溶剤型接着剤の長所

溶剤型接着剤の主な利点は、強力な接着力が容易に得られることです。溶剤型接着剤では、溶剤が接着成分を溶かして行き渡らせるため、接着剤が表面に広がりやすく、素早く濡れて強力な初期接着力を発揮します。

強力な溶剤は、塗布する際、エッチングにより表面を粗くすることもできるため、より強固な接着が可能になり、基材を準備するための余分なエッチング工程が不要になる可能性もあります。さらに、これらの接着剤に含まれる溶剤は蒸発が早いことが多く、乾燥時間が短縮されます。

溶剤型接着剤は、含まれる溶剤の特性により、大部分の無溶剤型接着剤よりも温度安定性、耐薬品性、耐候性に優れています。

溶剤型接着剤の短所

溶剤型接着剤の多くは、溶剤として揮発性有機化合物 （VOC）を使用しています。これらの溶剤は素早く簡単に蒸発するため、乾燥は早いものの、その他多くの欠点を有しています。

溶剤型接着剤に含まれるVOCは容易に蒸発するため、吸入されやすく、可燃性のガスや不快な臭気を発生させ、重大な健康被害や火災の危険をもたらします。すべてのVOCが毒性や引火性において同じように危険なわけではありませんが、ほとんどのVOCは安全に取り扱うには注意が必要です。

VOC溶剤はまた、大気中の窒素酸化物と結合してスモッグを形成し、気候変動の一因となっています。VOC蒸気による有害な影響に加え、溶剤型接着剤による意図的でないエッチング効果は、基材によっては表面を傷つけることがあります。

さらに、VOCを含む製品を他国よりも厳しく規制している国もあります。これらの国々では、溶剤型接着剤の輸入、輸出、または溶剤型接着剤を使用した作業は、無溶剤型接着剤を使用した作業よりも高コストであったり、集約的であったりする場合があります。

溶剤型接着剤を塗布する際のコツ

溶剤型接着剤で安全に作業する鍵は換気です。ほとんどの溶剤型接着剤は、乾燥すると有毒で可燃性のガスを発生します。特に狭い場所で作業する場合は 、適切な換気を行ってください。

安全対策を万全にし、接着剤を最大限に活用するために、必ずメーカーの塗布ガイドラインに従ってください。これらの予防措置は、溶剤による環境の汚染を防げませんが、作業者の安全を確保することはできます。

無溶剤型接着剤とは何ですか？

無溶剤型とみなされるには、接着剤に含まれる有害溶剤が5%未満でなければなりません。無溶剤型と分類される接着剤の中にも、有害な溶剤がわずかながら含まれているものがあります。

溶剤を使用せずに効果的な接着剤を作るために、無溶剤型の製品は接着成分を行き渡らせるために水など代替の無害な溶剤を使用することがあります。また、ホットメルト接着剤や非溶剤接着剤のように、溶剤の使用を完全に回避することもできます。

無溶剤型接着剤の種類

現在入手可能な無溶剤型接着剤には、主に3つのタイプがあります。

水性分散体は 、水ベースで溶剤を含まない接着剤です。これらの製品では、水が接着成分を行き渡らせ、水が蒸発すると硬化します。こうした水性接着剤は、無溶剤型接着剤を実現させるために従来から用いられています。

無溶剤接着剤は高粘度の非液体製品です。その高い粘性によって、2つの表面をくっつけて固定することができます。かつてはキャンディーの包装紙など、需要の少ない用途にしか使われていませんでしたが、無溶剤型接着剤の進歩により、あらゆるラミネート加工に使われるようになりました。

ホットメルト接着剤 は完全固形の ポリマー接着剤です。高温では、これらの熱可塑性プラスチックは溶融して、優れた流動性を持つ液体となり、その後数秒で冷却され、強い結合を形成します。 ホットメルト接着剤は乾燥の必要がないため、生産効率が高くなります。

無溶剤型接着剤の長所

無溶剤型接着剤の主な利点は、VOCの大幅な削減にあります。

これらの接着剤にはごくわずかな量のVOCしか含まれていないため、危険なガスはほとんど発生せず、火災や健康被害を防ぐために換気やその他の安全対策を講じる必要はありません。また、接着剤を輸出入する際の溶剤関連の規制や制限を管理する負担も軽減できます。この利点は、VOCを含む製品に厳しい基準を設けている国では特に重要になります。

無溶剤型接着剤は、職場における強い臭気や危険性を排除するだけでなく、スモッグの原因となるVOC蒸気をほとんど発生させないため、環境にとっても安全です。

クラリティ™：弊社が提供する無溶剤型接着剤用素材

クラリティ™は透明なTPEで、無溶剤型接着剤のためのクラレの解決策です。クラリティ™はリビングアニオン重合によって製造されるアクリル系ブロック共重合体で、無溶剤のホットメルト感圧接着剤として使用されます。

クラリティ™はオールアクリル構造で、光学的透明性と高い耐候性を備えています。分子量分布が狭いため、クラリティ™は低粘度で良好な再剥離性を示します。

何よりも、クラリティ™はそのブロック共重合体構造により、物理的架橋による自己組織化が可能であり、エージングプロセスを省略することができます。

クラリティ™を使用すれば、UV硬化や乾燥工程がなく、VOCと臭気を最小限に抑えたシンプルな工程を実行できます。

クラリティ™についての詳細は弊社の専門家がご説明いたします。

射出成形機

射出成形機は、射出装置、金型、型締ユニットまたは突出ユニットの3つの主要部品で構成されています。

射出ユニット内では、ホッパーが射出ラムまたはスクリュー式プランジャーと加熱ユニットにプラスチックを供給します。必要量の溶融プラスチックが溜まったら、射出プロセスに入ります。

材料は熱/せん断によって溶解され、高圧で金型に注入されます。そこで射出成形部品が形成されます。

型締ユニットまたは突出ユニットは、金型の開閉と成形品の突出を行います。トグルタイプの型締ユニットが最も一般的で、金型を保持するプラテンで構成されています。これらのプラテンは通常、射出成形機のフレーム上に垂直に配置され、強力な型締力を発揮する内部プレスに例えることができます。あるいは、ストレート油圧式型締装置では、油圧シリンダーを使用して金型に型締力を与えます。

型締力

型締力は数トンから数千トンに及びます。このような広い範囲から、プレス機は一般的に、機械が発揮できる型締力のトン数で分類されます。特定の部品を成形するのに必要なトン数は、その型打ち面積によって決まります。

経験則では、ほとんどの製品で1平方インチあたり通常5トンです。ただし、硬度が非常に高いプラスチック材料の場合は例外で、金型を閉じた状態に保つためにより高い射出圧力と型締力が必要になります。大きな部品には、より大きな型締力が必要です。

金型

金型は、単に「ツール」と呼ばれる場合もあり、プロセス全体の心臓部です。これは中空になった金属ブロックで、そこに溶融プラスチックを注入して目的の形状を作ります。金型には、温度調節とガス抜きのために多数の穴が開いています。温度は、水、オイル、ヒーターを使って制御します。

最も単純な形では、金型は2つの部分で構成されます。

1. キャビティ（正面）と
2. コア（背面）。

一方、射出成形部品には通常2つの面があります。

1. 部品のA面は、通常、見た目が良い方が空洞に面しています
2. B面は機能面とも呼ばれ、通常、部品の隠れた構造要素が含まれています。そのため表面は粗く、突き出しピンの跡が残っている場合も多いです。

溶解したプラスチックはスプルーを通って金型に流れ込み、キャビティに充填されます。通常、射出成形サイクルの約半分を占める冷却と固化の後に、金型が開かれ、成形された部品が排出されます。

金型設計

金型は写真のネガに例えることができます。金型の表面構造と形状が完成部品に転写されます。また、材料フロー用のゲートシステムや内部冷却チャンネルなどの機能も備えています。

何千、何百万もの部品を高い精度と再現性で生産するためには、金型メーカーは膨大な専門知識を必要とします。なぜなら、金型は肉厚、コーナー、リブ、アンダーカット、スレッドなど、さまざまな検討事項があり、非常に複雑なものになることもあるからです。射出成形の立ち上げコストの大部分を金型が占めるのも、この開発費の高さが理由です。

金型のコストは大幅に変動する可能性があります。少量生産用の単純な形状のストレート抜き金型は、比較的簡単に開発でき、コストも数千ドルです。大規模生産用で複雑な形状を持つさらに高度な金型は、格納可能なコアやインサートを必要とするため、はるかに高いコストがかかりますこれらの可動要素は、開口部や空洞などのオーバーハングを持つ部品を製造するため、上方または下方から金型に挿入されます。

金型設計は、機械メーカーまたは専門業者が社内で行うことが多く、原材料の検討や有限要素解析の活用が必要となります。金型メーカー、またはツールメーカーは、通常スチールやアルミニウムなどの金属から金型を作り、CNCフライス盤で精密に削り出して目的の形状に仕上げます。最近の3Dプリンティング材料の進歩により、従来の方法よりも低コストで小ロット用の金型を製造できるようになりました。

ランナーシステムとも呼ばれるゲーティングシステムは、流れと圧力を制御し、溶融プラスチックを金型に送り込みます。溶融プラスチックは、金型に入ると次のような流路を流れていきます。

1. スプルー、
2. メインランナー
3. サブランナー、および
4. ゲート、または「投入口」で、これは、サブランナーと金型のキャビティの間にある細い溝です。

また、射出成形プロセスでは、一般にコールドスラグウェルがコールドスラグを回収し、サブランナーやゲートの閉塞を防いで、残った高温の材料処理を複雑にすることなく金型のキャビティに流入できるようにします。

複数のパーツを製造するには、複数のスプルーが必要になることが多いです。スプルーシステムは突出後にパーツから切り離されます。射出成形は廃棄物の少ない製造方法であり、スプルーシステムだけが唯一の材料廃棄物となります。この廃棄物の一部は、素材によってはリサイクルや再利用も可能です。

金型メーカーは、部品の向き（A面 対 B面）、金型製造の容易さ、材料の選択、材料の流れ、部品のサイズ、トリミングの挙動、スクラップ・コストなど、さまざまな考慮事項に応じて、数種類のゲートの中から選択することができます。詳しくはBasiliusの射出成形ゲートガイドをご覧ください。

金型には、2つの主な目的を持つ閉鎖システムも含まれています。

1. 1つめの目的は、射出中、金型の2つの部分をしっかりと閉じておくこと、
2. 2つめは、射出成形品を金型から押し出すことです。

その後、排出された部品はベルトコンベアや容器に落下し、保管されたり、組み立てられたりします。

金型のさまざまな可動部分が100％揃うことはないため、射出成形されたほとんどすべての部品に以下の2種類の欠陥が見られます。

1. 一つ目は分割線（金型の2つの半分が合わさる部分に現れる線）、
2. 二つ目の蹴子痕は突き出しピンによって生じるものです。

ステップ1：型締

材料が金型に注入される前に、金型の2つの半分が型締ユニットによってしっかりと閉じられる必要があります。型締ユニットは、材料が射出される間、金型の半分をしっかりと押し付けます。型締力の大きい大型機は、閉じるのに時間がかかります

ステップ2：射出

原料（通常はプラスチック顆粒）は射出装置から金型に運ばれ、そこで熱と圧力によって溶解されます。溶融プラスチック（ショット）は、スプルーシステムを通って金型に注入され、キャビティ全体を満たします。

ステップ3：冷却

金型内では、溶融プラスチックが金型内面に接触すると同時に冷え始めます。材料が冷えると、再び固まって、形ができます。必要な冷却時間が経過するまで、金型は閉じたままです。

ステップ4：排出

冷却された部品は、排出システムを使って金型から排出されます。金型を開くと、成形品は機構によって金型から押し出されます。ゲートの設計によって、部品は成形品の他の部分から自動的に分離されるか、切断することで分離されます。

排出後、ベルトコンベアーで成形品を保管、組立、または後処理するため移動させます。同時に、金型は次のショットのために再度閉じられ、射出成形プロセスが繰り返されます。射出成形された部品は、すぐに使用できる場合もあれば、さまざまな後処理が必要な場合もあります。

機器に依存する欠陥

機器に依存する欠陥は、技術的な理由によるものです。例えば、射出圧力が高すぎたり、金型の型締力が低すぎたりすると、余分な溶融材料が金型から逃げてしまうことがあります。これはフラッシュまたはフラッシングと呼ばれる欠陥です。

冷却にムラがあると、部品に反りが生じることがあります。金型設計や成形プロセスが、冷却中に通常発生する収縮を正しく考慮していない場合、部品に反りが生じることがあります。

成形品に気泡ができるのは、金型や材料が熱すぎる場合です。この欠陥は通常、機械に関連したもので、金型周辺の冷却不足や、ヒーターが意図したとおりに作動していないことが原因です。

材料に依存する欠陥

ポリマーの劣化は、材料に依存する欠陥の一例です。材料の加水分解、酸化、またはその他のポリマー劣化が原因となり、成形品にひび割れ、変色、または同様の欠陥が生じます。

材料に依存するもう一つの欠陥が、ショートショットです。射出成形機内に十分な材料がない場合、成形品には未充填部分が生じてしまいます。あるいは、流量不足が原因の場合もあります。

機器と材料に依存する欠陥

機器と材料は互いに影響し合うため、双方に起因する欠陥が発生することはよくあることです。例えば、冷却速度が速すぎる場合、機器に依存した欠陥としてヒケが発生することがあります。このため、中心部の材料が所定の位置に流れる前に、部品の表面が固まってしまうことがあります。あるいは、充填樹脂や強化樹脂のように、収縮やヒケが発生しやすい材料もあるため、材料に起因する欠陥である可能性もあります。

蹴子痕の原因となる機器関連の欠陥の例としては、金型の設計不良（特にゲート）、突き出しピンの設計不良、金型のメンテナンス不良などがあります。一方、脆さや耐衝撃性の低さなど、材料に起因する欠陥も蹴子痕につながる可能性があります。

繰り返しとなりますが、この欠陥とその理由の羅列は不完全なものです。私たちはいくつかの例を紹介しているに過ぎません。

射出成形材料

すべての熱可塑性プラスチック、および一部の熱硬化性プラスチックとエラストマーは、射出成形に適した材料です。

射出成形で最も頻繁に使用される熱可塑性プラスチックは、ポリプロピレン（PP）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ABS）、ポリエチレン（PE）、ポリスチレン（PS）です。

2Kおよび3K射出成形用の「柔らかい」材料としては、熱可塑性エラストマー（TPE）が最も多く加工されています。

射出成形に熱硬化性樹脂が使われるのは、かなり珍しいことです。その理由は、架橋密度が高いこと、再溶融して形を変えることができないこと、などです。しかし、一部の熱硬化性樹脂は、熱可塑性樹脂部品の特性を向上させるなど、特定の用途で添加剤として使用されています。

その材料は通常、小さなペレットまたは微粉末として入手することができます。液体の場合もあります。さまざまな添加剤を添加することで、成形品の特性や材料の加工性を向上させることができます。添加物の例としては、色をつけるための着色剤や、硬さを増すためのガラス繊維などが挙げられます。しかし、クラレの特殊エラストマーなど、さらに高度な添加剤もあります。

それぞれの材料は、目的の成形品を得るために、加工時に異なるパラメータを必要とします。これらは、射出温度、射出圧力、金型温度、排出温度、およびサイクルタイムなどを含みます。これらのパラメータをどのように設定するかによって、成形品の外観、寸法、機械的特性が大きく変化します。適切な技術に加えて、多くの経験が必要とされます。

熱可塑性エラストマー

熱可塑性エラストマー（TPE）は、ゴムのような弾性と熱可塑性プラスチックの加工性を有する材料です。つまり、輪ゴムのように伸ばしたり、溶かしてさまざまな形や大きさに成形したりすることができるのです。冷めても弾力性は保たれます。必要であれば、後で再溶融し、再度成形することができ、加工時の材料廃棄物の削減にもなります。

TPEは加工しやすいため、射出成形に適した優れた材料です。ゴムとは異なり、加硫という時間のかかるゴムの加工方法は不要です。多様な用途があるため、多くの産業や目的に適した素材です。

さまざまな種類のTPEの材料特性の詳細については、以下の表を参照してください。

セプトン™

セプトン™は、クラレが開発したスチレン系熱可塑性エラストマーです。水素添加スチレン系ブロック共重合体（HSBC）は、スチレン系硬質ブロックと水添ジエン系軟質ブロックで構成されます。HSBCは、硬質ブロックがポリスチレンのガラス転移温度以下の架橋点として働き、軟質ブロックが弾性を与えるため、ゴムのような弾性を示します。水素化により、優れた耐熱性と耐候性を実現します。

セプトン™ BIOシリーズ

セプトン®バイオシリーズは、クラレ独自の水素添加スチレン-ファルネセン系ブロック共重合体（HSFC）であり、クラレはバイオベースのHSBC材料市場で最初かつ唯一のメーカーです。セプトン™ BIOシリーズの熱可塑性エラストマーは、バイオ由来成分を多く含む新しい化合物や最終用途を可能にし、既存の市場分野を拡大し、新しい市場分野を開拓する、メーカーにとっての新しいソリューションです。

その他のメリットについては、セプトン™に関する前セクションを参照いただくか、営業部にお問い合わせください。

ハイブラー™

ハイブラー™は、ポリスチレンの末端ブロックとビニル結合リッチポリジエン中間ブロックで構成される、実にユニークなトリブロック共重合体です。室温付近でtanδのピークを示すため、ハイブラー™は、可塑剤が配合されていなくても、高い振動減衰特性と衝撃吸収特性を示します。これらのTPEは、耐久性のある水添系銘柄と未水添系銘柄があります。

透明なTPE、クラリティ™

クラリティ™は、クラレ独自のリビングアニオン重合技術により、各種（メタ）アクリレートをA-B型またはA-B-A型のブロック共重合体に結合させたアクリル系ブロック共重合体の新シリーズです。熱可塑性エラストマークラリティ™は、その構造上、優れた透明性、耐候性、自己接着性、他の極性材料との良好な相溶性など様々な特性を発揮します。

クラリティ™単独でも射出成形が可能です。ただし、クラリティ™はPC、PC/ABS、PLA、HSBC、PVCなどの極性プラスチック樹脂への添加剤としても使用でき、柔軟性とメルトフローを向上させることができます。クラリティ™を使用した混合物は、低分子量樹脂に比べて高い耐衝撃性を特徴としています。可塑剤に比べ、ブリードアウトが少ないです。

クラレ液状ゴム

クラレ液状ゴムは架橋可能な液状ゴムです。液状ブタジエンゴム（L-BR）、液状イソプレンゴム（L-IR）、液状スチレンブタジエンゴム（L-SBR）で構成されます。液状ゴムは無色透明でほとんど無臭で、VOC値も低いです。ブタジエン、イソプレン、スチレンのポリマーは分子量が低く、固形ゴムと可塑剤の中間に位置します。

クラレ液状ゴム製品は「反応性可塑剤」として設計されています。時間と手間のかかるゴム混合プロセスにおいて、ムーニー粘度を下げ、混合プロセスを容易にします。その結果、化合物の流動性が向上し、所要時間が短縮され、処理コストが削減されます。

また、クラレ液状ゴム製品はベースゴムとの共加硫が可能で、移行性を抑制します。移行性が大幅に減少したことで、製品の保存期間と耐久性が大幅に向上します。

クラレ液状ゴムはゴム配合物の射出成形に適しています。

液状ファルネセンゴム

持続可能性を重視しますか？

液状ファルネーゼゴム（LFR）は、再生可能な天然原料をベースにしています：再生可能なモノマーであるβ-ファルネセンの重合体を含んでいます。確立された発酵プロセスにより、独自の酵母株がサトウキビなどの糖源をβ-ファルネセンに変換します。

液状ファルネセンゴムは、標準的な可塑剤よりも分子量が大きい反応性可塑剤として機能します。液状ファルネセンゴムは共加硫可能で、移行性を大幅に低減させることで、ゴム配合物の耐久性を向上させます。

当社の製品とその優れた加工能力について、さらに詳しくお知りになりたいですか？クラレ担当者までご連絡ください。

歴史

射出成形の発明者はアメリカのジョン・ウェスリー・ハイアットです。1871年、兄のアイザイアとともに最初の射出成形機の特許を取得しました。当時はまだ、加熱されたシリンダーからピストンを使ってプラスチックを金型に注入するという、かなり単純な機械でした。ボタン、櫛、ビリヤードのボールなどの製造に使われました。

1903年、ドイツの化学者アーサー・アイヒェングリューンとセオドア・ベッカーは、粉末状で容易に射出成形できる最初の可溶性酢酸セルロースを発明しました。1919年に初の射出成形用プレスを開発し、その20年後に可塑化酢酸セルロースの射出成形で特許を取得したのもアイヒェングリューンでした。

第二次世界大戦中、安価な大量生産品への受容の高まりから、この産業は力強く拡大しました。1946年、アメリカのジェームズ・ワトソン・ヘンドリーは、最初のスクリュー射出成形機で画期的な開発を行いました。射出速度と成形品の品質をより正確に制御できるだけでなく、射出前に材料を混合することも可能になりました。

1970年代にヘンドリーが開発したもうひとつの技術、ガスアシスト射出成形法は、複雑な中空成形品の製造を可能にし、射出成形部品の設計の柔軟性、強度、表面仕上げを大幅に改善しました。

今日、射出成形は年間数千億ドルを売り上げる世界市場です。世界では、毎年およそ5,500万トンのプラスチックがこの方法で加工されています。

加工性

SBCは 射出成形押出成形、押出ブロー成形、3Dプリントが可能です。このような加工性を備えていることに加え、優れた性能特性を備えていることから、SBCは多くの産業において幅広い用途に選択される優れた材料となっています。

SBCは溶融と再成形が可能なため、リサイクルが可能で、低廃棄物処理も可能です。

HSBCとは？

水素添加スチレン系ブロック共重合体（HSBC）は水素添加工程を経て、ジエンブロックの不飽和結合を化学的に飽和させます。これにより、ジエンブロックは、エチレン／ブチレン（EB）、エチレン／プロピレン（EP）、エチレン／エチレン／プロピレン（EEP）などの飽和ブロックに変換されます。

その結果、HSBCはUSBCに比べて 熱安定性、耐久性、耐候性、耐薬品性、UV耐性が向上しています。黄変もかなり少なくなっています。自動車、エレクトロニクス、医療などの産業における特に要求の厳しい用途には、より良い材料となる可能性があります。

水素化処理工程が追加されるため、HSBCはUSBCに比べて加工コストが高くなる可能性があります。一旦水素化されると、SBCは反応性が低下するため、さらなる化学修飾や架橋オプションの利用が制限されます。

医療用SBC

特定のグレードのSBCは、規制要件をクリアし、さまざまな医療用途（皮膚接触、血液接触など）で承認されています。

詳細については、医療グレードTPEのページをご覧いただくか、お問い合わせください。弊社の専門家が喜んでアドバイスいたします。