチックの温度上昇に対する反応を示しています。
弾性係数および吸水係数も、材料の寸法安定性に影響します。湿度およびスチームの影響を必ず考慮してください。
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食品医薬品局(FDA)、アメリカ合衆国農務省(USDA)、Underwriters Laboratory(UL)、3A-Dairy Association、アメリカ船級協会(ABS)などの機関は、管轄する業界内での材料の使用法に関する特定のガイドラインを広く規定し、承認します。これらの枠組みを材料の性能データを確認するための開始点としてご利用ください。
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5. ご使用の部品に適したプラスチック形状は何ですか?
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三菱ケミカルアドバンスドマテリアルズは、熱可塑性樹脂の形状および半製品部品の最も幅広いサイズと種類の選択肢を設計者に提供しています。使用可能なすべての形状を調べることで、最も経済的な形状を選び、製造コストを削減できます。
様々な種類の形状に弊社がお勧めする加工方法の概要を以下に示します。
形状の説明 最適な加工方法 縦長
小口径押し出し成形 ロッド、プレート、ストリップ、プロファイル、中空バー、ブッシング 大型成形材料
ニアネットシェイプ注型 ロッド、プレート、中空バー、ニアネット 先端エンジニアリングプラスチック素材の小型形状 圧縮成形 ロッド、ディスク、プレート、中空バー 先端エンジニアリングプラスチック素材の小型形状
小口径射出成形 ロッド、ディスク、プレート、中空バー 注:多くの場合、加工方法が異なっても選定される材料は同じです。ただし、形状を作成するために使用される加工技術によって物理的特性は異なります。
例:
- 射出成形部品は、最も高い異方性(方向に依存する特性)を示します。
- 押し出し成形製品は、若干の異方性を示します。
- 圧縮成形製品は等方性を持ち、すべての方向で同じ特性を示します。
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材料選定工程では、熱可塑性樹脂の機械加工性も考慮する必要があります。機械加工が難しく、そのためコストが高くなる材料は、特に精密な部品には適していないと考えられます。
三菱ケミカルアドバンスドマテリアルズの熱可塑性材料はすべて、機械加工性を向上させるために応力除去されています。一般に、ガラスおよびカーボン強化グレードは工具における研磨性が大幅に高く、未充填グレードに比べて機械加工におけるノッチ感度が高くなります。一方、強化グレードは一般に機械加工時の安定性が高くなります。
イミド系材料(Duratron™ PAI、Duratron™ PI、Duratron™ PBIなど)は硬度が非常に高いため、加工が難しい可能性があります。これらの材料をマシニング加工する際には、カーバイドおよび多結晶ダイヤモンド工具を使用する必要があります。機械加工性を評価する際には、弊社製品の相対的な機械加工性評価を参考にしてください。
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