PETプリフォーム射出成形における一般的な不良とその対策

PETプリフォームの射出成形プロセスにおいては、技術の進歩が続いていながらも、さまざまな不良が時折発生します。一般的な不良の種類やその原因、および効果的な対策について深く理解することは、PETプリフォーム生産の品質を確保するために不可欠です。

 

ボトル口部シール面の欠陥

ボトル口部のシール面の精度は、ペットボトルのシール性能と直接的に関係しています。実際の生産においては、ボトル口部の寸法が公差の要求を満たしていたとしても、シール面に微細な凹凸が生じることがあり、ボトルキャップを締めた後に空気が漏れる原因となることがあります。これは主に金型表面の微細粗さが不十分であること、射出圧力の変動、および保圧段階での圧力低下が速すぎることに起因しています。具体的な対策としては、高精度の放電加工技術を用いて金型のシール面を鏡面仕上げにし、表面粗さのRa値を0.2μm以下に制御すること、サーボ油圧システムを導入して保圧工程において直線的な圧力減衰を実現し、急激な圧力低下によるシール面の収縮や変形を防ぐこと、専用の検査装置を開発し、レーザー干渉計を用いてボトル口部のシール面を三次元輪郭スキャンして検出精度を0.1μmまで高め、100％合格品のみが市場に出回るようにすること、などが挙げられます。

残留応力集中点

設計や工程上の問題により、ボトル胚のネジ部根元、肩部遷移部などに応力集中点が生じやすくなります。このような狭い領域は、ブロー成形や充填工程中に局所的な過負荷を受け、亀裂の原因となることがあります。従来の設計は経験則に依存しており、応力分布を正確に予測することが出来ません。また、射出成形時の溶融樹脂の乱流や不均一な冷却も応力集中を悪化させる要因になります。

革新的なソリューションは設計から始まります。有限要素解析ソフトウェアを使用して、ボトル胚の構造をシミュレートし最適化します。フィレット半径や肉厚勾配などのパラメーターを調整することで、応力集中係数を30%以上低減します。金型には冷却インサートを配置し、重要な部分に局所冷却を強化して、より均一な応力分布を実現します。生産では可変金型温度射出成型技術を採用しています。充填工程中は金型温度を上昇させることで溶融樹脂の流動抵抗を低減し、冷却工程中は温度を急速に低下させて固化し、残留応力を源流で低減します。

 

不均一なプリフォーム肉厚

プリフォームの肉厚が均一でない場合、その後のブロー成形プロセスに影響を与え、ボトルの変形や強度の不均一などの問題を引き起こします。この欠陥の主な原因は、不適切な金型設計、射出圧力の分布の不均一、および冷却システムの不均一です。金型キャビティの寸法精度、ゲートの位置およびサイズは、溶融樹脂の流動および充填に影響を与え、肉厚の差異を生じさせます。さらに、冷却の不均一はボトル胚の各部分の収縮にばらつきを生じさせ、肉厚の不均一を悪化させます。

この問題を改善するためには、金型設計の初期段階から対応を始める必要があります。金型流動解析ソフトを通じて金型構造を最適化し、ゲートの数・位置・サイズを合理的に設定し、溶融樹脂が型腔に均等に充填されるように確保します。生産工程においては、射出圧力および射出速度を正確に制御し、段階的な射出方法を採用して溶融樹脂が金型にスムーズに充填されるようにします。同時に、金型冷却システムの最適化により、冷却媒体が均等に分布するようにし、プリフォーム各部分の冷却速度が一定となるように保証します。

プリフォームの離型困難

成形品の抜去が困難であることは生産効率を低下させるだけでなく、予備成形体（プリフォーム）の変形や破損を引き起こす原因にもなります。一般的な原因としては、金型表面の粗さが大きいこと、十分でない離型角度、射出機構の設計不良などが挙げられます。金型表面が十分に滑らかでない場合、予備成形体と金型の間の摩擦が増加します。また、離型角度が小さかったり、射出位置が適切でなかったりすると、予備成形体を金型からスムーズに取り外すことが難しくなります。この問題を解決するためには、金型表面を研磨して表面粗さおよび摩擦を低減することが可能です。金型設計段階においては、抜勾配（ダフトライン角）を合理的に増やす必要があります。一般的に、PET予備成形体用金型の抜勾配は1°～2°の間であるべきです。また、射出機構の設計を最適化し、射出力が均等に分配されるようにして、力の不均衡による予備成形体の損傷を防ぐ必要があります。さらに、金型表面に離型剤をスプレーすることもできますが、食品衛生基準を満たす離型剤を選定して、予備成形体の汚染を避けるよう注意してください。

 

 

PETプリフォームの品質問題は、多くの場合複数の要因が関係しており、原材料、設備、工程、環境などの観点から体系的な分析が必要です。企業は包括的な品質トレーサビリティシステムを構築し、各ロット製品の全工程パラメータを記録して品質改善のためのデータサポートを提供することが推奨されます。同時に、オペレータのトレーニングを強化し、工程管理の厳格な実施を保証することで、安定した生産を真に実現できます。