ABS樹脂の耐熱温度と種類、用途に応じた加工方法の選び方

ABS樹脂の耐熱性のすべて

ABS樹脂の基本的な耐熱温度と他の樹脂との比較

 

ABS樹脂は、アクリロニトリル（A）、ブタジエン（B）、スチレン（S）の3つの成分からなる熱可塑性プラスチックで、そのバランスの取れた機械的特性から広く使用されています 。金属加工の現場でも、治具やカバー部品などで目にすることが多い素材です 。その耐熱性についてですが、一般的なABS樹脂の連続使用耐熱温度は約70℃から100℃の範囲に設定されています 。これは、あくまで目安であり、荷重のかかり方や使用環境によって安全に使用できる温度は変動します。例えば、荷重たわみ温度（1.8MPa荷重時）は80℃〜85℃程度です 。
この耐熱性は、他の汎用プラスチックと比較するとどの程度のレベルなのでしょうか。以下の表で主要なプラスチック素材と比較してみましょう。

樹脂の種類	連続使用耐熱温度（目安）	特徴
ABS樹脂	70℃ 〜 100℃	剛性、耐衝撃性、加工性のバランスが良い 。
ポリカーボネート (PC)	120℃ 〜 130℃	非常に高い耐衝撃性と透明性を持つが、ABSより高価。
ポリプロピレン (PP)	100℃ 〜 140℃	耐薬品性に優れ、軽量で安価だが、剛性はABSに劣る。
ポリエチレン (PE)	70℃ 〜 90℃	安価で柔軟性があるが、耐熱性や剛性は低い。
塩化ビニル樹脂 (PVC)	60℃ 〜 80℃	難燃性、耐薬品性に優れるが、耐熱性は低い。

このように、ABS樹脂の耐熱性は特別高いわけではありませんが、ポリ塩化ビニル（PVC）やポリエチレン（PE）よりは優れており、多くの用途で十分な性能を発揮します 。しかし、エンジンルーム周辺や高温になる装置の部品など、100℃を超える環境下での使用には、標準グレードのABS樹脂は適していないことがわかります。

ABS樹脂の種類別（高耐熱グレード）の耐熱温度と特徴

標準グレードのABS樹脂では耐熱性が不足する場合、より高い温度に耐えられるよう改良された「耐熱ABS樹脂」が選択肢となります 。これらのグレードは、ABS樹脂の三成分の構成比率を変えたり、耐熱性の高い別のモノマーを共重合させたりすることで特性を向上させています 。
主に以下のような種類の耐熱グレードが存在します。

 

• 🔥 耐熱ABS樹脂: 一般的に耐熱性を向上させたグレードで、連続使用温度が100℃〜110℃程度まで高められています 。家電製品の内部部品や、自動車の内装部品の中でも熱の影響を受けやすい箇所に使用されます 。
  

 

• 🔥🔥 超耐熱ABS樹脂: さらに高い耐熱性を実現したグレードで、製品によっては140℃までの耐熱性を誇ります 。これは、α-メチルスチレンやフェニルマレイミドといった、熱に強い成分をスチレンの代わりに用いることで実現しています 。自動車のグリルやランプ周りの部品など、より過酷な温度環境下での使用が可能です。
  

 

• 🤝 ABS/PCアロイ: ポリカーボネート（PC）とABSを混合したポリマーアロイ（複合材料）です 。これにより、ABSの持つ優れた成形加工性を維持しつつ、PCの持つ高い耐熱性（120℃以上）と耐衝撃性を取り入れることができます 。両者の長所を兼ね備えた材料として、OA機器の筐体や自動車の内外装部品に広く採用されています 。
  

 

• ☀️ AES樹脂・ASA樹脂: ABS樹脂の弱点である耐候性（紫外線による劣化）を改善した特殊グレードです 。ABSのブタジエンゴム（B）の代わりに、耐候性に優れるEPDM（エチレンプロピレンジエンゴム）やアクリルゴムを用いたもので、屋外で使用される建材や自動車の外装部品（ドアミラーハウジングなど）に適しています 。耐熱性もABS樹脂と同等レベルを維持しています。
  

これらの高機能グレードを選択することで、ABS樹脂の用途はさらに広がります。ただし、耐熱性が向上する一方で、価格が高くなったり、成形条件がよりシビアになったりする傾向があるため、要求される性能とコストのバランスを考慮した選定が重要です。

ABS樹脂の耐熱性を活かす用途と加工時の温度管理

ABS樹脂のバランスの取れた物性は、その耐熱性と相まって多岐にわたる用途で活躍しています。特に、その美しい表面仕上げと塗装やメッキなどの二次加工のしやすさから、外観部品に多用されるのが特徴です 。
主な用途例:

 

• 🚗 自動車部品: インパネ周り、コンソールボックス、ドアトリムなどの内装部品 。耐熱グレードはラジエーターグリルやホイールキャップにも使われます。
  

 

• 💻 家電製品: テレビ、冷蔵庫、掃除機、エアコンなどの筐体（ハウジング） 。美しい外観と強度を両立させます。
  

 

• 📠 OA機器: プリンターやコピー機、PCのキーボードなどの外装部品。精密な寸法安定性が求められる分野です 。
  

 

• 🧸 雑貨・玩具: ブロック玩具に代表されるように、高い安全性と耐久性、発色の良さから子供向け製品にも使用されます。
  

これらの製品を高品質に製造するためには、ABS樹脂の特性を理解した上での精密な温度管理が不可欠です。特に射出成形においては、以下の3つの温度が重要になります。

 

1. 予備乾燥温度: ABS樹脂は吸湿性があるため、成形前に必ず予備乾燥が必要です。これを怠ると、成形品表面に「シルバーストリーク」と呼ばれる銀色の筋状の不良が発生します。一般的に80℃で3時間程度の熱風乾燥が推奨されます 。耐熱グレードやABS/PCアロイでは、より高温（100℃以上）での長時間の乾燥が必要な場合もあります 。
   

 

2. シリンダー温度（樹脂温度）: 樹脂を溶かすための加熱筒の温度です。一般的には210℃〜240℃に設定されますが、流動性や糸引きの状態を見ながら微調整します 。温度が低すぎると流動性不足によるショートショット（充填不足）、高すぎると樹脂の熱分解による焼けやガスが発生し、強度低下を招きます。
   

 

3. 金型温度: 金型の温度は、成形品の表面品質（光沢）、寸法精度、内部応力に大きく影響します 。一般的に40℃〜80℃の範囲で設定され、金型温度が高いほど流動性が向上し、美しい転写面が得られますが、冷却時間が長くなり生産性が低下するトレードオフがあります 。特に外観を重視する部品では、高めの金型温度でじっくり固化させることが求められます。
   

下記の参考リンクは、大手樹脂メーカーである東レ株式会社が提供するABS樹脂「トヨラック™」の成形条件に関する詳細な技術情報です。グレードごとの具体的な推奨温度などが記載されており、実践的な加工の参考になります。
参考リンク: トヨラック™ の成形条件 | ABS樹脂 トヨラック™ | 東レ株式会社 プラスチック事業部門

ABS樹脂の耐熱性を超えた時の変化と使用上の注意点

ABS樹脂は便利な素材ですが、その限界を超えて使用すると様々な問題が発生します。特に熱に関しては、設計段階から注意が必要です。連続使用耐熱温度を超える環境に晒されると、ABS樹脂は徐々に軟化し始め、荷重がかかっている部分から変形します。これが「クリープ変形」と呼ばれる現象です。
さらに高温になると、樹脂の分子構造そのものが破壊される「熱分解」が始まります。ABS樹脂の酸化分解は、主成分の一つであるポリブタジエン（PB）の二重結合部分が攻撃されることで開始されることが知られています 。熱分解が起こると、以下のような変化が見られます。

 

• 📉 機械的強度の低下: 粘り強さ（靭性）がなくなり、脆くなります。衝撃に対して非常に弱くなり、簡単に割れてしまいます。
  

 

• 🎨 変色・黄変: 樹脂が黄色っぽく、あるいは茶色く変色します。これは酸化劣化のサインです。
  

 

• 💨 ガスの発生: 分解に伴い、特有の臭気を持つガスが発生します。これは成形加工時に温度を上げすぎた場合にも経験される現象です。
  

また、熱以外にもABS樹脂にはいくつかの弱点があります。

 

• ☀️ 耐候性の低さ: 標準グレードのABS樹脂は、太陽光に含まれる紫外線に弱いです。ブタジエン成分が劣化しやすく、屋外で長時間使用すると変色し、表面がボロボロになって強度が著しく低下します 。屋外用途では、塗装を施すか、前述のAES樹脂やASA樹脂を選択する必要があります。
  

 

• 🧪 耐薬品性の限界: 酸やアルカリには比較的強いですが 、アセトン、シンナー、エステル、ケトンなどの特定の有機溶剤には溶解してしまいます。また、アルコール類や油脂によっても「ケミカルクラック（応力亀裂）」が発生しやすくなるため、薬品や油が付着する可能性のある環境では注意が必要です。
  

これらの注意点を理解し、使用環境や条件を十分に考慮して材料を選定することが、トラブルを未然に防ぐ鍵となります。特に、設計マージンを確保し、想定される最高温度に対して余裕のある耐熱グレードを選ぶことが重要です。

ABS樹脂の耐熱性と3Dプリンターでの造形安定性の関係

近年、FDM（熱溶融積層）方式の3Dプリンターにおいて、ABS樹脂はPLA樹脂と並ぶ主要な材料として位置づけられています 。その理由は、PLAに比べて高い耐熱性（PLAの耐熱温度は約60℃）と優れた靭性にあります。3Dプリンターで出力した治具や試作品を実際の現場で使用する場合、この耐熱性の差が決定的に重要になる場面は少なくありません。
しかし、ここに一つのジレンマが存在します。ABS樹脂の「高い耐熱性」は、3Dプリンターでの「造形を不安定にする」主要因でもあるのです。これは、ABS樹脂がガラス転移温度（約105℃）から室温まで冷えて固まる際の熱収縮率がPLAよりも大きいためです 。
具体的には、以下のような問題が発生しやすくなります。

 

• 📐 反り（Warping）: 造形物の底面がヒーテッドベッドから剥がれ、角が浮き上がってしまう現象です。これは、積層された高温の層が冷えて収縮する際に、先に固まった下の層を引っ張り上げる力が発生するために起こります。特に大型のモデルで顕著になります。
  

 

• 💔 層間剥離（Delamination）: 積層された層と層の間がうまく融着せずに、ひび割れや剥がれが発生する現象です。これも急激な温度変化による収縮が原因で、特に高さのあるモデルで起こりやすいです。
  

この問題を克服し、ABS樹脂の耐熱性を活かした高品質な造形を行うためには、以下の様な温度管理が極めて重要になります。

 

1. ヒーテッドベッドの活用: ベッド温度を90℃〜110℃に設定し、造形物全体の温度を高く保つことで、収축を緩やかにし、反りを抑制します。
   

 

2. 庫内温度の維持（エンクロージャー）: プリンター全体を筐体（エンクロージャー）で覆い、内部の温度を40℃以上に保つことが理想です。これにより、外気による急激な冷却を防ぎ、層間剥離を効果的に抑制できます。
   

 

3. ノズル温度の最適化: 推奨される230℃〜250℃の範囲で、使用するフィラメントに最適な温度を見つけます。温度が高いほど層間の接着力は強くなりますが、高すぎると糸引きや滲みが発生します。
   

このように、3DプリンターでABS樹脂を扱うことは、単に材料の耐熱性を享受するだけでなく、「熱を精密にコントロールする」技術が求められることを意味します。ABS樹脂の熱収縮という性質を理解し、それを抑え込むための環境を整えることが、成功の鍵を握っているのです。これは、射出成形における金型温度管理の重要性と通じるものがあります。

 

 

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