ポリカーボネートとポリプロピレンの成形特性と使用事例【技術者向け】

ポリカーボネート（PC）の成形特性

溶融粘度と流動性

ポリカーボネートは高分子量でも分子鎖が硬く、溶融粘度が高い傾向にあります。
そのため高い射出圧力が必須となり、成形機には大吐出能力が求められます。
加工温度は一般に280〜320℃が推奨され、過度な加熱は分解による黄変を招きます。
シア（せん断）加熱を抑えるため、スクリュー回転数は可能な限り低速に設定します。
樹脂温度分布を均一化するためには、可塑化部での背圧制御が効果的です。

金型設計上の留意点

PCは非結晶性で収縮率が0.5〜0.7％と小さく、寸法精度を得やすい材料です。
一方で高粘度のため、ランナー径やゲート断面はPPと比べて大きめに設計します。
金型温度は80〜120℃が目安で、保圧時の冷却差によるボイド発生を抑えます。
離型時の応力集中を避けるため、面取りRを適切に与え、ドラフトも1°以上確保します。
透明性を維持するには、鏡面磨きのキャビティとガス抜き溝の徹底が必須です。

成形不良と対策

シルバーは水分や揮発成分が原因で発生するため、120℃×4時間以上の乾燥が基本です。
ゲート付近のジェッティングは流速低減とゲート位置最適化で防止できます。
ウェルドライン強度が不足する場合、金型温度を上げて溶着性を高めます。
黄変や黒点は長時間の滞留が要因となるため、ショットパージと材質管理を徹底します。

ポリプロピレン（PP）の成形特性

結晶化挙動と冷却条件

PPは半結晶性樹脂であり、結晶化速度が速いほど剛性と耐熱性が向上します。
金型温度を40〜60℃に保つとサイクルは短くなりますが、結晶化不足で反りが増大します。
高結晶化グレードを用いる場合は、金型温度を80℃程度に上げることで寸法安定性が改善します。
結晶核剤添加グレードでは成形収縮が小さく、冷却バランス設計がよりシビアになります。

ゲート設計と翹り対策

PPは低粘度で流動性が高く、ピンゲートやサブマリンゲートも小径で対応可能です。
ただし結晶化収縮が大きいため、保圧による充填保持が不十分だとゲートシンクが発生します。
異方性収縮に起因する反りを抑えるには、流動方向と補強リブ方向を90°交差させます。
中空形状ではコア側温度を高めに設定し、外側壁面との冷却差を低減します。

成形不良と対策

フローマークはシア速度変動が原因で、スクリュー速度一定化とゲート形状緩和が有効です。
ガス焼けは樹脂の分解ガスや離型剤の蒸発によるもので、ベント溝を深めに設定します。
ブリッシング（艶ムラ）は金型温度差の影響が大きく、均一冷却回路の追加で解消します。
バリ発生時は樹脂温度の低減だけでなく、クランプ圧と型合わせ精度を確認します。

物性比較と設計指針

機械的強度と耐熱性

PCの曲げ強度は90MPa前後で、PPの35MPaを大きく上回ります。
耐衝撃性はPCが−40℃でも靭性を保つのに対し、PPは低温脆化が顕著です。
熱変形温度はPCが125℃、PPホモポリマーが100℃程度で、ガラス繊維強化PPでは140℃まで向上します。
高温下でのクリープ特性はPPが不利なため、機構部品にはPCまたはGF強化PPを選択します。

耐薬品性と環境応力割れ

PPは酸・アルカリ・有機溶剤に対し優れた耐薬品性を示します。
PCはアルカリや一部溶剤で環境応力割れを起こしやすく、設計時に荷重緩和構造が必要です。
透明部材を薬品雰囲気で使用する場合、コーティングやPETとの複合化で耐性を補完します。
長期屋外用途では、PPは紫外線で劣化しやすいためUV吸収剤や黒色マスターバッチを添加します。
PCはもともと耐候グレードが存在し、ハードコートを併用することで黄変を最小化できます。

使用事例

PCの代表的用途

光学透過性と高衝撃性を活かし、自動車ヘッドランプレンズや航空機窓に採用されています。
薄肉でも高剛性を維持できるため、医療機器ハウジングや耐衝撃性スマホケースに利用されます。
難燃グレードは電気絶縁性が求められるブレーカカバーやプリンタ機構部品で活躍します。
3Dプリンティング用フィラメントとしても需要が拡大し、試作と量産の橋渡しが容易です。

PPの代表的用途

軽量性と成形コストの低さから、自動車バンパーやインパネ基材として大量採用されています。
ヒンジ特性が優れているため、キャップ＆クロージャーや折り畳みコンテナの生きヒンジ部に最適です。
食品衛生適合グレードは電子レンジ用食器や医療用シリンジバレルに使用されています。
発泡PPシートは緩衝包装材や車内天井材に展開され、リサイクルループも確立しています。

まとめと材料選定フロー

PCは高強度・高透明性を軸に、耐衝撃性や寸法精度が要求される機能部品に適します。
PPはコスト競争力と耐薬品性を武器に、大量成形品やヒンジ付き容器に向いています。
材料選定時は、使用温度、荷重、薬品接触、外観要求の4要素を評価基準とします。
まず機械強度と耐熱性が優先ならPC系、薬品やコストが優先ならPP系を第一候補とします。
次に成形プロセスの制約を確認し、ゲート位置や金型温度の設定幅を資料と照合します。
最終的には試作による収縮・反り評価と、耐環境試験を並行して行うことで失敗リスクを減らします。
両樹脂の特徴を正しく理解し、用途に即したプロセス条件を選定することで、高品質な量産体制が構築できます。