〇プラスチック製品の高機能化が進む中で、
　【樹脂に別の材料を加えて機能を向上させる】
　樹脂コンパウンドの技術は、様々な製品開発に
　欠かせない技術となっています。

　例えば

• 強度を高くしたい
• 剛性を向上させたい
• 耐熱性を高めたい
• 難燃性を付与したい
• 導電性、熱伝導性を持たせたい
• 軽量化したい
• コストを下げたい
• 外観や成形性を改善したい

　といった要求に対し、ベースとなる樹脂に無機フィラー
　やガラス繊維、カーボン材料、難燃剤、相溶化剤などを
　配合する事で、目的に合わせた材料を設計出来ます。

　しかし、【材料を混ぜれば性能が上がる】というほど
　単純ではありません。

　同じ配合でも、混練温度・スクリュー構成・回転数
　・吐出量・滞留時間によって、分散状態や樹脂の劣化
　成形性が大きく変化します。

　そこで今回は、樹脂コンパウンドを初めて扱う開発担当者
　にもわかりやすいように、樹脂コンパウンドの基礎から
　配合・二軸混練・評価までを解説します。

■樹脂コンパウンドとは？

〇樹脂コンパウンドとは、ベースとなる樹脂に
　様々な添加剤やフィラーなどを混合・混練して
　目的とする性能を持った樹脂材料を作る事です。

　例えば、
　【ベース樹脂＋添加剤量＝目的に合わせたコンパウンド材料】
　という考え方です。

　代表的な組み合わせとして、

ベース樹脂：	添加材料：	目的：
PP	ガラス繊維	強度・剛性向上
PA	ガラス繊維	強度・耐熱性向上
ABS	タルク	剛性・寸法安定性
PC	難燃剤	難燃性付与
PE	CaCO₃	剛性・コスト調整
PPS	ガラス繊維	高強度・耐熱性
樹脂	カーボンブラック	導電性・着色
樹脂	BN	熱伝導製向上

　等があります。

　重要なのは、単純に混ぜるのではなく、
　【どの性能を、どの程度向上させたいのか】を明確にしたうえで
　材料設計する事です。

■なぜ樹脂コンパウンドが必要なのか？

〇樹脂単体では、製品に求められるすべての性能を
　満たせていない場合があります。

　例えば、
　【軽いけど強度が足りない】
　【強度はあるけど耐熱性が足りない】
　【耐熱性は高いけど加工性が悪い】

　といった問題です。

　そこで複数の材料を組み合わせる事で、単一の樹脂では
　得られなかった性能を実現します。

　つまり樹脂コンパウンドは、
　【樹脂の弱点を補い、必要な性能を付与する技術】
　とも言えます。

■樹脂コンパウンドで使用される主な材料

①ベース樹脂

〇まず重要なのがベースとなる樹脂です。

　代表的なものとして、

• PE（ポリエチレン）
• PP（ポリプロピレン）
• PS（ポリスチレン）
• ABS（アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体）
• PC（ポリカーボネート）
• POM（ポリオキシメチレン）
• PET（ポリエチレンテレフタレート）
• 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）

　等があります。

　樹脂によって、

• 耐熱性
• 粘度
• 吸湿性
• 分解温度
• 溶融温度
• 成形性
• 他材料との相溶性

　等が異なります。

　その為、同じ混練条件を全ての樹脂に適応する事は
　できません。

②フィラー

〇樹脂コンパウンドでは、様々なフィラーが使用されます。

　代表的なものが、

• タルク
• 炭酸カルシウム
• シリカ
• マイカ
• ガラス繊維
• 炭素繊維
• カーボンブラック
• 窒化ホウ素
• 金属粉

　等です。

　フィラーを添加する事で
　強度・剛性・耐熱性・寸法安定性・導電性・熱伝導性・コスト
　等を調整できます。

　ただし、フィラーは【入れれば入れるほど良い】というものでは
　ありません。

　添加量が増えると、

• 粘度上昇
• 流動性低下
• 分散不良
• 凝集
• 成形性低下
• 外観悪化
• 衝撃強度低下

　等が、発生する場合があります。

■樹脂コンパウンドで重要な【分散】と【分布】

〇樹脂コンパウンドを理解する上で、非常に重要なのが
　分散と分布です。

①分布

〇材料が全体に均一に行き渡っているか。

②分散

〇凝集しているりゅしを細かくほぐし、気に津ナ状態に
　出来ているか。

　例えば、カーボンブラックやシリカなどが大きな
　塊になっていると、

• 外観不良
• 強度低下
• 導電性のバラつき
• フィルム欠陥
• 成形不良

　等に繋がります。

　その為、【配合比が正しい】＝【良いコンパウンド】
　ではありません。

　最終的には、材料がどのような状態で樹脂中に
　存在しているかが重要です。

■二軸混練機によるコンパウンド

〇樹脂コンパウンドでは、二軸混練押出機が多く使用されます。

　二軸混練機では、2本のスクリューを回転させながら
　樹脂を溶融・混練し、添加剤を樹脂中へ分散させます。

　一般的な工程は、
　【原料投入→溶融→混練→分散→脱気→押出→冷却→ペレット化】
　という流れになります。

　二軸混練機の大きな特徴は、スクリュー構成を変更する事で
　【どこで溶かすか】
　【どこで添加するか】
　【どこで強く混練するか】
　【どこで脱気するか】

　等を設計できる事です。

■混練条件で重要なポイント

〇樹脂コンパウンドの試作では、主に以下の条件を検討します。

①シリンダー温度

〇温度が低すぎると、

• 樹脂が十分に溶融しない
• 混練不良
• トルク上昇
• 圧力上昇

　等に繋がります。

　一方温度が高すぎると、

• 樹脂の熱劣化
• 添加剤の分解
• 色調変化
• ガス発生

　等の問題が発生する可能性があります。

②スクリュー回転数

〇回転数を上げると、一般的には混練能力を高めやすくなります。

　しかし、回転数を上げれば必ずしも良くなるわけではありません。

　せん断発熱や樹脂への負担が大きくなり、材料によっては
　劣化に繋がる場合があります。

③吐出量

〇吐出量が変わると、

• 充満率
• 滞留時間
• 混練状態
• トルク
• 圧力

　等が変化します。

　その為、回転数だけではなく吐出量とのバランスを
　見る事が重要です。

④スクリュー構成

〇二軸混練では非常に重要なポイントです。

　例えば、

• ニーディングディスク
• リバースエレメント
• 混練エレメント
• 搬送エレメント

　等を組み合わせて、混練強度や充満状態を調整します。

　材料によって適切なスクリュー構成は異なります。

　特に、ガラス繊維や炭素繊維　等、繊維長を維持したい
　材料では、過度なせん断を避ける設計も重要になります。

■樹脂と添加材料の【相溶性】も重要

〇異なる材料を混ぜる場合、相溶性が問題になる事が
　あります。

　例えば、
　【樹脂Ａと樹脂Ｂを混ぜたいけれど、期待した性能が出ない】
　というケースです。

　これは、単純な混練不足だけでなく、材料同士の相性が悪い
　可能性があります。

　このような場合には、
　【相溶化剤（コンパチビライザー）】
　を使用する事があります。

　総溶加剤によっては材料同士の界面状態を改善し物性や分散性を
　向上させられる場合があります。

■水分・揮発分への注意

〇樹脂コンパウンドでは、原料中の水分や揮発分も
　重要な管理項目です。

　特に、

• PA
• PET
• PBT
• PC

　等の吸湿しやすい樹脂では、乾燥条件が重要になります。

　水分が残った状態で高温混錬すると、
　【加水分解や→分子量低下→強度低下】

　に繋がる可能性があります。

　また、添加剤やフィラーから水分や揮発成分が発生する事も
　ありますので、必要に応じてベントや真空脱気の検討が必要です。

■樹脂コンパウンドで発生しやすいトラブル

〇代表的なトラブルとして、

①混錬不良

〇材料が十分に分散しない。

②凝集

〇フィラーなどがダマになって残る。

③トルク上昇

〇材料の粘度上昇や供給状態によって負荷が高くなる。

④圧力上昇

〇ダイ部分などで流動抵抗が増加する。

⑤樹脂劣化

〇温度・せん断・滞留時間などによって、分子量低下などが
　発生する。

⑥ガス・ボイド

〇水分や揮発成分が残る

⑦色ムラ

〇顔料やカーボンブラック等の分散不良

　重要なのは、不良現象だけを見るのではなく
　【なぜ発生したのか】を肯定条件まで遡って考える事です。

■コンパウンド後の評価

〇樹脂コンパウンドは、作って終わりではありません。

　目的に応じて評価を行います。

　代表的な評価として、

• 引張強度
• 曲げ強度
• 曲げ弾性率
• 衝撃強度
• ＭＦＲ
• 熱変形温度
• 融点
• ガラス転移温度
• 熱重量分析
• ＤＳＣ
• 粒度、分散状態
• 灰分
• 吸水率
• 電気抵抗
• 熱伝導率

　等があります。

　例えば、【強度を上げたい】という目的でコンパウンドした場合
　単純に強度だけを見るのではなく、
　【流動性・外観・成型性・耐熱性】なども含めて総合的に評価する
　事が重要です。

■開発では【小さく試して、条件を絞り込む】

〇新しいコンパウンド材料を開発する時、最初から
　完璧な条件を狙う必要はありません。

　例えば、

　①材料選定
　↓
　②配合比を検討
　↓
　③小スケールで試作
　↓
　④混練状態を確認
　↓
　⑤物性評価
　↓
　⑥条件修正
　↓
　⑦再試作

　というサイクルを回します。

　特に開発初期では、
　【どの条件が良いのか】よりも【どの条件で何が変化するか】
　を把握する事が重要です。

　試作データを蓄積する事で、最終的な量産条件にも繋がっていきます。

■樹脂コンパウンド開発で重要な考え方

〇樹脂コンパウンドは、
　【材料×配合×混練条件×評価】
　の4つをセットで考える事が重要です。

　例えば、物性が悪かった場合でも、
　【材料が悪い】とすぐに判断するのではなく

• 配合は適切か？
• 分散出来ているか？
• 温度は適切か？
• 回転数は高すぎないか？
• 滞留時間は長すぎないか？
• 水分は残っていないか？
• 相溶性に問題はないか？
• スクリュー構成は適切か？

　等、複数の視点から原因を分析する必要があります。

　この、【材料と設備条件をセットで考える視点】が
　コンパウンド開発では非常に重要です。