プラスチックの融点とは、プラスチックが固体から流動性のある液体状態へと移行する温度範囲を指します。この時点で、プラスチックは軟化し可塑性を持つようになり、様々な成形・加工プロセスに適した状態となります。.
熱可塑性プラスチック vs 熱硬化性プラスチック
プラスチックは主に熱可塑性プラスチックと熱硬化性プラスチックの2種類に分類されます。.
熱可塑性プラスチックは加熱すると軟化し、冷却すると硬化します。この可逆的なプロセスにより、材料の特性を変化させることなく繰り返し加熱・冷却が可能です。.
一方、熱硬化性プラスチックは最初の加熱時に化学反応を起こし、永久的で融解しない網目構造を形成します。その後再加熱しても軟化することはありません。.
したがって、融点に関する今後の議論では、私たちが言及するプラスチックはすべて熱可塑性プラスチックとなります。.
射出成形、押出成形、成形にとって重要
プラスチックの軟化と融解のプロセスは、プラスチック加工において極めて重要です。.
- 期間中 射出成形, 融解温度を精密に制御することで、プラスチックが金型を完全に満たし、所望の形状を達成することが保証されます。.
- について 押出成形 このプロセスは、加熱されたプラスチックの流動性を利用して、特定の金型を使用してパイプやプロファイルを製造します。.
- について フィルムまたはシートの形成 また、適切な温度でのプラスチックの塑性変形能力にも依存します。.
したがって、設計者や加工者にとって、プラスチックの作業温度と最適加工温度を理解することは、製品品質の制御と応用要件の満たすために不可欠です。.
プラスチックの融解特性
結晶性材料 vs 非晶性材料
自然界の材料は結晶性と非晶性（アモルファス）に分けられます。.
結晶性材料は、分子や原子が秩序正しく配列しており、固定された融点を持ちます。例えば、水は0°Cで融解し、塩（NaCl）は801°C、錫は231.9°Cで融解します。.
一方、非晶質材料（ガラス、ゴム、プラスチック、アスファルト、ロジン、パラフィンなど）は、分子や原子が無秩序に配列しており、固定された融点を持ちません。加熱すると、通常、特定の点で融解するのではなく、まず軟化（ゴム状状態）し、その後液化（粘性流動状態）します。これは一定の温度範囲にわたって起こります。.
プラスチックの種類：非晶質と結晶性
非晶性プラスチック:
一般的な加工条件下では、これらのプラスチックは結晶領域を持たず、完全に非晶性です。例としてはポリカーボネート、ABS、PMMA、ASA、PPSUなどがあります。その融解挙動は典型的な非晶性材料のものと一致します。.
結晶性プラスチック：
多くのプラスチックは冷却・固化する際に結晶化する傾向があり、例えばポリエチレン（PE）、ポリプロピレン（PP）、ポリオキシメチレン（POM）、ポリアミド（PA6およびPA66）、PET、PBTなどが挙げられます。
ただし、これらは特定の領域でのみ結晶化し、結晶度が80%以上の材料は結晶性プラスチック、それ以外は半結晶性に分類されます。.
結晶化度は冷却プロセスに大きく影響されます。結晶化温度範囲内でゆっくり冷却すると結晶化度が増加しますが、急速冷却すると逆の効果があります。.
したがって、これらの結晶性プラスチックの融解プロセスは、結晶性材料の特性を部分的に示す一方で、非晶性材料の特性も併せ持っています。
加熱時のプラスチックの三状態と四つの主要温度
プラスチックが加熱中に経る3つの状態：ガラス状態、高弾性（ゴム状）状態、粘性流動状態、およびそれらに関連する4つの重要な温度：ガラス転移温度、融解温度、流動温度、分解温度について見ていきましょう。
ガラス状態
最初の状態はガラス状態で、プラスチックが室温または低温にある状態です。この状態では、プラスチック分子の運動が大きく制限され、材料は硬く脆くなります。これは温度がガラス転移温度（Tg）以下であり、分子間力が熱エネルギーよりも大きいため、自由な分子運動が妨げられることで起こります。.
ガラス転移温度（Tg）と高弾性（ゴム状）状態
プラスチックがガラス転移温度Tgまで加熱されると、重要な物理的変化が起こります。Tgは硬く脆い状態から軟らかい状態への移行の始まりを示し、正確な温度はプラスチックの種類とその分子構造によって異なります。.
例えば、ポリオキシメチレン（POM）のTgは約85°Cであるのに対し、ポリカーボネート（PC）のTgはより高く、通常約145°Cです。.
Tgを超えると、高分子鎖はより多くのエネルギーを得て、より自由に動き始めますが、依然としてランダムで秩序のない状態にあります。温度がさらに上昇すると、プラスチックは高弾性状態、別名ゴム状状態に入ります。この状態では、プラスチックは著しい弾性と柔軟性を示します。高分子鎖間の運動は増加しますが、ある程度の分子間相互作用は残っています。この状態のプラスチックは破壊することなく大きな変形を受けることができ、多くのゴム製品や柔軟なプラスチック製品に理想的です。.
流動温度（Tf）と粘性流動状態
最後に、温度がさらに上昇して流動温度（Tf）に達すると、プラスチックは粘性流動状態に入ります。この状態では、プラスチックは粘性のある液体に似て、より流動的になります。粘性流動状態では、プラスチックは押出し、射出、または圧縮によって形状に成形することができます。これはプラスチック加工の重要な段階であり、例えば射出成形はこの状態で行われます。.
バレルパージング工程中、プラスチックの溶融状態が明確に観察できます。
分解温度 (Td)
プラスチック加熱における最後の重要な段階は、分解温度（Td）です。これはプラスチックが化学的に分解し始める点であり、元の物理的・化学的特性を失います。分解温度に達するか超えると、プラスチックはより小さな分子に分解し始め、ガスやその他の分解生成物を放出する可能性があります。したがって、加工中に分解温度を超えないようにすることが不可欠であり、材料の損傷や有害物質の放出を防ぐ必要があります。.
注：
- : 非晶質領域
- : 半結晶領域
ヒント：融解温度（Tm）は、流動温度（Tf）とも呼ばれます
プラスチックの融解温度は固定点ではなく、範囲であることに注意することが重要です。この範囲内で、プラスチックの物理状態は高弾性状態から粘性流動状態へと遷移します。例えば、ポリプロピレン（PP）の融解温度範囲は160°Cから175°Cであり、ポリエチレン（PE）の場合は125°Cから137°Cです。この範囲の幅は、プラスチックの特定の種類とその分子構造の複雑さに依存します。.
一般的なプラスチックの融解温度
ここでは、いくつかの一般的なプラスチック材料の融解温度、射出成形温度、分解温度をリストアップしました。射出成形温度は通常、加工中のプラスチックの良好な流動性を確保するために、融解温度よりも高く設定されることに注意することが重要です。.
改質プラスチックには多くの種類があり、その特性は非常に異なるため、この表にあまり多くの材料を列挙することは不可能です。例えば、ガラス繊維を添加したナイロンとガラス繊維を添加していないナイロンの温度特性は大きく異なります。実際には、プラスチック材料を購入する際に材料の特性表を容易に入手できます。したがって、この表は大まかな参考としてのみ意図されています。.
一般的なプラスチックの融解温度
| 材料名 | 溶融温度 (°C) | 射出成形温度 (°C) | 分解温度 (°C) |
|---|---|---|---|
| ABS | 170-190 | 200-240 | 280 |
| PP（ポリプロピレン） | 160-175 | 190-290 | 320 |
| POM（ポリオキシメチレン） | 165-175 | 190-230 | 280 |
| PC（ポリカーボネート） | 225-250 | 270-320 | 360 |
| PBT | 225-235 | 220-270 | 280 |
| PA6（ナイロン6） | 215-221 | 260-300 | 320 |
| PA66（ナイロン66） | 260-265 | 270-310 | 360 |
| PMMA（アクリル） | 160-180 | 220-250 | 270 |
| LDPE（低密度ポリエチレン） | 110-130 | 150-230 | 300 |
| HDPE（高密度ポリエチレン） | 125-137 | 160-280 | 300 |
| PEEK（ポリエーテルエーテルケトン） | 315-353 | 360-400 | 520 |
この表は、様々な一般的なプラスチックの融解、射出成形、分解温度の概要を提供します。.
結論
結論として、プラスチックの融解、射出成形、分解温度を理解することは、材料科学と製造の分野において不可欠です。これらの温度は、プラスチックの加工と応用を導くだけでなく、最終製品の安全性と品質を確保します。.
産業が新素材と技術とともに進化するにつれて、この分野における継続的な研究と知識は依然として重要です。産業応用であれ日常使用であれ、プラスチックの多様な性質は現代世界を形作り続けています。.
