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第79回目

第79回「内部応力(残留応力)」について

 

今回は、インジェクション(射出成型)の内部応力について説明させていただきます。
「内部応力」は「残留応力」と言われる場合もあります。
射出成型は高い圧力で樹脂を充填するために、成型品が冷えて型から取り出しても、成型品内部に応力が残る場合があります。
成型品に内部応力があると、少しの外部応力で製品が割れることがあります。
射出成型で出来た物は製品ができた後で変形したり、反ったりしてひどい場合は割れてしまうことがあります。

 

(1)<内部応力の発生原因>

射出成型の内部応力の発生原因としては次のような物が考えられます。

  1. 成型品の場所の違いによる厚み違い
  2. 金属などのインサート成型
  3. 金型に近いところと内部との冷える速さの違い


  1. 成型品の各部分には均一な圧力がかかることがなく、ゲート近傍や薄肉の部分では高い圧力がかかります。
  2. 成型品の肉厚が厚いところや薄いところがあると、薄いところは早く温度がさがります。そのために厚いところは内部応力がおこります。
  3. 成型品を金型からとりだすときに突出しピンの力が均等にかからないため内部ひずみが発生します。
  4. 金属をインサートした場合、収縮率がちがいます。そのため内部応力が発生します。

 

(2)<内部応力の解決方法>

この内部応力を解消する方法として、プラスチックのアニーリングと言うものがあります。
アニーリングとは、溶けるより低い温度にいれて、内部応力を逃がす方法です。
成型品を加熱炉に入れて時間をおいて徐々に冷やします。
この時に、内部応力が解放されてひずみがなくなります。
ただ、この場合内部応力によって、全体に反りなどが発生することがあります。

 

(3)<成型製品の割れ>

射出成型品には、少なからず内部応力(残留にずみ)が発生します。
溶かした樹脂を高圧で金型に流し込み、短時間で冷やして樹脂を固めて型から取り出しますので、どうしても内部応力が残ります。
金型から出した後室温で冷やして製品になります。
この状態で温度が冷めるまで放置する必要があります。

 

(4)<化学物質との接触>

油、洗剤、などの製品が成型品に付くと内部応力のところでクラックが発生して、内部応力と相まって割れる時があります。
もともと内部応力があり、割れようとしてるところに溶剤等が付くとほんのわずかでも割れることがあります。

 

(5)<内部圧力(Mpa(メガパスカル)>

射出成型は、樹脂を溶かして高圧で成型金型に流しこんで樹脂を充分に金型になじませて、温度が下がった後金型から取り出して製品を作る方法です。

 

射出圧力の単位として、Mpa(メガパスカス)が使われています。
1Mpa=0.1Kg/m㎡=10Kg/c㎡です。
通常の射出圧力は150Mpa(15kg/m㎡)です。
MpaのMメガは接頭語です。
K(キロ)は1000倍、M(マガ)は100万倍です。

 

(6)<まとめ>

射出成型品はプラスチックの中では最も多く使われています。
でも長く使っていると反ったり、変形したり、割れることがあります。
これらの原因として、成型時の内部応力があります。
射出成型では内部応力の発生は不可避ですが、金型の形によってはそれを小さくすることができます。
成型品の厚みをなるだけ均一にしたり、急な角度をつけないようにします。
このように、金型設計によって防ぐことができます。
また、製品に油や溶剤成分が触れないようにすることも大事です。

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