溶かして使ってコストダウン「熱可塑性樹脂」のメリットを理系ライターがわかりやすく解説
プラスチックの容器に熱湯を入れたら、容器が溶けて変形。そんな経験はないでしょうか。
「なぜわざわざ、すぐ溶ける材料を使うんだ？」実は変形させやすいのがメリットの1つ。すぐ変形する＝自由自在に形を作れると言える。
このような、熱によって軟化する樹脂「熱可塑性樹脂」についてR175と解説していく。ちなみにこの記事では樹脂≒プラスチックと考えよう。
「なぜわざわざ、すぐ溶ける材料を使うんだ？」実は変形させやすいのがメリットの1つ。すぐ変形する＝自由自在に形を作れると言える。
このような、熱によって軟化する樹脂「熱可塑性樹脂」についてR175と解説していく。ちなみにこの記事では樹脂≒プラスチックと考えよう。
ライター／R175
関西のとある理系国立大出身。エンジニアの経験があり、身近な現象と理科の教科書の内容をむずびつけるのが趣味。教科書の内容をかみ砕いて説明していく。
1.自由自在に形を作れる不思議な材料
加熱すると柔らかく、軟化してドロドロした状態になり、冷やすと固まる樹脂（プラスチック）のことを「熱可塑性樹脂」といいます。
柔らかい状態にすれば、自由自在に形を変えられるのが特徴。
1-1.プラスチックの加工～切削～
プラスチック（樹脂）を好きな形に加工したい。どのような方法があるでしょうか。
作りたい形状より大きい素材から、余分な部分を削り取ってしまえば、目的の形状が得られますね。それが「切削」という加工方法。旋盤やボール盤などの工具を使って、綿密に削り取っていきます。
image by Study-Z編集部
コップを切削で作る場合
まず、円柱の樹脂素材を準備します。
コップ内部はまるまる削ってさようなら。仮に素材が直径50mm、高さ100mmとして、そこから厚みを2mmだけ残して削りコップを作ったとしましょう。
コップ内部はまるまる削ってさようなら。仮に素材が直径50mm、高さ100mmとして、そこから厚みを2mmだけ残して削りコップを作ったとしましょう。
素材の体積は、25x25x3.14×100=196250[mm^3]
くり抜く部分は直径46mm、高さ98mmの円柱。体積は23x23x3.14×98=162784[mm^3]
コップの体積は、196250-162784=33466[mm^3]
捨てる部分162784mm^3。コップの体積の4.9倍も捨てている計算。もったいないですね。貴重な樹脂なら尚更痛手。
1-2プラスチックの加工～成形～
image by Study-Z編集部
最初から好きな形に作れたらいいですね。粘土やスライムのように自由自在に形を変えられるものを金型によって成形し、それをそのまま固めたい。それを実現するのが射出成型や押出成形といった加工方法。
そこで用いられる材料が「熱可塑性樹脂」。可塑性とは「力を加えて変形させたとき、永久変形を生じる物質の性質」。力を加えて変形させたら「変形させた通りの形状」となり「そこから元に戻ろうとはしない」。簡単に言うと、「自由自在に形を変えられる状態」。
つまり熱をかけると、「さまざまな形に変えられる」状態に。ドロドロと流動性を持ってますので、金型に入れてやれば、型通りの形になります。
常温ならかっちり固まっている物体が液体のようになるのは不思議。なぜドロドロ状態になるのでしょうか。
2.熱可塑性樹脂の特徴
image by Study-Z編集部
樹脂とは高分子で出来ているもの。
高分子とは、原子が長く結合している分子。某銀行CMフレーズのように、本当に「長～い」糸のような構造。
温度が低い=原子の運動が静かな状態だと、糸と糸強めの接着剤でくっついていると考えましょう。引っ張ろうが押そうが糸はなかなか動いてくれません、固体の状態です。
温度を上げると、原子の運動が激しくなるため、高分子の糸1本1本が動きやすい状態に。
糸と糸のつながりは弱い状態です。(あまり効かない糊でくっついていると思ってください。)
糸は自由に動けるため、押したり引いたりして自由に形を変えられます。液体のような状態です。
この状態で型に流し込めば、自由気ままに流れ込んでくれるもの。型の奥底まで充填されえるように、圧をかけることもあります。
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