プラスチック（合成樹脂）とは、石油などを原料に人工的につくられる高分子材料のうち、熱や圧力を加えて自由な形に成形できるものの総称です。プラスチック加工とは、こうした樹脂を成形・切削・積層などの方法で、目的の形状をもつ部品や製品に仕上げる工程を指します。
プラスチックには様々な種類や加工方法があり、用途や形状によって使い分けられています。今回はプラスチックの種類や加工方法について紹介します。
目次
プラスチック（合成樹脂）とは
プラスチックは「合成樹脂」とも呼ばれます。もともと「樹脂」とは、樹木から分泌される樹液が固まった天然樹脂（松ヤニなど）を指す言葉で、古くから塗料や接着剤に使われてきました。ただし天然樹脂は採取量に限りがあるため、よく似た性質をもつ高分子を石油などから人工的に合成するようになりました。これが合成樹脂、すなわちプラスチックです。
プラスチックの分類
プラスチックには熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂があります。
熱可塑性樹脂
加熱するとやわらかくなり、冷えると固まる樹脂。温度を上げれば再びやわらかくなるため繰り返し成形でき、リサイクルにも比較的向いています。
熱硬化性樹脂
加熱初期はやわらかくなりますが、さらに加熱すると硬化反応が進み、一度固まると再加熱してもやわらかくなりません。成形は基本的に一度きりで、耐熱性・寸法安定性に優れる傾向があります。
プラスチックの種類と用途
プラスチックには多くの種類があります。以下に、各プラスチックの種類と特徴、用途をまとめます。
| 種類 | 名称 | 特徴 | 用途例 |
|---|---|---|---|
| 熱可塑性樹脂 | ポリエチレン（PE） | 軽量 分子量に応じて性質が異なる |
包装資材、家庭用品 |
| ポリプロピレン（PP） | 最も比重が小さい | 日用品、容器 | |
| ポリスチレン（PS） | 熱や衝撃に弱い 着色しやすい |
プラモデル素材、日用品、自動車 | |
| ABS樹脂（ABS） | 強度が高い 剛性、耐衝撃性に優れる |
電気製品、自動車 | |
| ポリメチルメタクリレート（PMMA） | 透明性が高い | 光学部品、自動車 | |
| ポリビニルアルコール（PVA） | 水に溶ける（水溶性） | 接着剤・水溶性フィルム・繊維原料 | |
| ポリ塩化ビニル（PVC） | 硬質のものから軟質のものまでさまざま | 建材、農業用、日用品 | |
| ポリアセタール（POM） | 摩擦しづらい 繰り返し荷重に優れる |
機械部品、建設配管 | |
| 四フッ化エチレン樹脂（PTFE） | 水や油に対する耐性が非常に高い | 建築資材、家庭用品 | |
| 熱硬化性樹脂 | フェノール樹脂（PF） | 比較的安価 | 機械部品、自動車 |
| エポキシ樹脂（EP） | 接着性や強度に優れる | 電気製品、建築資材、染料 |
プラスチックの加工方法
プラスチックは、さまざまな方法で加工できます。ここでは、主な３種類の加工方法を紹介します。
- 成形加工
加熱して溶かした樹脂を金型などに注入し、冷却や圧縮により固める方法です。同じ金型を使いまわせるため、大量生産に向いています。射出成形、押し出し成形、ブロー成形、圧縮成形などがあります。 - 切削加工
固めた樹脂を機械などで削る方法です。特殊な加工が必要な場合や何度も試作が必要な場合などに用いられます。回転している樹脂に刃物を当てて削る旋盤加工や、刃物を回転させながら樹脂を削り取るフライス加工などがあります。 - 3Dプリンタ
3Dプリンタは、パソコンでつくった立体データをプリントする装置です。溶かした樹脂を吐出しながら積層したり、樹脂溶液をレーザーなどで硬化させたりすることで、立体データどおりに樹脂を成形します。中空構造などの複雑な構造をつくることも可能です。
プラスチック部品のメリット・デメリット
プラスチックには、金属などの他の材料と比べて以下のメリットがあります。
- 加工方法が多い
- 軽い
- 電気絶縁性に優れる
- 腐食しにくい
- 断熱性が高い
プラスチックには当然デメリットもあります。プラスチックを使う際には以下のデメリットも理解しておきましょう。
- 耐熱性が低い
- 機械的強度が低い
- 帯電しやすい
- 割れやすい
- 自然に分解されない
プラスチックの弱点を克服した「エンプラ」とは？
先ほども述べたように、プラスチックには「耐熱性が低い」「機械的強度が低い」といったデメリットがあります。このままでは過酷な環境下で使用できません。そこで、耐熱性や機械的強度を向上させた「エンジニアリングプラスチック（エンプラ）」が開発されました。
エンプラに統一定義はありませんが、一般に耐熱性（連続使用温度）がおおむね100℃以上で、一定以上の機械的強度（目安：引張強度49MPa以上・曲げ弾性率2.4GPa以上）をもつ高機能樹脂を指します。連続使用温度150℃以上はスーパーエンプラと呼ばれます。耐熱性では 汎用（〜約100℃未満）＜エンプラ（約100〜150℃）＜スーパーエンプラ（150℃以上）という階層で整理されます。
エンプラは、自動車部品や電子機器部品、ロボット部品、航空機部品といった工業用途に広く使用されています。最近では環境にやさしいエンプラの開発も進められており、エンプラ業界は今後ますます発展すると見込まれています。
まとめ
プラスチック（合成樹脂）は、熱可塑性と熱硬化性に大別され、素材の種類・加工方法ともに非常に多様です。軽量・絶縁・耐食といったメリットがある一方、耐熱性や機械的強度には限界があるため、用途に応じた選定が重要です。
高い強度・耐熱性が必要な場面ではエンジニアリングプラスチック（エンプラ）、さらに過酷な環境ではスーパーエンプラが選択肢になります。加工方法は、量産には成形加工、試作・少量・特殊形状には切削加工や3Dプリンタが向いています。
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