超高分子量ポリエチレンとは
UHMW-PEは「Ultra High Molecular Weight Polyethylene」の略称で、日本語で「超高分子量ポリエチレン」と呼ばれています。平均分子量が100万以上のスーパーエンプラです。ここでは、超高分子量ポリエチレンの特徴や分類、用途について説明します。
特徴
超高分子量ポリエチレンは、高度な重合技術によって製造されたオレフィン系プラスチックです。通常のポリエチレンに比べて極めて高い分子量を持ち、耐摩耗性や摺動性、耐衝撃性に優れています。特に耐衝撃性は頑丈なポリカーボネートに匹敵するほどで、全プラスチックの中でもトップクラスです。さらに耐薬品性と非吸水性を有しているため、食品機械や化学機械の部品として使用することもできます。比重が小さいため、製品の軽量化を図ることも可能です。
分類
超高分子量ポリエチレンはグレード分けがなされており、それぞれ特徴が異なります。下表のように、用途に合わせてグレードの選択が可能です。また、グレードの呼称や仕様などはメーカーによって違いがあるため、カタログ等で確認しておきましょう。
| グレードの種類 | 特徴・用途 |
| 標準グレード | 摺動性、耐摩耗性を持ち、食品衛生法適合にも適合。 |
| 導電グレード | 電気抵抗値が低い。電子機器、精密機械の治具に使用。 |
| 帯電防止グレード | 電気抵抗値が高い。精密機器や電子部品の治具に使用。 |
| 難燃グレード | 燃えにくい。精密機器、電子機器などに使用。 |
| 耐摩耗グレード | 耐摩耗性に優れる。レールや歯車に使用。 |
| 高摺動グレード | 摩擦係数が小さく、潤滑性を持つ。レールや軸受に使用。 |
用途
超高分子量ポリエチレンの用途は多岐にわたります。以下は代表的なものです。
食品機械
スターホイール、充填機用メタル、打栓機レバー、パッキン、ビンガイド、ガイドレールなど
製紙機械
デッケル、シーリングリスト、ハイドロフォイル、デフレクター、メタル、コック、ノズル、フィルター部品など
建設機械
掘削機のバケットの内張り、ダンプトラックの荷台の内張りなど
化学機械
ケミカルバルブ、ケミカルポンプ、ガスケット、 パッキン、フィルター、シーリング、ノズルなど
一般機械
歯車、ギヤ、レール、軸受、コネクター、摺動プレート、フォークカム、ベアリング、ピニオン、クラッチ、ガイド、ストッパー、ワッシャー、パッド、ハンドルなど
スポーツ・レジャー
ボーリングレーン、アイススケートフロアー、スキー裏張り、アイスホッケー脚プロテクターなど
ライニング
ホッパー、サイロ、バンカー、シュートなど
医療機器
ギブス、義肢、人工関節など
超高分子量ポリエチレンの特性
ここでは、超高分子量ポリエチレンの特性について説明します。
物理特性超高分子量ポリエチレンの密度は930～935kg/㎥です。ポリアミド（1100kg/㎥）やポリカーボネート（1200kg/㎥）より軽く、水にも浮きます。吸水率が非常に小さく、非吸水性・非吸湿性を持ちます。 | 機械的特性衝撃強度はポリカーボネートと同程度に優れていて、高温だけでなく低温環境下でも強度を維持できます。動摩擦係数が低いため摺動性も優秀です。 | 摩耗特性耐摩耗性は分子量が大きいほど向上するため、超高分子量ポリエチレンは一般的なポリエチレンの数倍から十数倍の耐摩耗性を持っています。 |
熱的特性超高分子量ポリエチレンの融点は136℃です。ポリアミド（225℃）やポリカーボネート（240℃）より低く、75℃付近で熱変形を起こします。線膨張係数も比較的大きいです。 | 電気的特性基本的には体積抵抗率Ω・mは10⁵で、高い絶縁性を持っています。導電グレードや帯電防止グレードのように、電気的特性を変更した超高分子量ポリエチレンもあります。 | 耐薬品性強酸性を除き、弱酸性から弱アルカリ性、強アルカリ性まで耐えることが可能です。有機溶剤にも一定の耐性を発揮します。 |
超高分子量ポリエチレンのメリット・デメリット
超高分子量ポリエチレンは特性が優れたプラスチックであるため、製品素材として活用するメリットも多いです。デメリットがないわけではありませんが、事前に把握しておけばトラブルの発生を回避できるでしょう。
超高分子量ポリエチレンのメリット
超高分子量ポリエチレンは衝撃強度に優れるため、強い衝撃を受けても製品が壊れにくいことが挙げられます。さらに比重が小さいので、軽さと頑丈さを両立させたい場合に最適なプラスチックです。水に濡れても劣化しにくく、薬品への耐性もあることから、液体に触れる用途でも問題ありません。また、超高分子量ポリエチレンは「食品衛生安全樹脂」で、食品に触れても安全であるとされています。
超高分子量ポリエチレンのデメリット
融点があまり高くないため、高温環境下では変形してしまう可能性があります。線形膨張係数が大きいので、加工時には寸法変化を考慮しなければなりません。超高分子量ポリエチレンは滑りがよく耐薬品性も高いため、接着加工には向かないというデメリットもあります。
超高分子量ポリエチレンの切削加工
荒川技研ではさまざまな樹脂加工をおこなっています。中でもプラスチック試作品の切削加工を得意とし、最新設備とノウハウを駆使して多様なニーズにお応えしています。ここでは、荒川技研がおこなう超高分子量ポリエチレンの切削加工について説明します。
マシニング加工
樹脂の切削加工ではマシニングセンター（MC）が用いられます。マシニングセンターとは複数の工具を自動交換する機能を持ったNC工作機械のことです。プログラミング制御によって穴開けや切削などをおこないますが、精度を高めるには事前のCAD/CAMが重要になります。
また、形状追加などの追加工を施すことも可能です。組み付け時に部品同士が干渉する場合には、追加工で「逃がし」を作ることもできます。型改造ではなく追加工で対応するほうがリードタイムを早められて型の改造費も不要になるため、製作期間とコストの低減に有効です。
旋盤加工
棒状の素材を回転させながら削り出すのが旋盤加工です。プラスチックの旋盤加工は金属と比べてセッティングが難しいとされています。樹脂は比較的柔らかく、素材のセッティングや芯押し、チャッキング圧力などをうまく調整しないと、すぐに失敗してしまうためです。
また、樹脂は金属よりも線膨張係数が高く、温度変化によって大幅に変形するケースもあります。超高分子量ポリエチレンは線膨張係数が高いため、特に注意が必要です。さらに、プラスチックの旋盤加工には特殊形状のバイト（刃物）も用意しなければなりません。既製品では適切なバイトが手に入らないため、自前で製作する技術が求められます。
材質:UHMWPE
寸法:54×29×36H
超高分子量ポリエチレンの加工は荒川技研にお任せください！
超高分子量ポリエチレンは優れた特性を持つスーパーエンプラです。製品によっては最高のパフォーマンスを発揮してくれる樹脂素材といえます。しかし、超高分子量ポリエチレンはさほど加工性が良い素材ではないため、穴開けや切削などがうまくいかないケースもあるかもしれません。
荒川技研は樹脂加工のスペシャリストです。切削加工による精密モデル製作のほか、真空注型や光造形、簡易型成形などを承っています。また、1個から小ロットの多品種試作にも対応可能です。超高分子量ポリエチレンの加工でお困りなら、ぜひ荒川技研へご相談ください。