結晶性樹脂と非晶性樹脂の違いとは？

結晶性樹脂とは、加熱・溶融した樹脂の温度が低下し固化したとき、分子が規則的に並んだ結晶部分を持つものを指します。耐薬品性に優れ、ガラス移転点と融点の2つの温度特性があるのが特徴です。

代表的な結晶性樹脂としては、ポリアミドがあります。一般的にはナイロンという商品名で呼ばれており、PA6やPA66をはじめPA9T、PA12、PA46などの種類もあります。

その他の結晶性樹脂としては、PBT（ポリブチレンテレフタレート）、PPS（ポリフェニレンサルファイド）、POM（ポリアセタール）などがあります。このうちPBTとPPSは、ガラス繊維を配合させて構造部品などに使用されることが多く、耐熱性が高いことからエンジニアリングプラスチック（エンプラ）と呼ばれます。

エンプラに比べてやや耐熱性が低い汎用樹脂では、PP（ポリプロピレン）とPE（ポリエチレン）が多く使われています。PPは車の内外装部品やコンテナ類、PEはHDPE、LDPE、LLDPEなどに分類され、農業用フィルムやレジ袋等で大量に消費されています。なお、PEはPPよりも対候性が高いため、寒冷地仕様のコンテナやパレット等でPPの代替樹脂として使われています。北海道向けでは、PPからPEに変更することで耐衝撃に対する危惧を回避しています。ちなみに、PPからPEへの材料変更での金型は同じものを使うことができます。

結晶性樹脂は、その材料の結晶化帯域温度に長い時間とどまると、結晶化が進みやすくなります。下図は、冷却速度が結晶化の進行に影響していることを示しています。射出成形での冷却の進行は1000℃/minを大きく超えるような条件もあり、冷却速度によって収縮量が変化します。一般的に、結晶性樹脂は非晶性樹脂に比べて使用される雰囲気温度が高く、溶剤・薬品に耐えるものが多くあります。これは結晶化していることに起因しています。ただし、成形収縮率は1～3％と大きいものがほとんどで、これも結晶化の影響といえます。

結晶化開始温度の冷却速度依存（PP,PA,PBTなどの結晶化樹脂）

プラスチック材料の剛性や耐熱性を向上させるためには、強化材を配合します。強化材は、ガラス繊維（GF）、炭素繊維（CF）などがあります。

強化材の配合は、通常は重量配合率で表記されるため、樹脂および強化材の密度が分からなければ体積（%）が分かりません。一般的なガラス繊維の密度が2.5程度であるのに対し、炭素繊維は1.9程度と軽量です。例えば、PA6にGF30％の重量コンテントの場合、GFの密度の約半分がPA6の密度なので、体積コンテントは15%前後となります。また、価格については、ガラス繊維に比べて、炭素繊維の方がかなり高価になります。

また、PP（ポリプロピレン）などに配合されるタルクはほとんど石のようなもので、ガラス繊維などと比べると、配向は非常に小さいものとなります。タルクの体積分は線膨張程度しか変化しないので、樹脂の体積が少ない分、収縮を抑えることができ、寸法精度を向上させるため配合しています。タルクの密度は2.5程度です。車のバンパーやインスツルメントパネルはタルク入りの材料が多いようです。