ポリマー加工入門パート 2

人類は有史以来、木材、皮革、羊毛などの天然高分子材料を使用してきましたが、合成材料はポリマー1800年代にゴム技術が開発されて初めて可能になりました。最初の合成ポリマー材料であるセルロイドは、1869 年にジョン ウェスリー ハイアットによって硝酸セルロースと樟脳から発明されました。合成ポリマーにおける大きな進歩は、1907 年のレオ ヘンドリック ベーケランドによるベークライトの発明でした。1920 年代のヘルマン シュタウディンガーの研究は、繰り返し単位の長鎖の高分子の性質を明確に実証しました。1 「ポリマー」という言葉はギリシャ語に由来し、「多くの」という意味です。部品'。ポリマー産業の急速な成長は第二次世界大戦の直前に始まり、アクリルポリマー、ポリスチレン、ナイロン、ポリウレタンが開発され、その後 1940 年代と 1950 年代にポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンなどのポリマーが導入されました。1945年にはプラスチックの生産量はわずか約100万トンでしたが、1981年にはプラスチックの生産量が鉄鋼の生産量を上回り、それ以来その差は拡大し続けています。

熱可塑性プラスチックは通常、溶融状態で加工されます。溶融ポリマーは非常に高い粘度値を持ち、せん断減粘挙動を示します。せん断速度が増加すると、長い分子鎖が整列し、もつれが解けるため、粘度が低下します。温度が上昇すると粘度も低下します。粘性の挙動に加えて、溶融ポリマーは弾性を示します。弾性は、多くの異常なレオロジー現象の原因となります 1,5 – 7。これらには、応力緩和や通常の応力差が含まれます。ゆっくりとした応力緩和は、射出成形および押出製品の応力での凍結の原因となります。法線応力の違いは、加工中の不安定性の原因となり、また押出物の膨張、つまり溶融材料がダイから押し出される際の断面積の大幅な増加の原因となります。

最も重要なポリマー加工操作は、押出成形と射出成形です。押出成形には大量の材料が必要ですが、射出成形には多大な労力がかかります。これらのプロセスには両方とも、次の一連のステップが含まれます: (a) ポリマーの加熱と溶融、(b) ポリマーを成形ユニットにポンプで送り、(c) 溶融物を必要な形状と寸法に成形し、(d) 冷却および固化。他の加工方法には、カレンダー加工、ブロー成形、熱成形、圧縮成形、および回転成形が含まれます。これらの方法で加工されるポリマーのグレードは 30,000 を超えます。特定のプロセスに対する材料の適合性は、通常、メルトフローインデックス (MFI、メルトフローレートまたは MFR とも呼ばれる) に基づいて決定されます。これは、所定の重りの作用下で標準寸法のダイを通してポリマーを押し出すというかなり大雑把なテストに基づいた粘度の逆尺度です8。MFI は、10 秒間にテスト装置から収集されたポリマーのグラム数です。分。低い MFI 値は高粘度および高分子量を意味し、高い MFI 値はその逆を示します。一部のプロセスの通常の MFI 範囲は次のとおりです: 押出成形 0.01 ～ 10、射出成形 1 ～ 100、ブロー成形 0.01 ～ 1、回転成形 1.5 ～ 20。

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