ガラス繊維入り樹脂の特徴と種類
樹脂の射出成形加工において、樹脂材料にガラス繊維を添加する場合があります。ガラス繊維を添加した樹脂は「ガラス繊維入り樹脂」「ガラス入り樹脂」などと呼ばれます。
ガラス繊維入り樹脂は、材質名の後に「GF30」といった表記がされるのが一般的です。GFはグラスファイバー（ガラス繊維）を指し、30の数字は配合されているガラス繊維のパーセンテージを指します。
例えば、ガラス繊維を30%配合したナイロン（PA6）であれば「PA6-GF30」と表記され、製品に刻印が入れられる場合もあります。
ガラス繊維の配合は、樹脂の性能に次のようなメリットを加える目的で行われます。
強度アップ
絶縁性アップ
耐熱性・難燃性アップ
耐薬品性アップ
寸法安定性アップ
ガラス繊維の硬さと樹脂の粘り強さが組み合わさると飛躍的に剛性やクリープ特性がアップします。一般的には、ガラス繊維の添加は強度アップのためにされると考えてもいいでしょう。ガラス繊維の添加は電気絶縁性や耐熱性、難燃性も高められるので、電気の配電盤などに積極的に利用されています。ブレーカー内部の樹脂部品にはガラス繊維入り樹脂がよく使われています。
また、ガラス繊維を添加すると線膨張係数を低下させられるので、射出成形での寸法安定性にも貢献するのが特徴です。反面、ガラス繊維を配合する場合のデメリットには下記のようなものがあげられます。
ガラス繊維の配向が発生する可能性がある
金型・成形機が摩耗しやすい
バリが発生しやすい
樹脂を溶かして金型へ流し込む射出成形では、樹脂が流し込まれた際にガラス繊維が一定方向に並んでしまう場合があります。これを配向と呼びますが、外観にも影響がでる上、繊維方向により強度が低下する場合があります。
ガラス繊維はとても硬く、金型や成形機の摩耗が早くなってしまって寿命が縮まります。また、摩耗に伴ってガラス繊維入りの樹脂にはバリが発生しやすくなります。この原理については次の章で詳しく解説していきます。
金型や成形機の摩耗はガラス繊維の配合率が高ければ高いほど早くなるので、加工業者によってはガラス繊維の含有率の高い成形は断られる場合があるので注意が必要です。
ガラス繊維が配合される樹脂素材の代表的なものには、PA6、PA66、PBT、PES、PET、PEEK、POM、PPS、PSUなどがあげられます。ガラス繊維の配合の割合は5~40%程度が一般的です。
ガラス繊維入り樹脂のバリが発生しやすい理由
ガラス繊維入りの樹脂では、ガラス繊維の入っていない樹脂と比べると成形時にバリが発生しやすくなります。なぜなら、ガラス繊維の硬度によって金型の摩耗が起こりやすくなり、摩耗した箇所に樹脂が充填されてしまうからです。
射出成形の金型は、キャビティー側とコア側と呼ばれる2つの金型に分かれるようになっています。ワッフルを焼くときに使う型が上下に分かれるところを想像するとわかりやすいでしょう。
成形される製品には、このキャビティー側とコア側の境目が必ず発生します。この境目をパーティングライン（PL）と呼びますが、パーティングラインに僅かな隙間があるとバリが発生してしまいます。
パーティングラインに当たる部分は、必ず金型の角部になります。何度も射出成形を繰り返しているとガラス繊維が金型の角部を摩耗させてしまい、はじめは問題なかった金型であっても使っているうちにバリが発生してしまうのです。
ガラス繊維入りの樹脂を成形する場合、耐摩耗性に優れた金型材料の選定をしておかなければ、すぐにバリに悩まされることになってしまいます。価格の安い金型材料は硬度が低く、耐摩耗性も低いので、数百回に満たない程度の成形回数でもバリが発生する場合もあるので注意しましょう。
いずれにせよ、ガラス繊維が配合された樹脂製品を製造する場合はバリの発生とはしっかりと向き合っていく必要があるでしょう。
