射出成形は、現代のプラスチック産業において最も重要な生産技術のひとつである。環境保護がますます重視され、持続可能な世界が追求される中、PET（ポリエチレンテレフタレート）やPLA（ポリ乳酸）素材の使い捨てカップが人気を集めている。これらの素材は優れた物理的特性を持つだけでなく、環境要件も満たしている。射出成形機は、PETやPLAカップを製造するために、どこで、どのように使用できるのだろうか？この記事では、材料特性を含む多角的な角度からこの疑問を探ります、 射出成形工程また、必要な機器、実用的な応用例も紹介する。

PETとPLAの素材特性

PET素材

PETは部分的に結晶性を持つ熱可塑性材料で、繊維、食品、飲料容器に使用されている。PETには次のような特徴がある：

高い透明度と光沢： PETは透明度が高く、光沢もあるため、透明な包装材料に最適である。

優れた機械的特性： PETは高い引張強度を持ち、圧力や衝撃にも大きな損傷なく耐えることができる強靭な素材である。

耐薬品性： PETは化学的腐食に強く、これがPETと呼ばれる所以である。

リサイクル可能： PETはリサイクル性が高く、環境保全規制に適合している。

良好な耐熱性： PETは耐熱性が高く、PVCと違って高温でも軟化したり変形したりしない。そのため、高温殺菌が必要な食品包装に適している。

PLA素材

PLAは、トウモロコシやサトウキビなどの再生可能資源から作られるため、環境に優しいプラスチック素材である。PLAには以下のような特徴がある：

生分解性： PLAは工業的堆肥化の環境下で生分解されるため、環境にも優しい。

優れた透明性： PETと同様、PLAも高い透明性を持っており、薄膜製品や軟包装などの透明包装製品に使用できる。

加工しやすい： 脂肪族ポリアミドであるPLAは優れた加工特性を示し、さまざまな技術で加工することができる。

熱安定性が低い： そのため、さまざまな応用分野、特に高温を伴う分野での利用が制限されている。高温になるとPLAが軟化し、分解してしまうからだ。

食品接触の安全性： PLAは生分解性があり、再生可能な資源と原材料から生産され、食品や飲料に使用される食品接触材に適合している。

射出成形プロセス

射出成形の原理

射出成形は、溶かしたものを穴に入れて冷やし固めることでものを作る工程だ。この工程では、プラスチックを熱し、溶かし、穴に入れ、つぶし、冷やし、取り出す。主な部品には、スクイーター、ホルダー、ホールメーカー、ヒーター、コントローラーなどがある。

射出成形パラメータ

主なパラメータ 射出成形プロセス を含む：

温度だ： プラスチックが溶ける温度と金型の温度は、最終製品の品質を決定する2つの重要な要素である。

プレッシャーだ： 射出圧力と保圧は、プラスチックが金型に充填される量を決定する。

時間だ： 射出時間、保持時間、冷却時間は、製品の寸法と機械的特性を決定する。

射出成形の利点

射出成形には次のような利点がある：

高い生産効率： この生産技術は、射出成形機を使って本当に速くたくさんのものを作るのに最適だ。

高精度： プラスチック射出成形用の金型は超精密で、本当に複雑な形状を作るのに適している。

高度な自動化： 最近の機械はオートメーション化が進んでいるから、多くのことをする必要がない。

汎用性がある： 射出成形ではほとんどのものを作ることができ、ほとんどの種類の材料を使うことができる。

PETとPLAの射出成形プロセス

PETの射出成形

PET射出成形の主な検討事項は以下の通り：

乾燥処理： PETは渇きやすい素材で、濡れるのを嫌います。PETが水に濡れると、分解して使い勝手が悪くなります。ですから、乾燥させる必要があります。サンプルを作ったら、150℃のオーブンに4～6時間入れてください。

温度管理： PETの軟化温度は約250～280℃と高く、より見栄えがよく正確な製品を得るためには、金型の温度を80～120℃の範囲でコントロールする必要がある。

圧力制御： したがって、PETは流動性が低く、この流動性を得るためには80～140MPa程度の高い射出圧力が必要となり、さらに保持圧力も高くなる。通常、この保持時間は、製品の平均肉厚にもよるが、10～20秒の間でなければならない。

金型のデザイン： PET製品の成形中に直面する可能性のある問題には、製品が結晶化することがあります。そのため、金型の冷却システムは、製品を均一かつ迅速に冷却するように設計されていなければなりません。

脱型に関する考察： PET製品はかなり硬いので、脱型するときは割れないように注意しなければなりません。この場合、アームを使って脱型するのが良い方法です。

PLAの射出成形

PLA射出成形のポイントは以下の通りである：

乾燥処理： PLAは水分にも非常に敏感で、加工前に含水率0.02%まで乾燥させる必要がある。通常、PLAは80℃の乾燥機で2～4時間乾燥させる。

温度管理： 熱可塑性ポリマーの一種であるPLAの融点は160～180℃と低い。金型温度は30～50℃で管理する。

圧力制御： 60～100Mpaの低い射出圧力と保持圧力で済むので、流動特性、つまり流れやすさはかなり良い。射出速度が速いと溶融が壊れるという問題があるので、射出速度を下げる必要がある。

金型のデザイン： PLA製品は反りや変形を起こしやすいため、金型設計では金型全体を均一に冷却し、内部応力を軽減する必要がある。

脱型に関する考察： 複雑さを減らすため、PLA製品は脱型時に変形しやすいので、製品の取り扱いには注意が必要です。粘着性の問題に対しては、粘着性の低いモールドコーティングを使用して、問題の発生を最小限に抑える必要があります。

射出成形機の選定と構成

射出成形機の種類

スタンダード 射出成形 射出成形機はPETやPLAの射出成形に使用できるが、材料の特性や製品要件に応じて適切な構成が必要である。射出成形機の一般的なタイプには、以下のようなものがある：

油圧式射出成形機 クランプ力トン数 従来の射出成形機で、様々なプラスチックを加工することができます。この油圧システムは、PET樹脂やその他の高粘度材料に対して大きな射出圧力と型締力を発揮します。

全電動式射出成形機： これらのマシンは、多くの正確なものと市場で高い需要を持っているものを作るために完璧な、より正確であると考えられている。全電子式成形機のサーボモーター制御システムは、PLAのような材料に対して、射出初速と射出圧力を狭い範囲に置く能力を与えるからである。

ハイブリッド射出成形機 これらの機械は、油圧機械と電気機械の組み合わせであり、非常に柔軟でエネルギー効率が高い。ハイブリッドマシンは、油圧式と電気式を組み合わせたものです。その多くが高い射出圧力を供給でき、また非常に精密でエネルギー効率に優れています。

射出成形機の構成

PETとPLAのカップを製造する場合、以下の構成を考慮する必要がある：

スクリューデザイン： PETとPLAでは溶融プロファイルが異なるため、使用するスクリューも異なります。PETの加工では、可塑化効率を最大にするために圧縮部の短いスクリューを使用する必要があります。一方、PLAの場合は、汎用のスクリュープロファイルを使用することができますが、溶融に費やす時間を最小にし、したがって劣化の量を最小にするために適切な形状を持つ必要があります。

暖房システム： 温度が上がりすぎて溶融物が分解するのを避けるためには、温度をうまくコントロールできなければならない。ヒーティングコイルと温度調節器を良い状態に保ち、部屋に熱を逃がさないように調整しなければならない。

脱型システム： 金型にはPETやPLA製品が含まれるが、これらは弱く、脱型時の取り扱いに注意が必要である。成形工程の長さを説明し、ロボットアームや空気圧排出システムを設計することで、より良い脱型が可能になる。

応用事例

PETカップ製造ケース

飲料メーカーがPETを使用 射出成形 を使用して透明飲料カップを製造する：

原材料の準備： 最高のPET原料を使用し、原料の含水率が0.005%以下であることを確認しています。

金型のデザイン： 私たちは高精度の金型を使用し、製品の大きさを安定させるために冷却システムをしっかり設計しています。私たちがこの金型材料を選ぶ理由は、熱伝導率が良いため、素早く均一に加熱できるからです。

プロセスパラメータの設定： 成形温度260℃、金型温度100℃、射出圧力120MPa、保圧80MPa、射出時間2秒、保圧時間8秒、冷却時間15秒。

生産工程管理： 製造には適応型オートメーションを採用している。つまり、製造される各カップの寸法、重量、透明度をチェックし、品質要件を満たしていることを確認するオンライン・コントロール・システムがあるということだ。

品質管理： オンライン検出システムが製品の寸法、重量、透明度を監視し、各カップが品質基準を満たしていることを確認します。製品の機械的特性と耐薬品性をテストするため、定期的なサンプリングが行われる。

PLAカップ製造ケース

ある環境に優しい製品会社は、PLA射出成形プロセスを使って、以下の工程で使い捨ての生分解性カップを製造している：

原材料の準備： 私たちは生分解性PLA原料を使用し、重量損失が0.02%未満の水分レベルまで乾燥させます。

金型のデザイン： 金型の構造をシンプルにすることで成形サイクルを短縮し、生産効率を高めています。他社との違いは、金型表面に低粘着コーティングを施し、PLAの固着が少ないことです。

プロセスパラメータの設定： 溶融温度は170℃、金型温度は40℃、射出圧力は80MPa、保持圧力は60MPa、射出時間は1、選択した製品のサイクルタイムは5秒、保持時間は5秒、冷却時間は10秒が望ましい。

生産工程管理： 完全電動式射出成形機は、ほとんどエネルギーを消費することなく、すべての動きを正確に制御できるように設計・調整されている。生産ラインをより効率的にするものとして、最小限の人的介入を必要とする供給および脱型システムの使用があります。

品質管理： 定期的なサンプリングにより、製品の各バッチが生分解性と機械的特性の基準を満たしていることを確認します。生分解性と機械的性能試験は、製品の分解速度と使用強度を確認するために実施されます。

経済・環境影響分析

経済的便益分析

PETとPLAを使用 射出成形 カップの経済効果は以下の通りである：

高い生産効率： 射出成形は、その効率性と自動化において依然として有利であり、類似した製品を多数生産するような用途に使用すれば、より安価になる。

材料費： PLAの基本素材は持続可能性に関してコスト面で有利だが、シュレッダー加工された素材は、国境内で販売される製品の環境基準が高い国にとって、より望ましい製品になる。

設備投資： 初期設備投資は高いが、生産規模と効率が上がれば、コストはすぐに回収できる。

環境影響分析

PETやPLA素材を使用することは、環境面で大きな利点がある：

PETのリサイクル性： PETはリサイクル可能であるため、使用後の環境負荷を軽減することができる。リサイクルやリユースにより、バージン原料の消費や廃棄物の発生を抑えることができます。

PLAの生分解性： PLAは生分解性があるため、廃棄後も自然環境で分解され、プラスチック汚染を軽減する。

エネルギー消費： 完全電動射出成形機を使用することで、エネルギー消費量と二酸化炭素排出量を削減でき、より環境に優しい生産が可能になる。

結論

結論として、射出成形機の特徴は、装置の適切な構成と各材料の種類に応じたパラメーターの微調整によって、PETとPLAのような異なる種類のカップを実際に製造できることを示している。PETカップは光の透過性が非常に良く、機械的な完成度も高いため、飲料の包装に最適である。しかし、PLAカップはコストが高く、生分解性があり、環境に優しいプロセスをサポートする1回使用の用途に適している。技術の発展や顧客の動向や要求の変化により、射出成形プロセスは今後、PETやPLA製品の製造においてより重要な位置を占めるようになるだろう。

おそらく将来的には、消費者の環境に対する意識の高まりとともに、環境コンプライアンスの基準はさらに高くなり、PLAのような生分解性材料の使用が大いに求められるようになるだろう。現在、射出成形プロセスは、さまざまな材料や製品のさまざまな用途に合わせて、効果的、効率的、省エネルギー、環境に優しいプロセスソリューションを確保するために強化する必要があります。一方 射出成形 の機械は、プラスチック製品の世界における無数の市場要求を満たすことができる、より新しく、よりスマートな機械を設計し、生産しようとすることで、常に後れを取らないようにしてきた。

この場合、経営陣は、生産性を向上させ、製品の品質を高め、同時に生産コストを削減し、経済だけでなく生理的にも恩恵をもたらすように、より良い設備や生産ツールを入手し、工程を継続的に変更することに重点を置く必要がある。射出成形技術の能力がPETとPLAカップの生産ライン全体に広く適用され、グリーン製造業の普及に貢献するだけでなく、さらなる進化と効率的な資源に新たな可能性を提供しているため、消費者とメーカーも大きな恩恵を受けている。