非標準機械で最も一般的な8つの非金属材料

1.POM

アセタールまたはポリアセタールとしても知られるPOM（ポリオキシメチレン）は、その優れた特性により、精密機械や工業用途に広く利用されている高性能エンジニアリング熱可塑性プラスチックです。この半結晶性ポリマーは、機械的強度、寸法安定性、耐薬品性のユニークな組み合わせを示します。

POMの表面は、本質的に低い摩擦係数（通常0.2～0.3）と優れた耐摩耗性が特徴で、可動部品を含む用途に最適です。使用温度範囲は-40℃～100℃（-40°F～212°F）であり、さまざまな環境条件下で多用途に使用できる。配合によっては、POMは140°C（284°F）までの温度への断続的な暴露にも耐えることができる。

POMの最も価値ある特性のひとつは、その卓越した寸法安定性です。POMは最小限の吸水率（24時間で0.2%以下）と低熱膨張率を示し、変動する条件下でも厳しい公差を維持することができます。制御された温度下で機械加工や成形を行った場合、POM部品は0.03mm（0.0012インチ）までの加工精度を達成し、維持することができます。

POMの優れた加工性と成形性は、公差の厳しい複雑な形状の製造に適しています。POMは、ギア、ベアリング、ブッシュ、カム、複雑な機械部品など、軽量で高性能な部品の製造に頻繁に使用されています。ギア用途では、POMは優れた耐疲労性と低騒音動作を提供し、特定のシナリオでは金属の代替品よりも優れていることがよくあります。

さらに、POMの幅広い溶剤、燃料、潤滑剤に対する耐薬品性は、多様な産業環境での適用性をさらに拡大します。このような特性を併せ持つPOMは、多くの場合、金属部品に代わる理想的な材料であり、性能や耐久性を損なうことなく軽量化を実現します。

2.PTEF

プラスチックキング」や「テフロン」とも呼ばれるPTFE（ポリテトラフルオロエチレン）は、卓越した特性を持つ高性能フッ素樹脂です。それは顕著な熱安定性を表わし、-180°Cから260°C (-292°Fから500°F)までの広い温度較差を渡って特性を維持し、それを極度な環境条件のために適したようにする。

PTFEの最も特筆すべき特性のひとつは、その驚くほど低い摩擦係数で、鋼鉄と接触させた場合の摩擦係数は約0.04です。この値は転がり摩擦の値に近く、機械システムの摩耗とエネルギー損失を最小限に抑えます。さらに、PTFEは比類のない耐薬品性を誇り、事実上すべての有機溶剤や腐食性物質に耐えることができるため、産業用途で利用可能な最も不活性な材料のひとつと位置づけられています。

PTFEには多くの利点があるにもかかわらず、製造と応用にお いていくつかの課題がある。比較的硬度が低く、塑性が高いため、荷重がかかると変形する可能性があり、寸法安定性が重要な高精度部品での使用が制限される。さらに、その非粘着特性は多くの用途で有益ですが、接着や粘着工程を複雑にする可能性があります。

機械工学の分野では、PTFEはトライボロジー用途、特に耐摩耗部品の材料として幅広く使用されている。一般的な用途としては、低摩擦特性がシステム効率を高めるチェーンガイドレールや、耐薬品性と自己潤滑特性を生かしたWタイプ（ワイパー）シールリングなどがあります。高度な用途としては、ベアリング、スライドベアリング、過酷な環境下でのダイナミックシールなどがある。

PTFEの制限のいくつかを克服するために、PTFEにガラス繊維、カーボン、ブロンズなどの充填材を組み込んだ複合材料が開発されている。これらの複合材料は、PTFEの有益な特性の多くを保持しながら機械的特性を改善することが多く、精密工学や高負荷の場面での応用範囲を広げています。

3.ナイロン

ナイロンは、主にその優れた耐摩耗性と固有の自己潤滑性により、非標準的な機械用途に広く採用されている汎用性の高いエンジニアリング熱可塑性プラスチックです。高温では、ナイロンは従来の潤滑油よりも優れた性能を発揮し、著しく低い摩擦係数を示します。この特性は、従来の潤滑油が故障したり、効果を失う可能性のある高温環境において、特に貴重なものとなります。

加工中も加工後も高い幾何学的精度を維持できるこの材料は、ギヤベアリング、ブッシュ、その他の重要な機械部品などの精密部品の製造に適しています。この寸法安定性は、自己潤滑性と相まって、多くの場合、メンテナンス要件の削減と部品寿命の延長につながります。

しかし、特定の使用条件下でのナイロンの限界を考慮することは極めて重要である。材料に連続使用のためのおよそ160°C (320°F) の機械特性が低下し始めるそれを越える温度の抵抗の境界がある。この温度限界は、特定のナイロン等級（例えば、ナイロン6、ナイロン6,6、またはナイロン12）および補強添加物によってわずかに異なります。

もう1つの重要な考慮点は、ナイロンの吸湿性です。つまり、ナイロンは環境から容易に水分を吸収します。この吸湿は寸法変化、典型的には膨張につながり、精密加工部品の精度と性能を損なう可能性があります。この膨張の程度は、ナイロンの種類や環境条件によって、体積比で0.6%から2.4%までさまざまです。この特性から、水分にさらされる可能性のある用途では、防湿壁を取り入れたり、耐湿性グレードのナイロンを選択するなど、慎重な設計上の配慮が必要となります。

このような制限を緩和するために、エンジニアはしばしば、耐熱性と寸法安定性を向上させるためにガラス繊維強化ナイロン・グレードを使用したり、重要な用途での吸湿を最小限に抑えるために適切なシーリングと環境制御対策を実施するなどの戦略を採用している。

4.PVC

ポリエチレン（PE）は、非標準的な機械部品を含む様々な産業用途に広く利用されている、汎用性が高く費用対効果の高い熱可塑性ポリマーです。耐薬品性に優れ、摩擦係数が低く、衝撃強度が高いため、摩耗部品、ブッシュ、軽量構造部品に適しています。

ポリ塩化ビニル（PVC）には、帯電防止と帯電防止の両方の配合があり、産業界に多様な用途を提供しています。帯電防止PVCは、電子部品製造において特に有用であり、敏感な電子部品への静電気放電（ESD）損傷を防止するための帯電防止コンベヤベルトなどの部品に一般的に採用されています。PVCの多用途性は物理的特性にも及んでおり、硬質と軟質の両タイプがあります。

エンジニアリング・グレードのツーリング・ボードのような硬質PVCは、高い強度対重量比と寸法安定性を示し、プロトタイピング、固定具、金型製作などの耐荷重用途に理想的です。通常、熱変形温度（HDT）範囲は75～90℃であり、中程度の高温環境での使用が可能です。しかし、構造的完全性を維持し、荷重による変形を防ぐためには、実際の使用温度はより低くあるべきであると考えることが極めて重要である。

PVCは工業用途において多くの利点を提供しますが、特に食品に接触する場面では、その限界に注意することが不可欠です。高温になると、PVCは発がん性化合物を含む有害物質を放出する可能性があります。そのため、PVCは食品に直接接触したり、食品加工機器に使用することは厳禁です。このような用途には、FDAやEUの食品接触規制を遵守している高密度ポリエチレン（HDPE）やポリプロピレン（PP）などの食品グレードのポリマーがより適切な選択肢となります。

5.ポリウレタン

ポリウレタン（PU）は「ユーリー接着剤」とも呼ばれ、卓越した特性を併せ持つ汎用性の高いエラストマーであり、工業用途において非常に貴重な存在です。そのユニークな分子構造は、優れた耐油性、高い靭性、優れた耐摩耗性、顕著な耐老化性、強力な接着能力を提供します。PUの特長は、プラスチックの剛性とゴムの弾性のバランスをとる能力にあり、多様な産業ニーズに合わせて幅広い硬度オプション（通常10ショアAから95ショアAまで）を提供しています。

マテリアルハンドリングと製造のセクターでは、ポリウレタンは、その耐荷重性と耐久性により、様々なタイプのホイールに広く利用されています。一般的な用途は以下の通りです：

1. フォークリフトの車輪高い積載能力と床面保護を提供
2. スライディングプレートホイールコンベヤシステムにスムーズな動作を提供
3. シガレットメーカーホイールデリケートな素材を正確かつやさしく扱います。
4. ベアリングホイール：低い転がり抵抗と長寿命を実現
5. 駆動輪：優れたトラクションと耐摩耗性を発揮

ホイール用途にとどまらず、ポリウレタンの多用途性は多くの工業部品に及んでいる：

• 消音層：機械の振動を効果的に減衰させ、騒音を低減します。
• シール耐薬品性と柔軟性に優れ、様々なシール用途に対応
• バッファヘッドとバッファ衝撃を吸収し、機器の摩耗を低減
• 傷防止部品：マテリアルハンドリングと加工における表面の保護
• フィクスチャークッションブロック加工中の部品損傷を最小限に抑えながら、安定したサポートを提供
• 軽量クッション：梱包・輸送時のエネルギー吸収

ポリウレタンの配合は順応性が高いため、硬度、弾力性、耐薬品性などの面でオーダーメイドのソリューションが可能であり、現代の工業デザインと製造工程に欠かせない素材となっている。

6.ABS

ABS（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）プラスチックは、アクリロニトリル、ブタジエン、スチレンの3種類のモノマーからなるターポリマーです。これらのモノマーの比率は、特定の特性を持つABS樹脂を製造するために精密に調整することができ、製造業者は様々な用途に材料を最適化することができる。通常、ABS樹脂はアクリロニトリル15～35%、ブタジエン5～30%、スチレン40～60%を含有している。

産業機械では、ABSは汎用部品、耐摩耗性の高い部品、重要な伝達部品の製造に広く利用されています。機械的強度、耐衝撃性、化学的安定性を兼ね備えたABSは、これらの用途に最適です。例えば、ABSは耐久性と寸法安定性が重要なギア、ベアリング、ハウジングによく使用されます。

さらに、ABSは積層造形、特に溶融積層造形（FDM）3Dプリンティングで最も普及している材料の1つとなっている。ガラス転移温度が105℃前後という熱安定性により、プリント中の反りが最小限に抑えられている。この材料の汎用性は、サンディング、塗装、接着などの後処理が容易であることからも明らかである。このような適応性に加え、比較的安価で層間接着性に優れていることから、ABSは自動車、航空宇宙、家電製品など様々な産業において、試作品と最終用途部品の両方に使用される材料としての地位を確固たるものにしている。

7.ゴム

ゴムは、可逆的な変形を起こすという卓越した能力を特徴とする高弾性ポリマー材料である。このユニークな特性により、様々な産業用途、特に機械部品において非常に貴重なものとなっています。ゴムをドラムにコーティングすると、摩擦係数が大幅に向上し、トラクションの増加、耐摩耗性の向上、優れたシール性能などの重要な利点が得られます。

製造業や機械システムにおいて、ドラムのラバー・コーティングには複数の目的がある：

1. 摩擦の強化：ゴムの高い摩擦係数は、より良いグリップと動力伝達を保証し、コンベアシステムや駆動機構におけるスリップを低減します。
2. 耐摩耗性：ゴムの弾力性と耐久性により、下地のドラム表面を摩耗から守り、部品の寿命を延ばし、メンテナンス頻度を減らします。
3. シール性能：ゴムのエラストマー特性により、表面の凹凸に適合し、汚染物質の侵入や流体の漏れを防ぐ効果的なシールが形成される。

ゴムは、オイルシールやOリングなど、その弾性と適合性が最も重要な重要なシール用途で幅広く使用されています。しかし、ゴムは経年劣化の影響を受けやすく、これはエラストマーの劣化として知られているプロセスです。この劣化はいくつかの形で現れます：

1. ひび割れ：オゾン、紫外線、温度変化などの環境要因にさらされると、ゴムに亀裂が生じ、完全性が損なわれることがある。
2. 硬化：脆化とも呼ばれ、ポリマー鎖の継続的な架橋によって起こり、弾性と柔軟性が失われる。
3. 化学的劣化：特定の油、溶剤、刺激の強い化学薬品と長時間接触すると、ゴムが膨潤、軟化、溶解することがある。

このような経年劣化の影響を緩和し、最適な性能を確保するためには、適切な材料の選択、定期的な検査、適時のゴム部品の交換が産業用途では不可欠です。また、長寿命と環境要因への耐性を高めるために、高度なゴムコンパウンドと表面処理を採用することもできる。

8.ベークライト

フェノール樹脂として知られているフェノールプラスチックは高い機械強さ、優秀な電気絶縁材の特性およびよい耐久性のために有名な熱硬化性ポリマーである。それは帯電防止および非静的な公式で利用でき、さまざまな産業適用のための多様性を提供する。

この素材は製造業において、ツーリングボード、治具ベースプレート、軽量構造部品などに広く使用されている。その耐熱性と寸法安定性は、高温環境での用途に特に適している。しかし、フェノール樹脂には機械加工後の機械的性能と精度に限界があり、高負荷・高精度用途への適性に影響を及ぼすことがある。

フェノール樹脂は全体的に強度が高いが、脆く、加工中に欠けやすいため、完成部品の精度が低下する。この特性により、厳しい公差を必要とする部品や大きな荷重に耐える部品にはあまり適していません。優れた機械的特性と高い寸法精度が要求される用途には、エンジニアリングプラスチック（PEEK、POMなど）や金属などの代替材料の方が適している場合があります。