プラスチック成形品の劣化・環境応力割れとその対策

はじめに

プラスチック成形品は、軽量で加工が容易なため、多くの産業で広く利用されています。
しかし、経年的な劣化や環境応力割れなど、さまざまな要因で機能が損なわれることがあります。
これらの劣化現象に適切に対応することは、製造業において非常に重要です。
本記事では、プラスチック成形品の劣化や環境応力割れのメカニズムおよび具体的な対策について、現場目線で詳しく解説します。

プラスチック成形品の劣化とは

プラスチック成形品の劣化とは、素材の化学的、物理的な性質が変化し、性能や品質が低下する現象を指します。
一般的には、色の変化、物理的強度の低下、ひび割れなどの形で現れます。
これらの劣化は、以下のような要因によって引き起こされます。

光による劣化

紫外線や可視光線に長時間さらされると、プラスチックは光酸化反応を起こし、表面から劣化が進行します。この結果、色褪せや変色、ひび割れが生じ、最終的には材質が脆くなります。

温度による劣化

高温環境によって、プラスチックは熱酸化反応を起こします。これにより、素材の化学構造が変化し、物理的強度が低下します。また、温度サイクルによる熱膨張と収縮も劣化の一因です。

化学薬品による劣化

プラスチックは、特定の化学薬品や溶剤に晒されると膨潤や溶解を引き起こし、物理的強度が低下します。特に有機溶媒や強酸・強アルカリには注意が必要です。

機械的応力と劣化

プラスチック成形品は、繰り返しの荷重や衝撃による機械的劣化を受けることがあります。これにより、素材内部に微細な亀裂が発生し、最終的には破損につながることがあります。

環境応力割れとは

環境応力割れ（ESC: Environmental Stress Cracking）とは、プラスチックが特定の環境下で、ストレスと化学的な影響によって発生する亀裂です。
これは、機械的ストレスと化学物質の複合的な作用によって引き起こされ、外観はほとんど変わらないが、内部で進行するのが特徴です。

環境応力割れの原因

環境応力割れは、化学薬品の浸透と内部応力の相互作用で発生することが多いです。
後述する対策により、これらを未然に防ぐことが可能です。
典型的な原因としては以下が挙げられます。

• 製造上の残留応力
• 異質化学物質による影響
• 使用温度変化

環境応力割れの影響

環境応力割れは、プラスチック製品の寿命や安全性に重大な影響を与えます。
特に、製品の一部または全体が想定外に破損すると、安全衛生面でのリスクが高まります。
また、製品の欠陥が他に波及する可能性もあるため、非常に厄介な問題です。

劣化と環境応力割れの対策

プラスチック成形品の劣化や環境応力割れを防ぐための対策は多岐にわたりますが、以下のアプローチが基本となります。

材料選定の工夫

劣化や環境応力割れに強い材料を選定することは重要です。
具体的には、耐化学薬品性、耐光性、耐熱性に優れた材料の使用を検討します。
また、添加剤やフィラーを適切に選ぶことで、性質を補強することができます。

成形条件の最適化

製造工程での成形条件の管理が重要です。
できるだけ残留応力を低減する成形条件を設定し、製品の耐久性を向上させることが必要です。
特に、冷却時間や成形温度、射出圧力などを精密にコントロールすることが劣化を抑制する鍵となります。

表面処理の活用

プラスチックの表面を処理することで、環境から受けるダメージを軽減できます。
紫外線吸収剤や抗酸化剤をコーティングする、または表面に薄膜を形成することが、効果的な防止策となります。

使用環境の管理

プラスチック製品の使用環境を適切に管理することも重要です。
過度な紫外線の照射を避ける、化学薬品に曝されないようにする、極端な温度変化を避けるなどの配慮が求められます。

まとめ

プラスチック成形品の劣化や環境応力割れは、製造業における重大な課題の一つです。
適切な材料選定、成形条件の最適化、表面処理、使用環境の管理などを通じて、これらの問題を未然に防ぎ、製品の長寿命化と安全性の確保を図ることができます。
現場で培った知識を活かしつつ、製造業の発展に貢献することを目指して、これらの対策を実践していきましょう。