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PCB技術

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家電用プラスチック原料及びその改質技術
2022-10-10
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Author:ipcb      Share

家庭用電気製品は種類が多く、その用途によって、台所電気製品、家事電気製品、視聴覚電気製品、エアコン類電気製品、医療フィットネス類電気製品及びその他の種類の家庭用電気製品に分けることができます。家電用プラスチック材料のうち、約90%が熱可塑性プラスチックで、残りは熱硬化性プラスチックです。熱可塑性プラスチックの中で、大部分は汎用プラスチックで、例えば:PPPSPVCPEなど、使用するエンジニアリングプラスチックは主にABSASPAPCPOMPPOPPSPETPBTPMMALCPPEEKPSFPURなどがあります。熱硬化性プラスチックとしては、通常、フェノール樹脂、アミノプラスチック、エポキシ樹脂などが挙げられます。

 

近年、PPは優れた総合性能、価格が低く、密度が小さいなどの特徴を備えているため、家電中の使用量の増加が速く、プラスチック品種となっています。特に近年開発された高光沢PPABSの代替に多く用いられています。PPは家電製品の中で主に洗濯機の内外筒、台座、脱水槽、蓋板、テレビの筐体、裏蓋、扇風機の筐体、冷蔵庫のドアの胆、透明引き出し、電子レンジなどの小家電筐体の製造に使われています。現在、家電製品における使用量は約30%前後を占めています。

 

PSは以前は主に家電用透明部品の製造に使われていたが、現在は発泡包装材料としてより多く使われています。HIPSは通常、冷蔵庫のドアの胆、内胆、野菜箱、肉皿、氷箱、テレビ、コンピュータ、録音機、エアコン、掃除機、電話機、電子オルガン、その他の家電製品の筐体、録音ビデオボックス、キーボードなどの製造に使用されています。HIPSでは、高光沢、高流動、耐環境応力亀裂を有する品種の発展が速いです。

 

PVCは家電にはあまり使われておらず、一般的に冷蔵庫のシールストリップや小さな射出成形品として使われているが、PVC/ABSPVC/PS合金はコストが低いため、ABSHIPSの代わりにテレビケース、扇風機、ドライヤー、洗濯機内の桶、掃除機など難燃性が要求される部品の製造に使われます。

 

PEは主に、洗濯機や掃除機のコルゲートチューブなど、家電に要求されていない非受力部品を作るために使用されています。

 

家電用エンジニアリングプラスチックの中で、ABSの使用量は第1位で、主に冷蔵庫の裏地、テレビ、コンピュータ、録音レコーダ、エアコン、掃除機、電話機、電子オルガン及びその他の小家電の筐体及びその内部構造物を作るために使用されています。このうち、家電における透明外装及び冷蔵庫の内部透明材は、透明ABSを用いて作られています。

 

ASは冷蔵庫の野菜皿、電気スイッチ、小家電透明品などの製造に使用できます。

 

PCは強靭性が良く、透明、高低温性能が良く、自己消灯性があるなどの特徴があるため、大量に電気ブロー、電熱器の中で耐熱と難燃に対する要求が高い透明カバーケースの製作に用いられています。また、PCは光学性能に要求の高い光ディスクの製作にも使用でき、PC/ABS合金は携帯電話の筐体などの製作に使用されています。

 

PAシリーズは一般的に家電における歯車、軸受及び摺動系部品の製作に用いられます。

 

POMは良好な総合性能を有し、過去には主に家電歯車、ブッシュ及びスライド類部品の製造に用いられていました。近年、POM合金は精密構造物に広く応用されています。

 

改質PPOは耐熱エンジニアリングプラスチックに属し、総合性能が良く、自己消灯性があるため、通常テレビやラジオの部品、コンセント、絶縁支持体、コイル骨格などの製造に使われます。

 

繊維強化後のPBTはコイル骨格、トランスハウジングなどを作製することができます。PETは主に録音テープの基材として用いられます。近年、PETの価格が相対的に低いため、各種PETと汎用プラスチックの共混合金は他のエンジニアリングプラスチックの代わりに小型家電に多く応用されています。

 

PPSLCPPEEKなどは一般的にコンピュータのプラグインなどの高耐熱精密構造物を作るために使用されています。

 

PURは、炊飯器のシールリングなどの弾性部品を製造するために家電で使用することができます。PURはより多くのものが硬質発泡スチロールとして使用され、冷蔵庫では断熱、炊飯器では保温の役割を果たしています。

 

熱硬化性プラスチックの中で、フェノール樹脂は主に電熱系電気機器の底板、スイッチ、配線板、繊維強化部品などの製造に用いられます。アミン系プラスチックは主につまみ、耐熱ケース、装飾面などの製造に用いられます。エポキシ樹脂は、主にプリント基板や封止材の製造に用いられます。

 

家電業界の急速な発展とプラスチックに対する大量の需要は、プラスチック工業全体の発展を促進し、ポリプロピレンEPS 30 R、透明ABS、透明PA、高分子量PS、高光沢PS、高溶融強度PCなどの家電専用樹脂を合成しました。また、プラスチック改質技術もさらに改善され、向上され、例えば、ポリマーグラフト無水マレイン酸技術、高流動PP及び高光沢PPの製造技術及びPC/ABS合金、PVC/ABS合金、透明PP、難燃ABSなどの製造技術が得られました。プラスチック合金の相溶性剤に対する大量の需要は相溶性剤の製造技術の発展を促進しました。その中で、各種無水マレイン酸グラフト、MS樹脂、SEBSSEDSEAA4 IPIOSPSEVOHなどの増容剤として使用できるポリマーの製造技術はすでに成熟しており、その合成生成物は広く応用されています。プラスチックの強靭化の需要は熱可塑性エラストマーの急速な発展を促進し、現在、POEEPDMSISTPUSEBS、ポリエステルエラストマーなどの熱可塑性強靭剤はプラスチックの中で広く応用されています。同時に、プラスチックにおける複数の粉末ゴムの使用が急速に増加しています。

 

改質技術の発展と家電の需要もいくつかの助剤とその応用技術の発展を促進しました。例えば、ハロゲンフリー難燃剤の需要は、リン系、窒素系、シリコン系、ホウ素系難燃剤及び水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の無機難燃剤の応用分野を拡大させ、PPPETにおける核形成剤の使用はプラスチックの性能を効果的に改善しました。薄肉及び高光沢製品原料には流動改質剤及び光輝剤が広く使用されています。ガラス繊維強化プラスチックの広範な使用により、新しい助剤であるガラス繊維露出防止剤が誕生しました。冷蔵庫、洗濯機、電話機の抗菌需要はナノ抗菌剤の応用を促進しました。

 

また、総合性能の改善、電気絶縁性の向上を目的とした熱可塑性プラスチック用架橋技術も広く応用されています。いくつかの家電の遮蔽面への要求に伴い、導電性プラスチックの発展を促進しました。家電の低コスト要求は廃プラスチックリサイクル技術の発展に積極的な推進作用をもたらしました。環境保護の要求に適応するために、一部の家電企業は伝統的なEPS発泡体の代わりにPEPP発泡体を家電の包装に使用しており、一部の企業は分解可能なEPS包装について研究を行っています。一般的に、冷蔵庫の保温層はウレタンフォームで、使用されているフロン発泡剤はオゾン層に破壊作用があるため、現在、世界中の関連企業がフロン代替品の研究と開発を行っています。

 

中国は家電生産大国になったが、家電用プラスチック原料については海外と比較して大きな差があります。具体的には、規模生産可能な樹脂の品種が少ないです。家電関連のエンジニアリングプラスチックの種類と専用材料の番号は多く、エンジニアリングプラスチックの合成技術の含有量が高く、投資が大きいため、資金と技術の制限を受けて、国内のエンジニアリングプラスチック工業はまだ低いレベルにあり、一部の品種の汎用エンジニアリングプラスチックしか提供できないが、ほとんどの家電用プラスチック品種、例えばブレンド改質に用いる相溶剤、熱可塑性エラストマーなどは主に輸入に依存しています。また、多くのプラスチック助剤は国内ではまだ空白で、専用材料の品種番号は少なく、改質技術の研究と応用は海外と比べて一定の差があります。

 

近年、国内では毎年平均100万トンのエンジニアリングプラスチックが輸入され、国際エンジニアリングプラスチック輸入大国となり、毎年18%のペースで増加しています。

 

家電用プラスチック製品の加工技術

 

家電用プラスチック製品の成形加工方法は主に射出成形、押出成形、熱成形、中空成形、積層成形、圧縮成形、伝達成形、発泡プラスチック成形、鋳造成形、インサート鋳造、封止鋳造などがあり、その中には射出成形を主とします。

 

ここ数年来、一部のプラスチック加工の新技術、新設備は家電プラスチック製品の成形に大量の応用を得て、例えば精密射出成形、快速成形技術、溶融芯射出成形技術、ガス補助/水補助射出成形技術、電磁動的射出成形技術と被膜射出成形技術などがあります。

 

精密射出成形は製品の寸法と重量の面で高い精度と高い繰り返し性を保証することができます。この技術を用いた射出成形機は高圧、高速射出を実現することができます。その制御方式は通常開環または閉環制御であるため、射出プロセスパラメータに対して高精度な制御を実現することができます。通常、精密射出成形は金型の精度に高い要求があります。現在、国内では中小型精密射出成形機の生産が可能になっています。

 

急速成形技術は家電品種の多様化方向への発展と絶えずのモデルチェンジに伴い急速に発展してきたもので、主に家電用プラスチックケースの製造に用いられています。この技術の利点は、金型を必要とせずにプラスチックの小ロット生産を実現できることです。現在、比較的成熟した高速成形方法はレーザー走査成形と液体光硬化成形があり、その中にレーザー走査成形法の応用が多いです。レーザ走査装置は、レーザ光源、走査装置、粉末散布装置及びコンピュータから構成されます。その加工過程は、コンピュータによって制御されたレーザヘッドが一定の軌跡で走査し、レーザ光が通過する位置でプラスチック微粉が熱溶融されて結合され、走査が完了するたびに微粉装置が薄粉を撒くことで、繰り返し走査することで、一定の形状と寸法を持つ製品が形成されます。現在、国内にはレーザー走査成形機やプラスチック微粉を生産できる企業があるが、設備の性能が不安定で、微粉の品種番号も少ないです。

 

溶融コア射出成形技術は通常、キャビティの粗さと精度に要求の高い、中空成形または回転成形方法で加工できない異形キャビティ製品を成形するために用いられます。現在、この技術の海外での応用は比較的成熟しているが、国内ではまだ個別の応用状態にあります。この技術の加工原理は、まずキャビティを構成するコアを成形し、それからコアをインサートとして射出成形することです。射出成形品の加熱作用下でコアを溶融流出させ、キャビティを形成しました。この技術を使用する上で重要な点は、コア材料とプラスチックの融点を把握する必要があることです。一般に、コア材料は、具体的な状況に応じて、鉛、スズなどの汎用プラスチック、熱可塑性エラストマー、または低融点金属を選択することができます。

 

ガス補助/水補助射出成形の用途は広く、多種のタイプの射出成形品を成形することができ、その典型的な製品はテレビ筐体です。射出成形時には、ガスまたは過熱水をプラスチック溶融物とほぼ同期してキャビティに注入することができます。このとき、プラスチック溶融体はガスまたは過熱水を被覆し、成形されたプラスチック製品はサンドイッチ構造で、プラスチックが定型化された後にガスまたは水を排出すれば離型できます。このような製品は材料を節約し、収縮が小さく、外観が良く、剛性が良いという利点があります。成形装置の重要な部分は、ガス補助装置または水補助装置およびその制御ソフトウェアです。近年、国内ではこの研究が多く、応用速度も速いが、国産設備はまだ不安定です。

 

電磁動的射出成形技術は華南理工大学ナデシコ金平氏によって発明されました。この技術は電磁力の作用によってスクリューを軸方向に往復振動させます。予備可塑化段階でプラスチックを微視的に可塑化することにより、保圧段階のプラスチック構造をより密にし、製品の内応力を減少させます。この技術は、光ディスクなどの要求の高い製品を成形するために使用することができます。通常の製品の成形に用いられる場合、製品の品質を向上させることができます。

 

被膜射出成形技術と設備の海外での応用は比較的に成熟しています。この技術を使用する場合、射出成形前に専用印紙装飾プラスチックフィルムを金型内に挟み、射出成形する必要があります。プリントフィルムは熱変形を受けた後、プラスチック表面に貼り合わせることができ、見栄えがしっかりしているだけでなく、後装飾工程も省略されています。

 

一般的に、家電プラスチック製品のプラスチック金型に対する需要量は非常に大きく、例えば、冷蔵庫や全自動洗濯機1台に必要なプラスチック金型は通常100組を超え、エアコン1台に20組以上、カラーテレビ1台に50-70組のプラスチック金型が必要です。同時に、プラスチック金型に対する技術要求は比較的に高く、金型の加工周期はできるだけ短くすることが求められ、それによって金型設計及び現代金型製造技術の発展を大いに促進しました。また、熱流路射出成形型、積層射出成形型などの難易度の高い金型の国内での使用が徐々に増えています。

 

発展傾向

 

現在、家庭用電気製品は軽量、構造がコンパクト、多機能、インテリジェント化、個性化、省エネ化、健康的で汚染のない方向に発展しており、また、新品種と非電気機器類の電気化も無視できない発展方向です。

 

一般的に、家電製品のプラスチックに対する共通性の要求は絶縁と難燃で、同時に、家電製品はその発展の中でいくつかの明らかな特徴を持っているため、例えば世代交代が速く、コストができるだけ低いことが要求されるなど、そのため、家電用プラスチック原料は高性能と一般性の2つの方向にそれぞれ改善する必要があります。高性能プラスチックは、汎用プラスチックのエンジニアリング化、汎用エンジニアリングプラスチックの高性能化および特殊エンジニアリングプラスチックの改質によって実現することができます。一般的な性能プラスチックは、低コスト改質技術、原料代用、専用材料高さ専用などの方法によって性能とコスト面に対する要求を実現します。プラスチック助剤は引き続き新型品種を開発するほか、母材化と複合化がその主要な発展方向です。プラスチック加工設備は特定の具体的な製品加工に対する専用化の方向に発展し、この専用化設備は専用材料サプライヤーと装備サプライヤーが協力して共同開発したものです。