一部のポリマーの純粋な樹脂特性はあまり優れておらず、ほとんどの場合そのまま使用できないことはよく知られています。製品の要件を満たすように変更する必要があります。改質プラスチックについて話すとき、具体的には何が改質されているのでしょうか?密度、透明度、硬度、加工性、強度、靱性など、どのような特性を変更できますか?この記事では、プラスチック改質の 8 つの主要な方向性と、家電製品における改質プラスチックの革命的な影響について詳しく説明します。
目次：
プラスチックの改質とは何ですか？
塑性加工の 8 つの主な方向性
家電製品における変性プラスチックの無限の可能性
家電用改質プラスチックの6大トレンド
プラスチックの改質とは何ですか？
簡単に言えば、プラスチックの改質とは、物理的、化学的、その他の方法によってプラスチックの元の特性を変更し、元の特性を増加または改善して、最終製品により適したものにすることです。
塑性加工の 8 つの主な方向性
改質に関して言えば、改質プラスチックでは一般的に材料のどのような特性が改質されますか?まとめると、大きく分けて8種類あります。
密度
プラスチックの密度の変更は、最終用途の選択に応じて 2 つのタイプに分類できます。1 つはプラスチックの密度を下げること、もう 1 つはプラスチックの密度を高めることです。ここでは主にプラスチックの密度を下げる方法を紹介します。
プラスチック密度の減少: 高校の公式 M=ρV によると、これは、製品の元の体積が変わらないと仮定すると、材料の密度が減少すると質量も減少することを意味します。これは、自動車などの最終用途の軽量化に一般的に使用されます。プラスチックの密度を下げる一般的な方法には、軽量のフィラーや樹脂を添加することが含まれますが、密度の低下は比較的小さいです。もう 1 つの方法は発泡技術です。これは軽量化の範囲が広くなりますが、若干難易度が高くなります。
透明性
プラスチックの透明性に関しては、結晶化度と透明性の関係を利用するのが一般的です。プラスチックの透明度は製品の結晶化度に関係します。製品のさまざまな構造形態を制御することにより、製品の透明性を向上させることができます。
材料の透明度を測定するには、多くの性能指標を考慮する必要があります。一般的に使用される指標には、光透過率、ヘイズ、屈折率、複屈折、分散などがあります。優れた透明な素材には、これらの性能指標が優れていてバランスが取れていることが必要です。
結晶形態を変更する一般的な方法は次のとおりです。
- 結晶形、球晶含有量、結晶サイズ、結晶規則性などの結晶化の品質を制御します。
- 主に透明性に影響を与えない高屈折率の有機または無機物質を添加することにより、屈折率を高めます。
- 複屈折の低減。処理中に配向を制御することによって達成できます。つまり、配向の度合いを下げて複屈折を低くします。
- プラスチックの透明性向上物質の添加 透明樹脂に低分子物質を添加し、透明性を向上させる方法を指します。この方法により、光の透過率と屈折率を高め、複屈折を低減することができます。
- 透明樹脂の光透過率を高める最も効果的な方法である核剤の添加。核剤は、結晶化を促進することができる小分子物質です。これらは樹脂内の核生成サイトとして機能し、均一核生成を不均一核生成に変え、結晶系内の核の数を増やし、微結晶の数を増やし、球晶の数を減らし、それによって結晶サイズを微細化し、樹脂の透明性を向上させます。 。
- 高屈折率無機物質の添加
- 複屈折を低減できる物質の添加
- 防曇剤の添加
硬さと柔軟性
硬度
プラスチックの硬度を変更するには、一般に硬質添加剤、通常は硬質無機充填剤をプラスチックに添加することによって、表面硬度と全体の硬度の両方を変更する必要があります。
表面硬度： これにより、プラスチック製品の表面硬度のみが向上し、内部硬度は変化しません。主に装飾材や日用品などに使用される低コストの工法です。主な工法としては塗装、メッキ、表面処理などがあります。
全体的な硬さ： これは通常、プラスチックをブレンドすることによって実現されます。つまり、低硬度の樹脂と高硬度の樹脂を混合して全体の硬度を高めます。
一般的に使用されるブレンド樹脂には次のものがあります。 PS、PMMA、ABS、MF。主に改質が必要な樹脂はPE系、PA、PTFE、PPなどです。
柔軟性
柔軟性は通常、可塑剤を添加することによって変更されます。可塑剤の主な機能は、樹脂の加工性を改善すること、つまり、加工温度を下げ、加工流動性を改善することです。ただし、関連する樹脂にそれらを添加すると、製品に柔軟性を与えることもできます。可塑剤による柔軟性向上に適した樹脂としては、PVC、PVDC、CPE、SBS、PA、ABS、PVA、塩素化ポリエーテルなどが挙げられます。
加工性
プラスチックの加工性を改善するには、一般的に次のことが必要になります。 樹脂の熱分解温度を高める。樹脂の溶融温度を下げる。樹脂のプロセス流動性を改善する。樹脂の溶融特性を向上させます。
一般的な改質方法には、改質剤、可塑剤、および潤滑剤の添加が含まれます。可塑剤はポリマーの可塑性を高めることができます。潤滑剤の役割は、材料間、および材料と加工装置の表面の間の摩擦を軽減することです。これにより、溶融物の流動抵抗が減少し、溶融物の粘度が低下し、溶融物の流動性が向上し、溶融物の装置への付着が防止され、製品の表面平滑性が向上します。
家電製品における変性プラスチックの無限の可能性
プラスチック改質技術の発展と人々の生活水準の向上に伴い、家電業界における改質プラスチックの応用はますます広がっています。変性プラスチックは、台所用品、パーソナルケア製品などに使用されています。
小型家電を例に挙げると、一般的な製品としては、電気圧力鍋、電磁調理器、ヌードルメーカー、肉まんメーカー、豆乳製造機、フードプロセッサー、ジューサー、電気ケトル、ヘアドライヤー、ストレートアイロン、シェーバーなどが挙げられます。これらの小型家電製品はユーザーと頻繁に接触し、磨耗しやすく、腐食の原因となる水、油、塩分に定期的にさらされ、劣化の原因となる高温で使用され、また、光にさらされることが多く、劣化の原因となることがあります。変色や光沢の低下につながります。したがって、使用される材料には、高い美的魅力、良好な耐傷性、加工のしやすさ、および優れたコストパフォーマンスが求められます。製品の品質を確保しながら、小型家電製品のコストを削減するために、改質プラスチック材料を合理的に適用する方法は、製品が市場を占有するための重要な方法の 1 つです。
一般的な小型家電製品の主なプラスチックの選択
- 電子レンジ
プラスチック部品は、主に耐熱性が要求される外殻、ベース、ハンドル、ノブなどの外装部品です。材質は耐熱ABS、難燃HIPS、耐熱PP、PC/ABSアロイ等を使用。
- 炊飯器
プラスチック部品は主に、耐熱性が要求される外殻、ベース、蓋、ハンドル、スイッチなどの外装部品です。選択されたプラスチックの種類には、非スプレー ABS、高光沢 PP が含まれます。
- エア加湿器
使用される材料には、染色された ABS、非スプレー材料、透明部品 (PC、GPPS)、高光沢 PP が含まれます。
外装部品の主な材質
染色ABS: 耐熱性があり、表面光沢が高く、寸法安定性があり、加工しやすく、スプレーしやすい。ご要望に応じてさまざまな色を作ることができます。
フィラー入りPP： 低コストで流動性が良く、寸法安定性があり、加工が容易です。
PC素材: 高強度、耐高温性、良好な透明性。
PC/ABS合金: 耐熱性があり、表面光沢が良く、寸法安定性があり、加工が容易です。
装飾部品の主な材質
透明な素材: 透明ABS、PMMA、PCなど
電気めっき材料: 電気メッキグレードのABS。
非スプレー材料: 高光沢ノンスプレーABS、ノンスプレーAS、ノンスプレーPC/ABS、ノンスプレーPP。
非スプレー材料は、高光沢、金属色、良好な加工性、明るい色、良好な流動性、および耐傷性を特徴とします。
家電用改質プラスチックの6大トレンド
1. 外観カラーモジュールソリューション
技術的に進歩し、ファッショナブルで、パーソナライズされたカラー家電は、現在の発展において避けられないトレンドとなっています。主な解決策には次のようなものがあります。
(1) 鮮やかで高光沢、傷がつきにくい素材等の使用。
– 素材は、明るい黒、紫がかった赤、柔らかい緑、明るい赤、オーシャンブルーなど、より豊かな色を持ちます。
(2) ノンスプレーシリーズ パールカラー、メタリックカラー等
– スプレーや電気メッキを必要とせずに、プラスチック製品にシルバーホワイト、高級ゴールド、シルバーグレーなどのメタリック効果を実現できます。
(3) その他の特殊効果 – 大理石、クリスタル フロー カラーなど。
– プラスチック製品の色に大理石や花崗岩のような効果をもたらします。
2.安全材料モジュールソリューション
安全装置は現在の開発の基本要素となっています。
(1) 高難燃性材料、ハロゲンフリー、低発煙材料
例えば、冷蔵庫のモーターボックスなどの内部部品や外部部品には、低煙臭素リン相乗高難燃性PP/ABS/PSや低煙ハロゲンフリー難燃性PP/ABS/PS/PBT材料が使用されており、 1.5mm 5VA、GWIT850℃などの要件を満たすエアコンや洗濯機。
(2) 高機能素材
永久帯電防止カラーPP/ABS/PS等は冷蔵庫、エアコン、洗濯機の筐体などに使用されており、電子制御部品には高難燃性、高漏洩追跡性のABS/PP/PA/PBTなどが使用されています。内部機能部品には導電性PP/ABS/PS/PBT等が使用されております。これらの材料は、白色永久帯電防止 109、高 CTI 値 (600V) などの要件を満たしています。
3. 軽量素材モジュールソリューション
製品の軽量化が自動車から家電にまで広がるのは必然の流れです。
(1) ガラスの代わりにプラスチックを使用し、透明性と剛性が高い素材
観察窓などの部品にはPP/ABS/PMMA/PETG/PES/PSFなどの高透明材料が使用されています。透明性を確保しながら、食品衛生や耐傷性・強度の要求にも応えます。
(2) スチールの代わりにプラスチック、剛性、強度、寸法安定性の高い材料
ガラス繊維含有率が高く（>50%）、強度が高い材料やガラス長繊維強化材料（LFT-PP/PA）は、冷蔵庫、エアコン、洗濯機などの技術構造部品に使用されています。耐摩耗部品には繊維強化特殊エンジニアリング材料（PPS/PEI）などが使用されます。これらの材料は、構造部品における高強度、高耐摩耗性、耐沸騰水性、および耐熱性の要件を満たしています。さらに、微多孔質発泡材料は、家電製品に使用されるプラスチックの強度を維持しながら大幅な軽量化を実現し、反りや収縮マークが発生しないため、より高い強度と加工性を実現します。
4. 健康材料モジュールソリューション
健康の概念は、家電製品の開発における現在の流行になっています。
(1)抗菌・防カビ素材
これらの材料は、環境に優しい無機複合抗菌マスターバッチまたは有機高分子抗菌剤を配合しており、二次汚染（Ag、Asイオンなど）を導入することなく抗菌要件を満たし、冷蔵庫、エアコン、洗濯機、等
(2) 無毒で環境に優しい材料
家電製品の内部および外部コンポーネントには低 VOC 揮発性材料 (PP/PS/ABS など) を使用します。ドアシールとガスケットには可塑剤を含まないエラストマー素材（TPE/TPV）を使用します。さらに、家電製品の VOC に関する標準要件も強化されています。
(3) 環境に優しい吸着材
家電製品の内部および外部コンポーネントには、次のものを装備できます。
- 粘弾性石材フィラーなどのPM2.5吸着材
- 活性ケイ素または酸化アルミニウムフィラーを組み込んだホルムアルデヒド吸着材
- マイナスイオンを放出する素材
5. 低コストの材料モジュールソリューション
家電製品の開発には低コストが急務となっています。
(1) 新規かつ安価な機能性材料
ABSに代わる高光沢PP、難燃性ABSに代わるABS/PVCなど、安価なポリオレフィン素材が使用されています。機能部品には、鋼鉄、銅、ガラス、アルミニウムの代わりにプラスチックが使用されています。鏡のようなガラス繊維含有量の高い PPS が、電気メッキされた金属部品を置き換えます。環境に優しい高性能再生プラスチック（PP/PS/ABSなど）は、新素材に代わるものであり、米国EPEAT（電子製品環境評価ツール）に準拠しています。
(2)強度を維持したまま量を減らす
家電製品の内部部品には微多孔質発泡構造体（PP/ABS/PSなど）が使用されています。 3D プリント材料 (FDM/SLA/SLS) は、研究開発コストを削減するために家電製品のラピッド プロトタイピングに使用されます。 CAD/CAEによって製品構造設計を最適化し、家電製品の内部および外部部品の設計を改善し、材料使用量を削減します。
(3) 産業チェーンの統合：石油化学メーカーが改質プラスチックをカスタマイズ
石油化学メーカーは改造企業と協力して、高光沢 ABS/PS/PP、透明 ABS/PS/PP、自己難燃性 PA6/PA66、長鎖ナイロン、ASA などの特定の材料をカスタマイズします。
6. 省エネ・低炭素材料モジュールソリューション
(1) 新規低炭素機能性材料
低炭素化は家電製品の開発において避けられないトレンドとなっています。生分解性材料とその合金 (デンプン、PLA) は、家電製品のパッケージや非構造部品に使用されます。天然繊維強化材料 (PP) は、ガラス繊維強化材料の代わりに使用できます。高耐熱・高剛性のポリプロピレンは、エアコンのPS骨格などにおいて、PS/ABS/PAの代替として使用できます。ポリプロピレンは、家電製品用の改質プラスチックの中で炭素排出指数が最も低く (1.95)、低炭素開発とコスト削減をサポートします。
(2) 省エネ・騒音低減機能材料
熱可塑性エラストマー材料（PVC/TPV/TPEなど）は、家電製品のシールや振動減衰部品に使用されています。低騒音ファンは微多孔質発泡材料を使用して同軸度を高め、動的バランスを改善します。コンプレッサー振動減衰パッドは、騒音を低減するために、高減衰衝撃吸収エラストマー素材を使用しています。
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