POMの射出成形｜摺動部品での特性と成形時の注意点

POMの摺動特性と使用時の条件

POMは、ポリアセタールとも呼ばれる結晶性の熱可塑性樹脂です。部品が触れ合って滑るときの摩擦や摩耗を抑えやすく、歯車や軸受などに使われます。

ホモポリマーは主鎖が同じ構成単位でつながり、コポリマーは主鎖に別の構成単位を含みます。ホモポリマーは結晶化度が高く強度・剛性に特徴があり、コポリマーは熱安定性に特徴があります。実際の部品では、強化材や摺動性を改善する配合の違いも含め、候補グレードの物性と成形条件を比較します。

摺動性能は、接触する相手材やPOMのグレードによって変わります。金属との接触に適したグレードと、POM同士の摩擦や摩耗を抑えるためのグレードがあるため、組み合わせる材料に合うものを検討します。

材料を選ぶ際は、実際の相手材と使用条件に近い試験で、摩耗量や動作に必要な力を評価します。摺動面の寸法や隙間も確認し、使用中に引っ掛かりや過大なガタが生じないかを確かめます。

たとえば軸と軸受の組み合わせを検討するなら、軸の材質と表面状態を決め、実際に想定する荷重・速度・潤滑条件で試験します。試験前後の軸受内径と軸径、回転に必要な力を記録し、許容する隙間と動作条件に収まるかを評価します。これは試作で評価する対象の例で、特定部品の耐久性や改善効果を示す実績ではありません。

POMの過熱・滞留と熱分解

溶けたPOMが過熱されたり、シリンダー内に長時間残ったりすると、熱分解してホルムアルデヒドが発生します。樹脂温度と滞留時間は、使用する銘柄・グレードの成形条件に合わせて管理します。

標準的なコポリマーの成形ガイドの一例では、シリンダーの設定温度は前部190℃・中部180℃・後部170℃、金型温度は60～80℃です。これは一つの材料系列の標準グレードの条件で、溶けた樹脂の実測温度とは区別します。使用グレードが異なる場合や、充填材を含む場合は、その材料に指定された条件から試作します。

POMの成形条件を設定する前の確認情報

次の表では、使用品番の資料から読む情報と、実機・試作で記録する情報を分けて示します。

成形収縮率を使う際は、使用品番の資料にある測定方向と試験条件を記録します。標準コポリマーのあるグレードでは、流動方向と直角方向の成形収縮率がともに1.6％と示されています。これは直径4インチ・厚さ3mmの円板を、金型温度80℃・保持圧力78.5MPaで成形した測定例です。実際の部品では肉厚、金型温度、保圧などによって収縮量が変わるため、試作品の寸法を確認して金型寸法と成形条件を調整します。

成形機の射出容量に対して一回に使う樹脂量が小さいと、シリンダー内の樹脂が入れ替わるまでの時間が長くなります。製品とスプルー・ランナーを合わせた一回分の樹脂量、成形サイクル、休止時間から、樹脂が長く残る状態になっていないかを確認します。

樹脂温度が低すぎると十分に溶けず、成形品に必要な物性が得られない場合があります。メーカーが示す条件を基に、設定温度と実際の樹脂の溶け方を確認して調整します。

POMの乾燥条件を確認する

乾燥の要否と条件は、材料の銘柄・グレード、開封後の保管状態から確認します。開封直後に予備乾燥なしで成形できる標準グレードもありますが、外観や金型への付着物を重視する場合、充填材を含む場合には、乾燥が推奨・指定されることがあります。

前述のコポリマーの成形ガイドでは、外観や金型への付着物の低減を重視する場合に、80～90℃で3～4時間の予備乾燥を勧めています。棚段式乾燥機やホッパー式の乾燥機での条件で、充填材を加えた複合グレードには予備乾燥を励行する説明があります。

塩化ビニル樹脂、強酸、酸化剤との混合は、POMの分解を避けるために禁止されています。着色剤・添加剤や他の樹脂を混ぜる場合も、使用グレードへの適合性を材料供給元に確認します。材料交換では、使用材料に指定された洗浄用の樹脂と休止・清掃手順を守ります。

熱分解で発生するホルムアルデヒドは、目や鼻、のどを刺激するガスです。使用材料の安全データシートと成形機の取扱説明書に従い、局所排気などの換気設備を備え、保護眼鏡・保護手袋を使用してください。成形の休止・材料交換時は、指定の手順に従って高温の樹脂を取り扱います。

POMのガス焼け・ヒケ・寸法不良で確認すること

金型内の空気が十分に抜けず、樹脂に押されて圧縮されると、温度が上がって成形品に局部的な焼けが生じることがあります。焼けた位置と樹脂の流れを確認し、空気を逃がす溝であるガスベントの汚れや、射出速度を調べます。

シリンダーやノズルでの過熱、長い滞留による樹脂の分解も、変色や焼けを起こします。休止後や連続成形中などの発生時点を記録し、温度の履歴、樹脂が滞留する部分、材料の入れ替わりを確認します。

ヒケ、ボイド、寸法変化では、冷却固化時の収縮と樹脂の補充、成形後の寸法変化を確認します。

保圧は、樹脂が冷えて収縮する分を補うために、充填後も圧力をかけるものです。ゲートが固まる前に保圧を終えると補充が不足し、ヒケやボイドにつながる場合があります。

圧力や時間を調整したら、ヒケの状態と製品重量を確認します。保圧が高すぎるとバリが生じることもあるため、寸法と外観も評価します。

POMは成形後にも収縮するため、寸法を比較するときは成形後の経過時間と測定温度をそろえます。高温で使う部品では、使用環境に置いた後の寸法も確かめます。