ブログ について 高品質のためのポリウレタン注型主要材料選択のヒント

現代の製造業の広大な風景の中で、あまり知られていないものの、重要な役割を果たす多くのプロセスが重要な役割を果たしています。その中でも、ポリウレタンキャスティングは、その独自の利点により際立っており、プロトタイピングと少量生産において重要な位置を占めています。耐久性のある自動車部品から、快適なウェアラブルデバイス、高いシール性能を必要とする工業用ガスケットまで、一見無関係に見えるこれらの製品はすべて、ポリウレタンキャスティングの洗練さの恩恵を受ける可能性があります。

しかし、ポリウレタンキャスティングの基本原理を理解しているだけでは十分ではありません。その可能性を真に解き放ち、特定の要件を満たす高性能製品を作成するには、綿密な材料選択が鍵となります。この記事では、ポリウレタンキャスティングの材料選択における重要な考慮事項について掘り下げ、この複雑な意思決定プロセスをナビゲートするための実践的なガイダンスを提供します。

ポリウレタンキャスティングは、設計者やエンジニアが、多様な材料特性を持つ高品質のプラスチック部品を一貫して作成できる製造方法です。従来の射出成形と比較して、ポリウレタンキャスティングは、プロトタイピングと少量生産に最適な独自の利点を提供します。

ポリウレタンキャスティングプロセスは、通常、次の手順に従います。

1. マスターパターンの作成： まず、最終部品の正確なレプリカであるマスターパターンが、プラスチック、金属、木材などのさまざまな材料を使用して作成されます。
2. シリコーン型作成： マスターパターンを型箱に入れ、液体シリコーンで覆います。シリコーンの選択は非常に重要であり、良好な流動性、耐熱性、耐薬品性が必要です。
3. シリコーン硬化： 液体シリコーンが完全に硬化して固体のシリコーンブロックになるまで、アセンブリをそのままにしておきます。
4. 型の分離： 鋭利な刃や切削工具を使用して、シリコーンブロックを慎重に二等分し、マスターパターンを取り外します。
5. キャスティング： 選択したポリウレタン樹脂をシリコーン型に注ぎます。完全な型充填のために、真空脱気装置がエアバブルを除去するためによく使用されます。
6. 硬化： 充填された型を加熱された真空チャンバーに入れ、硬化させます。温度と時間は樹脂の種類によって異なります。
7. 脱型： 完全に硬化した後、部品をシリコーン型から取り外します。
8. 後処理： 必要に応じて、サンディング、研磨、塗装、コーティングなどの追加の仕上げを施すことができます。

ポリウレタンキャスティングには、いくつかの重要な利点があります。

• 材料の多様性： さまざまな材料との互換性により、特定の用途のニーズに基づいて選択できます。
• 低コストのツーリング： シリコーン型は、射出成形用のハードツーリングよりも大幅に安価で、製造が高速です。
• 高品質の表面仕上げ： 追加の処理なしで、優れた表面品質を実現します。
• 耐薬品性： ポリウレタン材料は、通常、さまざまな化学物質に効果的に耐性があります。
• 耐摩耗性： 特定の配合は、摩擦と摩耗に対して優れた耐性を提供します。
• プロトタイピングと少量生産： ハードツーリングのコストやリードタイムが、中〜低ボリュームの生産にとって高すぎる場合に特に適しています。

ポリウレタンキャスティングの汎用性は、設計者やエンジニアにとって大きな利点をもたらします。ただし、製品チームは、最終部品の品質と性能を最大化するために、特定のプロジェクト要件に基づいて材料を慎重に選択する必要があります。

ほとんどの製造プロジェクトと同様に、最終用途の望ましい品質と特性が材料選択を導く必要があります。たとえば、ガスケット、オーバーモールド部品、スケートボードの車輪はすべてポリウレタンキャスティングを介して製造されていますが、パフォーマンス要件は劇的に異なります。

• 硬度： 主な考慮事項の中で、ポリウレタン樹脂は、柔らかいエラストマーから非常に硬い材料まで及びます。選択は部品の機能によって異なります。より良いシールを必要とするガスケットには柔らかい材料、耐摩耗性のスケートボードの車輪には硬い材料を使用します。
• 引張強度： 材料が破断する前に、引っ張りに耐えることができる最大応力。自動車および工業用部品などの高応力用途に不可欠です。
• 引裂強度： 引裂きの伝播に対する抵抗。ガスケットやホースなど、繰り返し曲げたり伸ばしたりする部品にとって重要です。
• 耐摩耗性： 摩耗、研削、または摩擦に耐える能力。スケートボードの車輪やコンベアベルトなどの摩擦が発生しやすい用途に不可欠です。
• 耐薬品性： 化学的攻撃からの保護。容器や配管などの化学物質に接触する部品にとって不可欠です。
• 耐熱性： 高温で特性を維持する能力。エンジン部品や熱シールなどの高温環境に必要です。
• コスト： 樹脂の価格は種類と性能特性によって異なるため、重要な実用的な考慮事項です。
• 外観： 一部の用途では、視覚的な特性が重要です。ポリウレタン樹脂は、さまざまな色に着色し、仕上げることができます。
• 加工特性： さまざまな樹脂には、さまざまな取り扱い要件があります。一部は簡単に注ぎ、硬化しますが、他の樹脂には特別な設備や技術が必要です。

ポリウレタン樹脂は、一般的にショアデュロメーター硬度スケールによって分類されます。「A」はより柔らかいエラストマー材料を示し、「D」は非常に硬い材料を示します。

• ショアA硬度： ゴムや柔軟なプラスチックなどの柔らかいエラストマーを測定します。値が高いほど、硬度が高くなります。
• ショアD硬度： 硬質プラスチックと硬質ゴムを測定します。値が高いほど、硬度が高くなります。

硬質ポリウレタンは、多くのエンジニアリンググレードのプラスチックに匹敵する材料および性能特性を提供し、通常、高い強度、剛性、および耐久性を必要とする部品に使用されます。

低コストの汎用樹脂で、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ABS）に匹敵する強度と耐衝撃性を提供します。ABSは、車両の外装によく使用される熱可塑性ポリマーです。

特性： 高強度、優れた耐衝撃性、優れた耐薬品性、容易な加工、低コスト。

用途： 製品ハウジング、ゲームコントローラー、自動車部品、家電製品。

考慮事項： UV劣化を受けやすいため、屋外での使用には安定剤またはコーティングが必要です。

もう1つの一般的なキャスティング材料であるこれらの硬質で透明な樹脂は、ポリメチルメタクリレート（PMMA）と同様の特性を提供します。PMMAは、ガラスの代替品としてよく使用される軽量のアクリルです。

特性： 剛性、透明性、優れた耐薬品性、優れた耐候性、軽量。

用途： ライトチューブ、レンズ、窓、ディスプレイ。

考慮事項： 比較的脆く、耐破壊性が低い。

より柔らかい硬質樹脂（例：60〜75ショアD）は、ある程度の柔軟性を持つ頑丈な部品を作成し、自動車のタイヤや安全ヘルメットに適しています。その低粘度により、複雑な金型設計の充填に最適です。

弾性ポリウレタンは、TPE、TPU、シリコーンゴムなどの柔軟な材料と同様の特性を提供し、ウェアラブルコンポーネントやクッション製品に最適です。

特性： 高い弾性、引張強度、引裂強度、耐摩耗性、耐薬品性、耐候性。

用途： ウェアラブル（時計バンド、イヤホンカバー、電話ケース）、クッション（衝撃パッド、シートクッション、靴の中敷き）、シール（ガスケット、Oリング）、ホース（水、空気、油圧）、ローラー（コンベア、スケートホイール）。

• ≤50ショアA： フィルム、ホース、シールに柔軟性のある高い引張強度。
• 60〜80ショアA： ローラー、コンベア、ガスケットの柔軟性と耐摩耗性のバランス。
• 90ショアA〜60ショアD： 金型やギアなどの過酷な産業用途で、耐久性において金属を上回る場合があります。

ポリウレタン樹脂は、強度、帯電防止特性、難燃性、またはその他の望ましい特性を向上させるために、添加剤で強化できます。

一般的な添加剤： チョップドグラスファイバー（強度/剛性）、カーボンファイバー（強度/導電性）、難燃剤、帯電防止剤、UV安定剤、顔料。

添加剤の選択は用途要件によって異なり、互換性を確保し、他の特性を損なわないように注意深く検討する必要があります。

バンパー（高衝撃）、内装部品（ソフトタッチ）、シール（耐油性）、タイヤ（耐摩耗性）。

デバイスハウジング（生体適合性）、カテーテル（柔軟性）、プロテーゼ（軽量/高強度）、歯科モデル（精密）。

製品ハウジング（耐久性）、コンポーネント封入（絶縁）、ケーブルジャケット（保護）、キーパッド（耐摩耗性）。

ローラー（耐摩耗性）、シール（高圧）、コンベアベルト（耐久性）、金型（長持ち）。

多くのメーカーにとって、ポリウレタンキャスティングは、リードタイムの短縮、材料の柔軟性、および低コストのツーリングにより、効率的かつ効果的であることが証明されています。材料の汎用性（弾性、耐熱性、引張強度、剛性を提供）は、特に価値があります。

エンジニアと製品チームは材料選択においてデューデリジェンスを実施する必要がありますが、経験豊富なメーカーと提携することで、このプロセスを大幅に合理化できます。

主な属性には、豊富な経験、技術専門知識、高度な設備、堅牢な品質管理、および応答性の高いサービスが含まれます。

要件の明確なコミュニケーションと、プロジェクトのライフサイクル全体にわたる継続的な対話により、最適な結果が保証され、プロジェクト後の評価により継続的な改善が図られます。

ポリウレタンキャスティングの汎用性は、業界全体で大きな可能性を実証し続けています。思慮深い材料選択と信頼できるパートナーとのコラボレーションを通じて、メーカーは、このテクノロジーを最大限に活用して、高性能で用途固有の製品を作成できます。テクノロジーが進歩するにつれて、ポリウレタンキャスティングの用途はさらに拡大し、製造業のイノベーションを推進します。ポリウレタンキャスティングにおける材料選択の技術を習得することは、競争上の差別化にとってますます不可欠であることが証明されます。