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トーロン® PAI成形加工ガイド

Torlon®

2 \ トーロン® PAI成形加工ガイド

トーロン® PAI成形加工ガイド / 3

目次

はじめに . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

トーロン® ポリアミドイミド（PAI）. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

トーロン® 樹脂射出成形ガイド . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

射出成形装置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

射出成形機. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6射出容量 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6型締め装置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6スクリュー設計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6制御. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

金型設計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

金型設計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

鋼材の選択. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

キャビティ設計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7収縮. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7突き出し. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7アンダーカット . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

マルチキャビティ金型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

流路設計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8スプルーとランナー . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8ゲート . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9ベント . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9ウェルドライン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

インサート. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

予備乾燥 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

射出成形の条件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

レオロジー . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

射出速度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

射出圧 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

背圧／スクリュー回転数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

シリンダー温度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

サイクル タイム . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

金型の加熱. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

成形時の問題 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

停止手順 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

ポストキュア . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

ポストキュアの内容 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

オーブンコントロールの指針 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

キュアスケジュール. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15キュアの程度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15厚み. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15形状. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15応力. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

キュアスケジュールの決定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15開始点 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15切削加工した部品のポストキュア . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

再生材 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

索引. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

4 \ トーロン® PAI成形加工ガイド

トーロン® PAI成形加工ガイド / 5

はじめに

トーロン® ポリアミドイミド（PAI）トーロン® 樹脂は、極度の高温での強度と耐久性を要求される幅広い用途に使用できるのが特徴です。トーロン® で成形した部品は、他の射出成形可能な熱可塑性樹脂では対応できない厳しい条件下でも、優れた信頼性を発揮します。

数多くの高機能プラスチックの中でも、トーロン® ポリアミドイミドは次のような独自の特性を兼ね備えています。

• 複雑で精密な部品の射出成形が可能

• 260°Cまでの使用温度範囲

• 比類のない強度

• 優れた耐衝撃性

• 寸法安定性

• 低い熱線膨張係数

• 耐薬品性と耐放射線性

• 優れた電気絶縁性

• 難燃性

• 低摩擦、耐摩耗性に適した基材

トーロン® 樹脂射出成形ガイド本書は、トーロン® ポリアミドイミド高機能樹脂に適した射出成形機を紹介するとともに、射出成形装置の選択基準、金型設計についてのガイダンス、樹脂の乾燥方法、成形パラメータの説明、ポストキュアの説明、さらにはトラブルシューティングの指針を解説し、最後に成形条件が流動性や収縮におよぼす影響のテスト結果を説明します。

トーロン® 樹脂の成形にあたっては、特別な注意が必要です。射出成形加工は多くの熱可塑性樹脂に使用されていますが、本書ではトーロン® 樹脂の成形に特有の項目または特に重要な事項に絞って説明を行います。本書の推奨事項に従っていただくことにより最終製品の品質を最大限に引き出し、また不合格品を減らすことができます。経験によれば、トーロン® 部品を作るには、切削加工や金型の修正が必要となる場合がしばしばあります。本書に含まれているトラブルシューティング ガイドは、加工処理の過程で発生する一般的な問題を解決する便利な手引きとなります。

6 \ トーロン® PAI成形加工ガイド

射出成形装置

一般的に、トーロン® 樹脂の成形には、クローズドループのマイクロプロセッサ制御が可能な最新のインラインスクリュー式射出成形機の使用をお奨めします。ただし、部品の種類によってはアキュムレータ方式の方がより望ましいこともあります。

射出成形機射出容量成形の対象となる部品に対して適切なサイズの射出成形機を選択します。トーロン® 樹脂で部品を成形するときは、ショットサイズがシリンダー容量の 50～80%の範囲に収まるようにしてください。トーロン® 樹脂は反応性があるため、ショットサイズとシリンダー容量の比率は重要です。シリンダー内での滞留時間が長すぎると分子量が大きくなり、それに伴って粘度が増大するため、流動性が失われてしまいます。

型締め装置油圧方式またはトグル方式どちらの型締めも使用可能です。トーロン® 樹脂は、速い射出速度と高い射出圧を使用するため、部品投影面積に対して少なくとも 562 kg/cm2以上の型締め力が必要です。型締め力を倍にすることで、パーティング面における部品の寸法を維持するのに役立ちます。

スクリュー設計トーロン® 樹脂は粘度が高く、かつ反応性を持つため、図 1に示す特殊なスクリュー設計が必要になります。

トーロン® 樹脂の加工には、逆流防止機構を持たない低圧縮比スクリューを使用する必要があります。推奨される圧縮比の範囲は1:1～1.5:1です。均一な熱分布を実現するため、スクリューのL/D比は 18:1～24:1の範囲にしてください。

スクリューのフライトが混合ピンや溝、分散ノズルなどによって制限されないようにします。供給部におけるフライトの深さの推奨最小値は 5.0 mmです。より大きな直径のスクリューを使用する場合は、スクリュー直径の最高 10%までの深さのフライトを使用することができます。スクリューのピッチはスクリューの直径と一致させ、スクリューの全長にわたって一定のピッチとします。スクリューのテーパーは一定で滑らかなものにします。チップとノズルは、ポリ塩化ビニル（PVC）や熱硬化性樹脂の加工に使用されるタイプと同様の、セルフクリーニングのし易い先端までフライトを備えたタイプの使用をお奨めします。

図 1：スクリュー設計

圧縮比 1:1～1.5:1

L/D 比 18:1～24:1

滑らかで一定のテーパー

先端までフライトを備えたスクリューチップ

高圧縮スクリュー、または流れを制限する形状のスクリューを使用すると、成形時にサイクル間の不均一性や粘度変化、気泡発生などの問題が起こることがあります。極端な条件下では、スクリューのかじりや破損を引き起こすこともあります。

制御トーロン® 樹脂を適正に加工するためには、金型に急速充填し、続いて圧力調節を正確なタイミングで行う必要があります。これを実現するためには、サイクルタイマーと油圧サーボバルブが0.01秒以内にプロセスをコントロールできる能力を備えている必要があります。圧力プロファイルのプログラミングを可能にするフィードバックループコントローラが、トーロン® 樹脂の加工に有効かつ効果的であることが実証されています。

トーロン® PAI成形加工ガイド / 7

金型設計

金型設計トーロン® 樹脂の加工を成功させるためには、樹脂の特殊な流動性を考慮して慎重に金型設計を行う必要があります。

• 正しい鋼材を選定する

• 収縮特性を考慮する

• スムーズな突き出しを考慮して設計する

• ゲートとベントを効果的に配置する

• 充分なベントを配置する

• 金型を加熱する

鋼材の選択表 1を参照し、ショット数に応じて適した鋼材を選択します。トーロン® 樹脂は腐食性を持たないため、金型にメッキを施す必要はなく、むしろメッキの使用はお奨めできません。メッキはコスト上昇を招くだけでなく、熱伝導を低下させ、金型の修正が難しくなり、さらに突き出し時の問題を発生させる原因となります。

キャビティ設計収縮キャビティのサイズは一般に、表 2に示す収縮率にしたがって決定します。ここに示すのは標準試験片を使用して得られた値であり、成形とキュアリングによる収縮を合計した値です。収縮のほぼ半分は成形時に、残りの半分はキュアリング時に発生します。

実際の部品に起こる収縮は、その部品の構成や流動長さ、成形条件などにより変化するため、最終的なキャビティの寸法はこれらの条件を考慮して判断しなければなりません。トーロン® は非晶性樹脂であり、非晶性樹脂は一般的には等方性を示しますが、流れ方向によっては収縮に若干の異方性が現れることがあります。

ショット間の収縮の変動は非常に小さく、トーロン® 部品を±0.1%またはそれ以下の許容差を満たすよう成形することができますが、許容差を非常に小さく設定した場合に必要となるキャビティ寸法を正確に予測することは困難です。このようなケースでは一般に、キャビティを予測サイズよりも小さめ（鋼材の安全率）に作っておき、実際に成形とキュアリングを行ったサンプルの寸法を測定して最終的な寸法を決定するのが良い方法です。こうして得られた情報をもとにキャビティの切削加工を行うことで、最終的な部品寸法に適合させます。

表 1：金型の基本タイプ

金型の タイプ (1） ショット数 鋼材のタイプ

ロックウェル 「C」硬度

試作品 100,000 未満

P-20 プレハードン、 または S-7

28～32

量産 100,000 以上

H-13焼入れ 50以上

（1） 試作品用の金型であっても、アルミニウムのような軟質金属の使用はお奨めできません。

表 2：トーロン® 樹脂各グレードの収縮率

グレード 収縮率（％）

4203L 0.60～0.85

4275 0.25～0.45

4301 0.35～0.60

4435 0.06～0.18

5030 0.10～0.25

7130 0.00～0.15

突き出しトーロン® は非常に収縮率の低い樹脂であり、成形時に発生するのは、表 2に示す収縮の半分だけです。したがって、部品がキャビティに固着する傾向があるため、金型設計の段階で、容易な突き出しが得られるような設計を考慮しなければなりません。成形直後のトーロン® 部品は脆いので、滑らかな直線動作によって突き出しを行う必要があり、この条件が満たされないと突き出しによってデリケートな部品にクラックが生じる恐れがあります。十分な抜き勾配を確保して表面を注意深く研磨することにより、突き出しが容易になります。可能な限り、少なくとも 0.5～1° 以上の抜き勾配を確保してください。また、引き磨きを強くお奨めします。容易で滑らかな動作で、部品が傾いたり曲がったりしないような突き出しシステムを設計してください。部品だけでなくランナーにも突き出しピンを配置することで、突き出し方向に沿って部品がより滑らかに動くようになります。突き出しプレートを傾かせずに直線的に動かすには、ガイドブッシングやガイドピンを使用します。

8 \ トーロン® PAI成形加工ガイド

アンダーカットアンダーカットのある金型からは、スライドなしにトーロン® 部品を金型から取り出すことはできません。トーロン® 樹脂は、切削加工の痕跡や傷を含め、金型表面の形状を忠実に再現します。このため、キャビティやコアの切削加工の痕跡は引き磨きによって消しておかなければならず、このような痕跡が残っているとアンダーカットと同じ働きをして、滑らかな突き出しを妨げることがあります。

キュア前のトーロン® 樹脂は脆いので、アンダーカットは必ず避けるようにしてください。部品設計と金型の駒の配置の都合でアンダーカット領域を完全に取り除くことが困難な場合は、このような部分を金型の可動部に押し込むようにしてください。内部にアンダーカットが存在する場合は、コアをつぶすか、あるいは金型から手作業で除去可能なコアを使用する必要があります。

マルチキャビティ金型トーロン® 樹脂の成形は、複数のキャビティを持つ従来型の金型でも可能ですが、良好な成形を実現するためには流動長と圧力降下のバランスを考慮した配置が要求されます。ファミリー金型の設計は絶対に避けてください。

通常、複数のキャビティを持つ金型を設計する主たる目的は、機械の稼動時間あたりの部品製造数を増やして成形コストを下げることにあります。実際、多くのケースではマルチキャビティ金型が最も経済的な方法です。ただし、キャビティを多くすればそれだけ部品コストが低下するとは限りません。例えば、キャビティ数を8や 16にするよりも 4にした方が、ランナー材料コストなどを考慮した全体コストが低下することもあります。場合によっては、キャビティが一つの金型を小型の機械で使用するのが最も経済的である場合もあります。

一つの例として、外径 5.1 cmのシールリングを 4つのキャビティを持つ三枚構成金型で成形すると、そのランナー重量は 11グラムになります。部品の機能上の要求から、ゲートは内径側（サブゲートの痕跡が許されるのはここだけ）に設けなければならないため、複数のキャビティを作るには三枚構成金型が必要になります。シールリング自体の重さは約 1グラムですが、1回のショットで 4個のリングを成形するために 15グラムの樹脂を消費します。ホットスプルーブッシュを使用することによって、スプルーによる樹脂の消費量を減らすことができます。

1キャビティの金型設計では、ランナー量はわずか 0.5グラムまで大幅に低下します。したがって、1回のショットで作成できるリングは 1個ですが、樹脂の消費量はわずかに 1.5グラムです。この場合もホットスプルーブッシュを使用することで、スプルーによる樹脂の消費量を最低限まで下げることができます。1キャビティツールで 4個のリングを成形すると総量 6グラムの樹脂で済むので、4キャビティの金型を使用したときの 15グラムと比較して、9グラムの材料を節約することになります。

リングの成形に要する総コストは、材料コストと機械使用時間の兼ね合いによって決まります。小型の機械の方が一般的に使用時間あたりのコストが低く、サイクル タイムも短くなります。この例では、材料の節約が機械使用時間の増加を補って余りある効果を発揮するため、1キャビティ金型を使用するのがより経済的であるということになります。

流路設計トーロン® 樹脂は、ジェッティングし易い性質を示します。言い換えれば、障害なしに射出させると樹脂がランダムに流れて金型内を均一に充填できなくなるため、この点を考慮した金型設計が必要になります。ジェッティングは内部にボイドを発生させますが、ボイドの発生は X線でなければ検知できません。検知されずにこのようなボイドが残ってしまうと、成形後の部品の構造的な総合性能に大きな影響を与えます。

金型を慎重に設計して、適正な方向へ樹脂が流れるようにすれば、内部のボイド発生の危険性を下げることができます。そのためのキーとなるのは、ゲートとベントを効果的に配置することです。

スプルーとランナー最高度の総合性能を保ちながら部品コストの低減を図るには、樹脂が流れる距離を最小限に抑えることが重要です。スプルーとランナーのサイズを決める画一的な公式は存在しませんが、トーロン® 樹脂をうまく流すには、ランナー直径を大きく、長さを短くすることが有効です。スプルー長の短縮を図るには、ノズルを延長することが一般的に有効です。

複数のキャビティを持つ金型の場合は、流れのバランスをとる必要があります。ランナーの長さや位置に関係なく、各ランナー内の流れ速度は均一でなければなりません。したがって、ランナーが分岐して行くのに応じて、断面積を小さくしていく必要があります。ランナーは X字型または Y字型に引き回し、断面は完全な円形または台形となるようにします。

トーロン® 樹脂の成形には、ホットランナーの使用はお奨めできません。マルチキャビティ金型用のホットランナーシステム、および 1キャビティ金型用のホットスプルー ブッシュは、加熱ノズルを利用して材料を直接部品へ射出し、スプルーやランナーシステムを使用しません。この方式はスプルーやランナー部での材料の無駄を省くという点では望ましいのですが、ノズルやブッシング内での樹脂の滞留時間が長くなるという問題があります。加熱状態の時間が長くなると、トーロン® 樹脂が反応を起こして溶融粘度が増大し、加工性が低下します。また、「ホットドロップ」を用いてノズルのサイズを絞ると流れ抵抗が増大するため、トーロン® 樹脂の流れ特性には適合しません。

ホットスプルーをうまく使用すれば材料コストの大幅な低減が可能ですから、大きな体積の部品の成形を行う場合にはホットスプルーの利用を考慮するべきです。ホットスプルーは、トーロン® 樹脂のすべての射出成形グレードに使用できます。トーロン® 樹脂に使用するホットスプルーは直線状もしくはスプルーゲートを使用する設計とし、流路内に障害がないようにしてください。すなわち、環状ゲートやトーピードチップ、その他の流れを制約する要素を使用しないでください。部品設計に応じて、ダイレクトゲート、またはコールドランナーによりコントロールすることができます。

トーロン® PAI成形加工ガイド / 9

ゲート標準的なサイドゲートとダイアフラムゲートのどちらも使用可能です。ファンとタブゲートは、ゲート領域での強度損失を最小限に抑えるために有効です。サブマリンゲートを使用できるのは小型の部品に対してのみです。

より大きな部品については、スポークゲート（マルチゲート）の方が樹脂を迅速かつ効率的に分散させることができます。マルチゲートを使用するとウェルドラインの数も増えてしまいますが、部品全体の強度を高めるという実際の効果があります。ただし、個々の部品ごとに設計条件を分析する必要があります。

ゲートのサイズは部品のサイズに依存します。一般的にはゲートは可能な限り大きくするのが望ましく、少なくとも部品の厚み程度の大きさにします。トーロン® 樹脂の持つジェッティングの傾向に逆らうため、樹脂が金型壁面に 90° の角度で当たるように方向を調節してください。

樹脂は部品の肉厚部分から薄肉部分へと充填していかなければなりません。スプルー、ランナー、およびゲートのランドは可能な限り短くします。ウェルドラインが部品の重要部位に出現しないように、全体の工程を考えてゲートを配置します。

ゲートカットポイントがゲートシステム内で部品から離れた位置に配置されるように設計してください。トーロン® 樹脂は層状に破壊する傾向があるため、部品から離れる方向へゲートカットを行うことが非常に重要です。

ベント適切なベントを設けることは、焼けの発生を防止してウェルドラインの強度を増すために重要です。深さ 0.064 mm程度までの大型ベントを使用してください。

ウェルドラインオーバーフロータブは実質的に大型ベントであり、重要部位のウェルドライン上に配置され、強度を向上させるものです。特に大型部品を単一ゲートで成形する場合にこれらのタブが有効です。タブの幅は、ウェルドラインを包み込むだけの十分な大きさが必要です。オーバーフローランドの深さは、部品の厚みの 10%以上としてください。

インサートポリマーとしてのトーロン® は低い熱線膨張係数を持つため、金属の組み込みを必要とする用途に優れた材料です。真鍮、鋼、ステンレス、あるいはアルミニウムなどの金属インサートをトーロン® 樹脂部品に埋め込んだ成功事例は多く見られますが、その中でもステンレスが特に好んで使用されています。インサートの埋め込みが成功するか否かは部品設計の良否にかかっています。成形を容易にするには、インサートはパーティング面に垂直に立て、プラスチックの注入時に位置がずれないように支持しておく必要があります。インサートは、金型の温度まで、もしくは 149～204°C程度まで予め加熱しておいてください。トーロン® 樹脂が収縮するのにつれてインサートは膨張するため、キュア中にクラックが生ずるのを防止するには、インサートの周りを十分な厚みのトーロン® 樹脂で覆うようにします。

10 \ トーロン® PAI成形加工ガイド

予備乾燥

トーロン® 樹脂は吸湿性があり、雰囲気中の水分を取り込みます。したがって、脆い部品や気泡発生など成形時の問題発生を防ぐため、成形前にトーロン® 樹脂を乾燥させる必要があります。

水分含量が 500 ppm以下となるように樹脂を乾燥させてください。露点を -40°Cに保つことのできる除湿乾燥機の使用をお奨めします。パンやトレーに樹脂を載せて乾燥させる場合は、乾燥トレー上の樹脂層の厚みが 5～8 cmを超えないように注意してください。図 2に、乾燥温度がそれぞれ 121°C、149°C、177°Cの場合に必要な乾燥時間を示します。177°Cで乾燥させる場合は、乾燥時間が 16時間を超えないようにしてください。

射出成形機を使用するときは、除湿機能のあるホッパードライヤーの使用をお奨めします。循環式の吸気管をホッパーの底面側の、供給口のできるだけ近くに配置してください。長時間の運転を行うときは樹脂をカバーで覆い、必要ならば再度乾燥処理を行ってください。また、パージショットの表面粗さ、過剰な気泡発生、脆さなどをチェックします。このような問題が起こっている場合は、図 2に示す時間設定にしたがって樹脂を再度乾燥させてください。

図 2：乾燥時間と温度

水分含量（

ppm

）

40 8 12 16 20 24乾燥時間（時間）

除湿乾燥システムを使用

10,000

5,000

2,000

1,000

500

200

100

121°C149°C177°C

トーロン® PAI成形加工ガイド / 11

射出成形の条件

トーロン® 樹脂で部品を成形するときの標準的な条件を以下に示します。

レオロジートーロン® ポリアミドイミドで射出成形を行う際、非常に重要な役割を果たすのが樹脂の流れ特性です。ポリアミドイミド樹脂は、他のほとんどの熱可塑性樹脂と同じように、溶融時に粘弾性挙動を示します。図3に示すように、高いせん断速度領域において、トーロン® 樹脂の粘度は ABSやポリカーボネートの値に近づいていきます。低いせん断速度領域では、高圧に曝された場合にのみ流動性を示します。

図 3：見掛け粘度 vs.せん断速度

見掛け粘度（

pois

e）

108

107

106

105

10-1 1 10 102 103 104

せん断速度（sec-1）

トーロン® 4203L 340°CABS 199°Cポリカーボネート 279°C

射出速度高品位な部品を成形するには、特にその部品に薄肉部分がある場合には、速い射出速度が必要となります。ただし、射出速度を速くする場合には、あまりに急速な射出を避けるよう注意が必要です。射出速度が速すぎると、ゲートで表面のふくれが生じたり、変色や劣化、スプレーや表面剥離、ウェルドラインやベントでガスが燃焼するなどの問題が生じかねません。このようなタイプの欠陥が観測された場合には、射出速度を調節し、またはゲートやベントを広げるなどの処置を施してください。

射出圧トーロン® 樹脂のレオロジーと粘度特性により、速い射出速度と高い射出圧が要求されます。このため、必ず金型全体を一気に充填してから保圧まで圧力を下げるという方式をとる必要があります。比較的新しい機械では、段階的な、またはプログラム可能な射出速度と保圧を設定できます。保圧を高めの値、41～55 MPaに数秒間設定してスタートし、その後で 21～34 MPaまで下げて、保圧中はその値を維持してください。この方法により、内部の気泡やひけの発生を減少もしくは根絶することができます。

背圧／スクリュー回転数トーロン® はせん断に対して敏感であるため、6.9 MPa程度の背圧と、低めのスクリュー回転数（50～100 rpm）を使用してください。断続的な供給やスクリューの滑りは避けてください。このような使用方法はオーバーヒートやポリマーの分解を引き起こします。

シリンダー温度推奨シリンダー温度を表 3に示します。

表 3：推奨シリンダー温度（1）

3ゾーンコントロール

ゾーン °C

供給部 304

中部 327

前部 343

ノズル 371

（1） 実際の温度プロファイルはグレードごとに異なります。

サイクル タイムシリンダーと金型内での滞留時間を短くするため、全体としてのサイクル タイムをできるだけ短くしてください。滞留時間が長すぎると、トーロン® 樹脂がシリンダー内で硬化を起こして流れが悪くなります。逆にサイクルが速すぎた場合にも、スプルーの割れ、部品の離型不良やそり、肉厚部位での気泡発生や表面のふくれなどの問題が生じるため、適切なバランスをとってサイクル タイムを決定する必要があります。材料の色が変色し、続いてショットサイズの減少が観測された場合は、滞留時間が長すぎる、あるいはシリンダー温度が高すぎるといった原因が考えられます。このような問題が起こったときは、直ちにシリンダー内からトーロン® 樹脂をパージしてください。トーロン® 樹脂でうまく部品成形を行うためには、一貫したサイクル タイムの保持が非常に重要です。そのためには装置の自動運転をお奨めします。

金型の加熱金型の推奨表面温度は 163～218°Cの範囲です。熱伝導流体またはカートリッジヒーターを使用して加熱してください。金型をプラテンから断熱することにより、成形プレスへ熱が逃げて熱損失が起こるのを防いでください。また、スライドなどの可動部が金型使用温度で滑らかに動くように設計する必要があります。水分含量、充填速度、樹脂グレードなどもすべて金型温度に影響を与えます。

12 \ トーロン® PAI成形加工ガイド

成形時の問題

成形時に発生する一般的な問題の解決指針をまとめて表 4に示します。さらに詳しいトーロン® 樹脂の成形については、担当者へご相談ください。

停止手順何らかの理由で成形が 15分以上中断された場合は、トーロン® 樹脂を成形機内から除去しないと樹脂がシリンダー内に固着してしまいます。樹脂を除去するには、ホッパーを閉じ、射出ユニットを後退させてシリンダー内を空にします。

装置を完全に停止させる場合は、市販の高温パージ材の使用をお奨めします。流出するパージ材がきれいになるまでパージを行ってください。その後、パージ材を排出してからスクリューを前進状態にしておきます。

装置を起動するときは、再びトーロン® 樹脂を供給して、シリンダーから 100%のトーロン® 樹脂が出てくるようになるまでパージしてください。硬化したトーロン® 樹脂が充満してスクリューが回転しないときは、シリンダー温度を 427°Cまで上昇させて 2～4時間放置し、樹脂を分解させてください。その後、ノズルを取り外してから通常のパージ処理を行います。

表 4：トラブルシューティングガイド（1）

トラブル 考えられる原因 処置方法

部品が脆い 材料の水分が多い 樹脂の乾燥

焼け ベントの詰まり ベントのクリーニング

ベントが不十分 ベントを深くする

充填速度が速すぎる 樹脂の乾燥、または射出速度を下げる

キャビティ充填不足 射出時間が短すぎる 一次射出時間を長くする

ゲートが小さすぎる ゲートの拡大

ベントが不十分 ベントを深くする

ショットサイズが小さすぎる ショット量を増やす

射出速度が遅すぎる 射出速度を速くする

バリ 一次射出時間が長すぎる 一次射出時間を短くする

型締め力が低すぎる 型締め力を増やす

金型の損傷、または位置ずれ 金型の表面処理または位置調節

材料の水分が多い 樹脂の乾燥

部品内部のボイド 材料の水分が多い 樹脂の乾燥

ゲートが小さすぎる ゲートの拡大

ランナーが小さすぎる ランナーを太くする

ランナーが長すぎる ゲート位置の変更

射出速度が遅すぎる 速度を速くする

保圧時間が短すぎる 保圧時間を長くする

保圧が低すぎる 保圧を上げる

溶融樹脂、または金型温度が低すぎる 温度を上げる

ベントが不十分 ベントを深くするか、またはベントを追加する

ジェッティング ゲートの再設計

膨れ 材料の水分が多い 樹脂の乾燥

サイクルが短すぎる 金型を閉じる時間を長くする

ショートショットの進行 滞留時間が長すぎる パージを行い、サイクルを短くする

シリンダー温度が高すぎる シリンダー温度を下げる

ショットサイズが小さすぎる 成形機のサイズを小さくする、または、 ショットサイズを増やすために捨てキャビティを追加

（1） 本書では、成形経験をすでにお持ちのお客様の手引となるよう、よくある成形上の問題点を簡単に解説しています。 さらに詳しい情報や助言が必要な場合は、担当者までお問い合わせください。

トーロン® PAI成形加工ガイド / 13

ポストキュア

ポストキュアの内容トーロン® 樹脂は、成形を容易にするために比較的低分子量で供給しています。このため、成形部品の性能を最大限に発揮させるため、ポストキュア処理が必要です。成形直後の部品は外見上完璧であっても、実際には強度不足で脆く、耐薬品性や耐摩耗性も不足しており、十分な耐熱性を発揮しません。

ポストキュア処理では、成形品を強制空気循環タイプのオーブンに入れて温度を段階的に上昇させながら、条件に応じた時間をかけて加温処理を行います。この時間と温度のプログラムを、キュアスケジュールまたはキュアサイクルと呼びます。

ポストキュア処理の過程で、ポリマーの分子鎖が伸びて分子量が増加します。この化学反応に伴って水が発生します。水分の拡散は反応速度の制限要素となるため、分子鎖の延伸を円滑に行わせるためにはこの反応水を除去する必要があります。分子量の増大によってほとんどすべての機械的、化学的、熱的特性が影響を受けます。厚さ 3 mmのトーロン® 4203L試験片にポストキュア処理を施したときの変化を、図 4～9に示します。これらの図は、ポストキュア処理の過程で生ずる特性変化を相対的に示したもので、短縮または中断したサイクルでキュアした部品の特性値を予測するために使用するものではないことに注意してください。

ポストキュアによって荷重たわみ温度が約 42°C上昇し、強度と強靭性が劇的に増大していることが分かります。

図 4が示すように、分子量が増加するにつれて引張強さが急速に増し、キュア前の材料の強度の約 2倍に達します。

成形直後のポリマーは非常に低い延伸性を示しますが、図 5から分かるように、ポストキュアの過程で延伸性が約 5%から約15%へ増大し、これに伴って強靭性が飛躍的に高くなります。

図 6が示すように、曲げ強さは引張強さにほぼ追随して変化します。

図 4：キュア vs.引張強さ

引張強さ（

MP

a）

175

150

125

100

75

キュアサイクル

149°C

243°C

加熱 冷却

216°C

260°C

図 5：キュア vs.伸び引張伸び（

%）

15

10

5

0キュアサイクル

149°C

216°C

243°C

加熱 冷却

260°C

図 6：キュア vs.曲げ強さ

曲げ強さ（

MP

a）

250

225

200

175

150

キュアサイクル

243°C

加熱 冷却

149°C

216°C

260°C

14 \ トーロン® PAI成形加工ガイド

キュアが進行するにつれて、曲げ弾性率は若干減少します。延伸性が増大して樹脂がより延びやすくなるにつれ、樹脂の強靭性の高まりを反映して弾性率は若干低下していきます。

荷重たわみ温度は、キュアの過程を通してゆっくりと上昇していきます。キュア温度を上昇させる速度はこのたわみ温度によって制限され、オーブン温度が荷重たわみ温度以上になると部品の変形を引き起こすことがあります。

トーロン® 部品はキュア中も収縮し続けるため、表 2に示されている値は成形時とキュア時の両方の収縮を含んでいます。収縮の大部分は処理の初期過程で起こり、それ以後は安定化します。一般的には、ポストキュアを寸法調節の目的で使用することはできません。

オーブンコントロールの指針ポストキュア過程では、オーブン温度を均一に保つことが非常に重要です。オーブン内の最も温度の高い位置と最も温度の低い位置の間に許容される温度差は、最大でも 5.6°Cまでです。一般的には、空気取り入れ口付近の温度が高くなり、排気ベント付近の温度が低くなります。

最良の温度制御を実現するには、少なくとも 4本の熱電対を、高温点と低温点にそれぞれ一つずつ含んで対称に配置してください。オーブン内には熱電対本体のみ突き出し、リード線はオーブン内に入らないように注意してください。熱電対のリード線はオーブン温度に耐えられるようには設計されていないため、熱電対とともに加熱されると故障してしまいます。熱電対のリード線は、デジタル式の読み出し装置に接続してください。大きな温度差が生じた場合には、ベントの開閉で温度を調節します。場合によってはオーブン内にバッフルを設けたり、ブローワー容量を変更する必要が生じる場合もあります。毎分 0.3°Cの割合で温度を上昇させるようにプログラムしたコントローラーの使用をお奨めします。自動シャットオフと手動リセット機能を備えたコントローラーを使用するようにしてください。温度が設定点を 2.8°C以上超えたときには、オーブンを自動的に停止させるようにします。これは、オーブン温度が部品の荷重たわみ温度を超えた場合に起こる部品の変形を防止するためです。

図 7：キュア vs.曲げ弾性率

曲げ弾性率（

GP

a）

5.4

5.2

5.0

4.8

4.6

キュアサイクル

149°C

216°C

243°C

加熱 冷却

260°C

図 8：キュア vs.荷重たわみ温度

荷重たわみ温度（°C）

275

250

225

キュアサイクル

149°C

216°C

243°C

加熱 冷却

260°C

図 9：キュア vs.収縮

収縮率（％）

0.6

0.4

0.2

0.0キュアサイクル

216°C

243°C

加熱 冷却

149°C

260°C

トーロン® PAI成形加工ガイド / 15

キュアスケジュールトーロン® 樹脂の製造規格値は、比較的短いキュアスケジュール（約 4.5日）でポストキュア処理を施した試験試料のデータに基づくものです。ただし、薄肉試験片から得られたキュアスケジュール情報を実際の成形部品用に変換するには、次のような問題が伴います。

キュアの程度すべての特性に共通な最良のキュアの程度というものはありません。機械特性（強度、延伸性など）は比較的短時間で得られるのに対して、耐摩耗性やある種の活性の高い薬品に対する耐性を持たせるにはより長い時間を要します。

厚み変形を発生させずに部品をキュアさせる程度は、部品の厚みによって制限されます。厚みのある部品をあまりに急速にキュアさせると、反応水による表面のふくれや「バルーン化」を引き起こします。

形状厚みのある部品はキュアにより長い時間を要します。これは、反応が進行するためには反応により生ずる水の拡散が必要であり、拡散長が大きくなるほど反応速度が低下するからです。また非常に薄肉で繊細な構造を持つ部品などは、厳密な寸法許容差を満たすために何らかの治具を使用してポストキュアを行わなければならないことがあります。

応力成形応力の緩和によって部品が変形することがあります。ポストキュア処理では、過酷なキュアスケジュールを適用した場合、キュア温度が荷重たわみ温度に近づいて、強い応力のかかっている部品が変形を起こす恐れがあります。逆に、ポストキュア処理の時間（特に初期段階の時間）を長くすると、収縮の変動を抑える効果が得られます。

図 10が示すように、キュア時間を長くするほど耐摩耗性はさらに向上していきます。

図 10： キュア延長による摩耗係数の低下

摩耗係数（

K）

300

200

100

キュアサイクル

216°C

243°C

加熱 冷却

149°C

260°C

キュアスケジュールの決定開始点ポストキュアの時間設定の目標は、部品のエンドユーザー要件を満たす十分なキュアを、できるだけ短時間で実施することです。他の化学反応と同様に、分子鎖の伸長反応速度は温度の関数であり、260°Cでより加速します。一般的には部品温度を 260°Cまでできるだけ急速に上昇させるのが望ましいのですが、同時に部品の変形を防止する必要があります。部品が 260°Cで保持される時間の長さが、キュアの完全性を左右します。

唯一つの方法だけでトーロン® のキュアの進行の程度を完全に判定できる方法というものは存在しません。キュア中に起こる若干の酸化によってトーロン® 部品の表面色がやや濃くなりますが、これによってキュアの適正度を判定することはできません。窒素雰囲気中でポストキュアを行った場合は、部品の表面色が濃くなることはありません。固有粘度、ガラス転移温度、熱サイクル後の寸法検査など、各種の方法がキュア測定法として試されてきました。しかし、いずれの方法もキュアが起こったか否かの判定はできるものの、キュアの進行の程度を決定する方法としては不適切です。一般的には、キュアサイクル中に随時取り出したサンプル部品の破壊試験、およびガラス転移データが、キュアの進行を測定する良い方法です。

ある特定のトーロン® 部品に適用するキュアスケジュールを最適化するためには、エンドユーザー要件や寸法公差、部品の形状などの情報が必要であり、一般的には何回もの試験が必要となります。標準的なキュアサイクルを表 5に示します。ここに示すサイクル（安全を見込んで設定してあります）を使用すれば、変形を引き起こさずに完全なキュアを実現することができます。

表 5：標準的なキュアサイクル

キュア温度

部品形状 日数 °C

断面の最大厚みが 7.6 mm未満の部品

1 149

1 191

1 204

1 218

1 232

1 243

1 252

10 260

断面の最大厚みが 7.6～15.9 mmである部品、 またはそれよりも薄いが 高度の平滑性を要求される部品

1 149

1 177

1 191

1 204

1 218

2 232

3 243

2 249

1 254

10 260

16 \ トーロン® PAI成形加工ガイド

トーロン® 樹脂は卓越した耐熱性を持つため、オーバーキュアが起こる恐れはありません。空気中 260°Cでの試験片によるエージングテストによれば、機械特性は 60日を超えても上昇し続けます。処理のどの段階を延長しても、部品を損傷したり特性を劣化させることはありません。実際、各特性が最大限に実現されたことを確認するためには、多くの場合 260°Cに保持する時間を長くするのが望ましいと言えます。

キュアサイクルに何らかの変更を行う場合は、是非事前にソルベイスペシャルティポリマーズの担当者にご相談ください。

ポストキュアが途中で中断された場合、それを最初のステップから再開しても問題はありません。中断が 24時間以上に及ぶ場合は、処理を必ず最初のステップから再開してください。中断時間が 24時間未満の場合は、中断の起こったステップの冒頭から処理を再開してもかまいません。例えば、温度 260°Cでオーブンが停止したとすれば、この状態ですでに経過していた日数には関係なく260°Cのステップ全体を最初から再実行してください。ただし、温度が 260°Cを超えないようにします。

ポストキュアプログラムの終了後は、特別な冷却手順を実行する必要はありません。

切削加工した部品のポストキュア射出成形による部品の多くは、目的とする形状とほぼ同一に成形されますが、成形では得られなかった寸法公差に合わせる目的で切削加工を施します。あるいはまた、パーティング面に垂直な穴をあけるなど、成形よりも切削加工の方が容易にできる場合もあります。

部品表面から 0.76 mm以上の深さに切削加工した場合には、材料の究極的な耐摩耗性、耐薬品性を得るためには再度のポストキュアが必要となることがあります。

切削加工した部品に十分な安全率を考慮して再キュアを行うには、部品の厚みが 3 mm増すごとに 149°Cで 24時間乾燥させ、それに続いて以下の条件でポストキュアを行います。

• 191°Cで 1日

• 218°Cで 1日

• 246°Cで 1日

• 260°Cで 5日

トーロン® PAI成形加工ガイド / 17

再生材

粉砕用・再処理用のスプルーとランナーは、ポストキュア処理の前に取り出してください。ポストキュア処理した後のトーロン® のスプルーやランナー、その他の部品は再処理することができません。スプルーやランナーから部品を取り外すときは、部品側に食い込みが生じないように注意する必要があります。キュア前のトーロン® 樹脂は非常に脆いため、特に注意が必要です。

再粉砕した樹脂には汚れがないことをチェックし、大きな塊や微細ダストをふるい分けてから乾燥させます。再生材とバージン樹脂は、射出成形機に供給する前に十分に混合してください。

トーロン® 樹脂は、顕著な特性劣化を招くことなく、再生材の割合を高くすることができます。トーロン® 4203Lを使用したテストによれば、100%の再生材を使用した場合であっても、バージン樹脂を使用した時と同等の引張強さ、引張伸び、曲げ弾性率、荷重たわみ温度などの特性値を得ることができます。ただし、このテストで使用したのは再生回数が 1回の再生材のみです。再粉砕した樹脂を使用すると、射出を繰り返すうちに溶融粘度が増大することがあります。溶融粘度が大きくなると、充填特性と密度に大きな影響を与えることがあります。充填特性と密度が低下すると、それに伴って寸法変化、また衝撃強さや伸びの減少が起こります。エンドユーザーは、このような潜在的な問題が、最終ポストキュア後の部品性能の制限要素となるものではないことを確認しておく必要があります。

繊維強化グレードの再生材の効果についてはまだ十分な研究が行われていませんが、一部の流れ特性が低下することが確認されています。当然ながら、ガラス繊維が切断されることによる一部の特性低下が起こると考えられます。

表 6に示すのは、再生材の割合を 30%として繰り返し利用したときにトーロン® 4203Lの特性値がどのように保持されるのかを示したデータです。最も顕著な低下を示すのが引張伸び特性であることが分かります。

再粉砕した樹脂を使用すると、射出成形を繰り返すうちに溶融粘度が増大することがあります。溶融粘度が大きくなると、充填特性と密度に影響を与えることがあります。エンドユーザーは、このような潜在的な問題が、最終ポストキュア後の部品性能の制限要素となるものではないことを確認しておく必要があります。

表 6： 30%の再生材を含むトーロン® 4203L樹脂の 特性保持

保持率（%）再生回数

特性 1 2 3

引張強さ 100 98 96

引張弾性率 100 99 98

引張伸び 73 70 68

曲げ弾性率 100 99 98

アイゾット衝撃 100 99 99

荷重たわみ温度 101 102 103

18 \ トーロン® PAI成形加工ガイド

索引

あ厚み. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

いインサート. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

うウェルドライン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

お応力. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15オーブンコントロールの指針 . . . . . . . . . . . . . . 14

か開始点 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15型締め装置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6金型設計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7金型の加熱 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

きキャビティ設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7キュアスケジュール. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15キュアスケジュールの決定 . . . . . . . . . . . . . . . 15キュアの程度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

け形状. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15ゲート . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

こ鋼材の選択 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

さサイクル タイム . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11再生材 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

し射出圧 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11射出成形機 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6射出成形装置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6射出成形の条件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11射出速度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11射出容量 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6収縮. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7シリンダー温度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

すスクリュー設計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6スプルーとランナー . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

せ制御. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6成形時の問題 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12切削加工した部品のポストキュア . . . . . . . . . . . . 16

つ突き出し. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

て停止手順 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

とトーロン ® ポリアミドイミド（PAI）. . . . . . . . . . . . 5

は背圧／スクリュー回転数 . . . . . . . . . . . . . . . . 11

へベント . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

ほポストキュア . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13ポストキュアの内容 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

まマルチキャビティ金型 . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

よ予備乾燥 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

り流路設計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

れレオロジー . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

トーロン® PAI成形加工ガイド / 19

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