ABS樹脂は、家電製品や日用品から自動車部品、電子機器の筐体に至るまで、エンジニアリング用途や消費財に広く利用されています。工業生産と日常生活の両面で、ABS樹脂は欠かせない素材の一つとなっています。この記事では、ABS樹脂とは何か、どのように製造されるのか、そしてその用途について解説します。
ABSプラスチックの概要
ABS（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）は、高性能熱可塑性エンジニアリングプラスチックで、一般的にABS樹脂として知られています。優れた強度、卓越した靭性、そして容易な加工性を兼ね備えており、今日最も広く生産され、広く使用されているポリマーの一つとなっています。
ABSは、ポリスチレン（PS）、スチレン-アクリロニトリル共重合体（SAN）、ブタジエンゴム（BS）の優れた特性を効果的に組み合わせ、強靭性、剛性、硬度のバランスに優れ、優れた総合的な機械性能を実現します。化学的には、アクリロニトリル（A）、ブタジエン（B）、スチレン（S）の3つのモノマーからなるターポリマーです。
ABS樹脂は、その多用途性と優れた特性により、射出成形、押出成形、ブロー成形、カレンダー成形など、様々な一般的な加工方法で成形できます。また、以下のような二次加工にも適しています。 CNC加工、接着、塗装、真空蒸着など。
ABS材料の特性
ABS樹脂は淡黄色の粒状または粉末状の不透明樹脂です。無毒、無臭、軽量で、比重は1.04～1.07です。優れた耐衝撃性、優れた低温特性、耐薬品性、優れた寸法安定性、高い表面光沢、塗装・着色性を備えています。欠点としては、可燃性、熱変形温度の低さ、耐候性の低下などが挙げられます。以下の表は、ABS樹脂の各グレードの代表的な特性を示しています。
| Item | 一般的用途 | 中程度の影響 | 大きな影響力 | 耐熱性 | 電気めっきグレード |
| 密度 | 1.02〜1.06 | 1.04〜1.05 | 1.02〜1.04 | 1.04〜1.06 | 1.04〜1.06 |
| 引張強さ、MPa | 33〜52 | 41〜47 | 33〜44 | 41〜52 | 38〜44 |
| 伸び、％ | 10-20 | 15-50 | 15-70 | 5-20 | 10-30 |
| 曲げ強度、MPa | 68-87 | 68-80 | 55-68 | 68-90 | 69-80 |
| 曲げ弾性率、GPa | 2.0-2.6 | 2.2-2.5 | 1.8-2.2 | 2.1-2.8 | 2.3-2.7 |
| アイゾット衝撃強度（23℃）（J/m） | 105-215 | 215-375 | 375-440 | 120-320 | 265-375 |
| ロックウェル硬度(R) | 100-110 | 95-105 | 88-100 | 100-112 | 103-110 |
| 熱変形温度（4.82MPa）/℃ | 87-96 | 89-96 | 91-100 | 105-121 | 95-100 |
| 線膨張係数、10⁻⁵ /℃ | 7.0-8.8 | 7.8-8.8 | 9.5-11.0 | 6.4-9.3 | 6.5-7.0 |
機械的性質
ABS樹脂は優れた衝撃強度を有し、高衝撃グレードでは室温で最大400J/mに達し、-40℃でも120J/m以上の強度を維持します。ABS樹脂は、樹脂を連続相、ゴムを分散相（樹脂マトリックス中に分散したゴム粒子）とする不均一二相系です。優れた耐衝撃性は、ゴム粒子が外部からの衝撃エネルギーを吸収し、亀裂の伝播を抑制することに起因します。耐衝撃性能は、ゴム含有量、グラフト率、粒子サイズと相関関係にあります。
ABS樹脂は耐摩耗性に優れています。自己潤滑材には適していませんが、寸法安定性に優れているため、中荷重軸受に適しています。
熱特性
ABS樹脂の熱変形温度は、1.82MPaの荷重下で約93℃で、アニール後に6～10℃上昇します。非晶質構造のため、応力-温度効果が安定しており、荷重を1.82MPaから0.45MPaに下げても、熱変形温度の上昇は4～8℃にとどまります。耐熱グレードは最高115℃に達します。脆化温度は-7℃で、-40℃でもかなりの強度を保ちます。使用温度範囲は-40～100℃です。線膨張係数は6.4×10⁻⁵℃～11.0×10⁻⁵℃（熱可塑性プラスチックの中で最も低い値）です。熱安定性はエンジニアリングプラスチックとしては比較的低く、260℃で分解し、有毒な揮発性物質を放出します。ABSは可燃性で、自己消火性はありません。
電気特性
ABS樹脂は、温度や湿度の影響を最小限に抑え、広い周波数範囲にわたって優れた電気絶縁性を備えています。電気性能データは下表のとおりです。
| Item | 60Hz | 10³Hz | 10⁶Hz |
| 誘電率（23℃） | 3.73-4.01 | 2.75-2.96 | 2.44-2.85 |
| 誘電正接（23℃） | 0.004-0.007 | 0.006-0.008 | 0.008-0.010 |
| 体積抵抗率、Ω·cm | (1.05～3.60)×1016 | (1.05～3.60)×1016 | (1.05～3.60)×1016 |
| アーク耐性、S | 66-82 | 66-82 | 66-82 |
| 絶縁耐力（kV/mm） | 14-15 | 14-15 | 14-15 |
耐薬品性
ABS樹脂は優れた耐薬品性を有しています。分子構造中のニトリル基により、希酸、希塩基、および塩に対してほぼ不活性です。ケトン、アルデヒド、エステル、塩素化炭化水素には溶解しますが、ほとんどのアルコールには不溶です（ただし、メタノール中では数時間で軟化します）。また、炭化水素溶媒との長時間接触により膨潤します。ほとんどのプラスチックと同様に、ABS樹脂は応力下で化学試薬（酢酸、植物油など）に曝露されると応力割れを起こします。以下の表は、特定の化学薬品に長期間浸漬した後の質量変化と外観の変化を示しています。
| 化学名 | 質量変化率、% | 質量変化率、% | 見た目の変化 |
| 30d | 365d | ||
| シクロヘキサン | +0.03 | +0.51 | 軽い腫れ |
| 精製テレピン油 | +0.19 | +0.31 | - |
| 10%クエン酸 | +0.62 | +0.74 | 褐色がかった |
| 6%クロム酸 | +0.58 | +0.71 | 褐色がかった |
| 2.5%塩化カルシウム | +0.61 | +0.77 | - |
| 2.5%硝酸銀 | +0.67 | +0.84 | - |
| 4%フッ化ナトリウム | +0.53 | +0.59 | - |
| 10%硝酸アンモニウム | +0.50 | +0.57 | - |
| 10％炭酸ナトリウム | +0.56 | +0.65 | - |
| 3%塩化カリウム | +0.64 | +0.78 | - |
| 飽和塩化アンモニウム | +0.35 | +0.39 | - |
| 10%硝酸銅 | +0.64 | +0.76 | - |
| エチレングリコール | +0.63 | +0.15 | - |
| 3%過酸化水素溶液 | +0.69 | +1.03 | 黄変 |
| 飽和亜硫酸水素ナトリウム溶液 | +10.95 | +6.70 | アンバー |
| メタノール | +4.50 (2d) | + 26〜+ 28 | 腫れ、白化 |
| 12%酢酸 | +0.69 | +0.75 | 腫れ、白化 |
ABSプラスチックの製造
ABSは明確な融点を持たない非晶質ポリマーです。260℃を超えると分解が始まるため、成形温度は通常250℃以下に制御されます。ABS溶融樹脂の粘度は中程度で、流動性はポリアミドより低いものの、ポリカーボネートより高く、冷却と固化が速くなります。
予備乾燥
ABSは極性ニトリル基を有するため、吸水性が高いです。加工前に水分含有量を0.1%未満まで予備乾燥する必要があります。一般的な方法は、循環空気乾燥（70～80℃、4時間以上）またはオーブン乾燥（80～100℃、2時間、材料厚さ50mm未満）です。
射出成形
ABS樹脂の射出成形では、一般的にスクリュー式射出成形機が使用されます。スクリューは、単条、等ピッチ、テーパー、全ねじ、逆止弁付き、L/D比20、圧縮比2.0～2.5のものを使用してください。ノズルの種類は、オープンノズルまたはエクステンデッドノズル（流量低下や変色を防ぐため、セルフロックノズルは使用しないでください）。
射出温度は、耐熱グレードおよび電気メッキグレードでは高め（メルトフローまたはメッキ性能を向上させるため）、汎用グレードおよび高衝撃グレードでは低め（分解または機械的特性の劣化を防ぐため）になります。
薄肉、長流動、小ゲート部品、または耐熱性／難燃性グレードでは射出圧力が高く、厚肉、大ゲート部品では射出圧力が低くなります。残留応力を最小限に抑えるため、保圧は適度に抑える必要があります。
| アイテム | 汎用ABS | 耐衝撃性ABS | 耐熱ABS | 電気メッキABS |
| スクリュー速度、r/min | 30-60 | 30-60 | 30-60 | 20-60 |
| ノズル温度、℃ | 180-190 | 190-200 | 190-200 | 190-210 |
| バレル後部温度（℃） | 180-200 | 180-200 | 190-200 | 200-210 |
| バレル温度、中間ゾーン、℃ | 210-230 | 210-230 | 220-240 | 230-250 |
| バレル温度、フロントゾーン、℃ | 200-210 | 200-210 | 200-220 | 210-230 |
| 金型温度、℃ | 50-70 | 50-80 | 60-85 | 40-80 |
| 射出圧力 /MPa | 70-90 | 70-120 | 85-120 | 70-120 |
| 保持圧力 /MPa | 50-70 | 50-70 | 50-80 | 50-70 |
| 射出時間、秒 | 3-5 | 3-5 | 3-5 | 1-4 |
| 保持時間、秒 | 15-30 | 15-30 | 15-30 | 20-50 |
| 冷却時間、秒 | 15-30 | 15-30 | 15-30 | 15-30 |
| 総サイクル、秒 | 40-70 | 40-70 | 40-70 | 40-90 |
押出成形
ABS樹脂の押出成形には、L/D18～20、圧縮比2.5～3.0の汎用単軸押出機を使用します。圧縮スクリューは、徐圧縮スクリューと急圧縮スクリューのどちらも使用できます。ABS樹脂の溶融樹脂は適度な流動性を有するため、スクリュー冷却は不要です。押出成形により、パイプ、ロッド、シートなどの異形材を製造できます。
| パイプ外径/mm | 32.5 | スクリュー速度、r/min | 10.5 |
| パイプ内径/mm | 25.5 | ダイ内径、mm | 33 |
| バレル温度、フィードゾーン /℃ | 160-165 | 直線部長さ、m | 50 |
| バレル温度、圧縮ゾーン /℃ | 170-175 | ドロー比率 | 1.02 |
| 計量ゾーン | 175-180 | サイズ スリーブ内径、mm | 33 |
| ダイ温度/℃ | 175-180 | 冷却スリーブ長さ（mm） | 250 |
| ダイランド温度/℃ | 190-195 | 真空サイジングスリーブからダイムまでの距離（m） | 25 |
| マンドレル外径/mm | 26 |
ABSロッドの押出条件
| ロッド径、mm | 90 | ダイ温度、℃ | 150-160 |
| バレル温度、フィードゾーン、℃ | 160-170 | サイジング温度、℃ | 55-60 |
| バレル温度、圧縮ゾーン、℃ | 170-175 | スクリュー速度、r/min | 11-14 |
| バレル温度、計量ゾーン、℃ | 175-180 | 押し出し速度、m/分 | 22-25 |
| ダイランド温度、℃ | 170-180 |
発泡成形
ABSフォームは、主に樹脂に発泡剤（例：アゾジカルボンアミド）を配合した化学発泡法で製造されます。成形方法には以下の2種類があります。
射出成形：発泡ABS樹脂成形には、スクリュー式射出成形機（プランジャー式よりも均一な密度と性能に優れています）を使用します。ノズルにはバルブが取り付けられており、ガスを含んだ溶融樹脂の漏れを防ぎます。従来の射出成形とは異なり、発泡溶融樹脂は金型内で膨張し、冷却前にキャビティを充填するため、高い射出圧力を必要としません。バレル温度は、供給部では低く、ノズル付近では高くなります。バレル後部は145～160℃、中間部は170～185℃、前部は190～200℃です。
押出成形：発泡ABSグレードは、シート、ロッド、パイプなどに押し出されます。従来の押出成形とは異なり、ガス溶融混合物がバレル内を移動するため、樹脂の溶融と発泡剤の分解をバランスよく行うために精密な温度制御が必要です。バレル温度と押出速度は、外観と密度に影響を与えます。
| 押出機L/D | 22 | ゾーン4 温度/℃ | 170 |
| ゾーン1、バレル温度（ホッパー側）/℃ | 133 | ゾーン5 温度/℃ | 180 |
| ゾーン2、バレル温度（ホッパー側）/℃ | 160 | ゾーン6 温度/℃ | 157 |
| ゾーン3、バレル温度（ホッパー側）/℃ | 164 | スクリュー速度/(r·min⁻¹) | 25 |
発泡 ABS 製品の主な特性は次のとおりです。
- 高密度構造部品または低密度軽量部品として製造可能。
- 機械的強度を保ちながら軽量性と剛性を両立。
- サンドイッチ構造（発泡コア + 薄い ABS スキン）は、より軽量でありながら固体 ABS と同等の剛性を提供します。
- 優れた断熱性と吸音性。
- 独特な木目模様の表面。
- 木材よりも吸水性が低い。
- シート、パイプ、ロッドへの加工が容易。
- 固体 ABS に比べて厚肉部品のサイクル時間が短くなります。
- ペイントや着色が可能。
- 木材のように機械加工（切断、穴あけ、接着）が可能です。
| 密度 /(g/cm³) | 0.69 | 圧縮弾性率 /MPa | 353 |
| 引張強度 /MPa | 14.0 | アイゾット衝撃強度 /(kJ/m²) | |
| 伸び/％ | 24.6 | 切り欠かれた | 5.5 |
| 引張弾性率 /MPa | 300 | ノッチなし | 13.6 |
| 曲げ強度 /MPa | 20.0 | 吸水率 /% | 0.35 |
| 曲げ弾性率 /MPa | 723 | 熱伝導率/[W/(m·℃)] | 0.01 |
| 圧縮強度 /MPa | 12.6 | - | - |
発泡 ABS プラスチックの用途は次のとおりです。
- 軽量構造材料：車両のコントロールパネル、エンジンカバー、船舶のドア、コンテナなど。
- 建築資材：壁パネル、天井タイル、排水管、断熱管。
- 木材代替品: 家具、ピアノ部品、ハンドル、マーカー (外観/密度は木材に似ていますが、耐水性/耐腐食性に優れ、表面パターン、色、成形をカスタマイズできます)。
電気めっき
電気めっき 電気めっきグレードのABS樹脂を使用しています。主な工程は、粗面化、感光化、活性化、還元／脱ゲル化、無電解めっき、電気めっきです。
粗面化：表面の親水性と粗さを改善し、コーティングの密着性を高めます。主な方法は化学エッチングです。高クロメート配合により、最高の密着性が得られます。
感作：粗面上にSn²⁺（還元剤）を吸着させ、活性化時にAg⁺/Pd²⁺を触媒Ag/Pdに還元します。下表に感作溶液と条件を示します。
| 塩化第一スズ | 10-30 | 2-5 |
| 塩酸 | 40-50 | 2-5 |
| 感作温度/℃ | 20-25 | 20-25 |
| 感作時間/分 | 3-5 | 3-10 |
活性化：無電解めっきを開始するために触媒貴金属核を形成します。イオン活性化とコロイド活性化（感作と活性化を組み合わせたもの）に分けられます。以下の表は、コロイド状パラジウム活性化の処方と条件を示しています。
還元：イオン活性化後、還元により触媒活性が向上し、無電解めっきが促進され、残留活性剤が除去されて浴の分解が防止されます。コロイド状パラジウム活性化後、脱ゲル化によりSn²⁺加水分解層が除去され、Pd核が露出します（36% HCl、35～45℃、1～3分間浸漬）。
無電解めっき 電気メッキ：還元/脱ゲル化後、ABS は無電解メッキと電気メッキを受けます。
無電解ニッケル/銅コーティングは直接電気めっきが可能です。耐熱衝撃性を高めるには、銅めっきが適しています（線膨張係数がABSに近いため、屋外での耐用年数が長くなります）。銅コーティングは着色したり、他の金属でめっきすることも可能です。最も一般的なのはニッケル/クロム（Ni/Cr）です。
ABS樹脂の応用分野
家電製品および電子部品
家電製品: ABS の最大かつ最も有望な応用分野には、テレビ、テープレコーダー、洗濯機、冷蔵庫、レコードプレーヤー、電話、掃除機、エアコン、ランプ、扇風機などの筐体および内部部品が含まれます。
電子部品：アンテナソケット、コイルボビン、端子台、コンバータ、スピーカー、コネクタなどに使用されます。
自動車
内装部品: 計器パネル、計器クラスターハウジング、A ピラー、通気口、コントロールボックス、ドアライナー、ツールボックス、レギュレータハンドル、スイッチ、ノブ、ステアリングコラムカバー、ステアリングホイール、ホーンカバー、コンジットなど。
外装部品: マッドガード、アームレスト、グリル、ランプシェード、通気カバー、ホイールカバー、ブラケット、ルーバー、ネームプレート、リアスポイラー、バンパーガード、ミラーフレームなど。
機械
機械の筐体および一般部品に使用されます：モーターハウジング、計器箱、水槽シェル、バッテリータンク、ギア、ベアリング、ポンプインペラー、ハンドル、ボルト、カバー、ブッシング、ファスナーなど。
オフィス設備
優れた耐衝撃性、剛性、寸法安定性、成形性を備えたABSは、ファックス機、コピー機、タイプライター、コンピューター、モニターなどのオフィス機器の筐体に最適な素材です。防火要件を満たすため、難燃グレードが一般的に使用されています。
Getzshapeがどのように役立つか
Getzshapeは、高品質のカスタムCNC加工、板金加工、放電加工、ダイカストなどを提供しています。最先端の設備と厳格な品質管理を駆使し、試作品から量産品まで、高精度かつ納期厳守を実現します。エンドツーエンドの製造パートナーとして、調達、加工、後処理、物流を効率化します。
