Osumi Technical Report (002)

プラスチック製容器蓋の破損原因調査
Investigation of the cause of damage to the lid of a plastic container
Osumi Corporation . Namie Suzuki

Abstract
In this case, The cause of the crack occurrence was considered to be an unfused part of the resin because a semi-mirror-likeform and a granular-like form were observed from the fracture surface observation. Starting from these sites, it is consideredthat the crack was opened from the arched center neighborhood where stress is easily concentrated due to stress loading
during use. In addition, the phenomenon of deterioration of the resin due to ultraviolet rays and the period of use is also
cited as one of the factors that caused the crack to develop.

１．はじめに

２．調査方法および装置

プラスチック材は、様々な構成部品に採用されており、調査方法は、以下に記す。

家庭製品から軽量化を狙う自動車製造など使用用途は幅(1）外観および損傷部のマクロ観察調査

広い。材質として、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン

デジタルマイクロスコープ(KEYENCE 社製 VHX-（PP）、ポリ塩化ビニル（PVC）類がシェアの約 1/3 を7000 型)(以下、DMS)占めており、また製品としてはフィルム・シートや容器(2) 表層面および破損部の詳細観察調査

類が多く生産されていることはご存じの方も多いかと思SEM-EDS(JEOL 社製 JSM-7600 型

う(下図 1 参照)。これらの製品を成形する手法には、射(3) 樹脂の経年劣化有無調査出成型やペットボトル等のブロー成型による容器などのFT-IR(Thermo FisherScientific 社製 Nicolet iS5)用途として用いられる。他の成型法では、チューブ類などの押出(引抜き)成形などあるが、何れもバリ、引け、

3．調査結果ウエルドライン、ジェッティングや微小クラックなどの3.1 外観およびマクロ観察成型不具合が生じるは否めない。また、これらが要因と容器蓋は約φ30cm であり、蓋なり、製品に不具合(破損、亀裂など)を生じる事例もあ

側面部にアーチ型亀裂形態が８カる。
この不具合は明確な調査を行うことで改善に繋がる。

所に確認された。調査部位の亀裂

本件では、樹脂製品容器の破損不具合について、その長はアーチ部中央近傍から側部約原因調査解析を行った。

観察対象部
図 2 調査試料全体12mm、表面側約 5 ㎜に伝播した亀裂形態で観察された。また、外表層面全域で汚れ変色や表面傷が約5㎜
約 12 ㎜

多数確認されたことで長期間にわたり使用された経緯が伺える。
図 3 亀裂全形

原材料生産量3.2 破面観察

製品生産量

図 1 プラスチック生産量の実績(2022 年)

亀裂部開放後のマクロ観察では、一部で凹凸面が観察(引用:日本プラスチック工業連盟 HP 掲載データ)されたが、ほぼ全域で平坦様の破面形態で観察された。
1

Osumi Technical Report (002)
SEM 詳細観察においては、起点推定では、半ミラー面形態が観察され、この形態は躯体コーナー部の外表層面で多く観察されたことで樹脂の未融合状態部位と判定されPE データた。また、これらは樹脂の凝固欠陥の一つであると結論サンプル付けられる。
この形態は、破面中央部近傍でも確認され、図５ IR スペクトル図

一部ではポロシティ化もしくは樹脂の欠損脱落様の形態(上段:サンプル、下段:特徴的部位拡大)が観察された。
一方、コーナー部外表層面側では、外側に応力負荷された延性破面が観察されたことから、この部位が亀裂の最終破断部と推定した。なお、亀裂伝播先端部(図 4；B 部)
では、延性破面は観察されなかった (図 4 参照)。

アー
チ部
側A部

図 6 ポリエチレンの酸化反応機構の一例
B部

開放破面 全形

4．まとめ

未融合様形態

以上の調査結果より、亀裂発生原因は、破面観察より半ミラー面様形態や粒状様形態が観察されたことから、樹脂の未融合部位が亀裂起点と推定された。これらの起点部位に使用時の応力が負荷されたことにより、最も応起点推定部近傍(A 部)力集中を受けやすいアーチ型中央近傍から亀裂が伝播し粒状様形態たと考えられる。また、樹脂の劣化現象も亀裂進展した要因とひとつとして挙げられる。
樹脂未融合の主要因には、射出成型での湯温低下、樹脂量不足、押し湯不良、金型温度調整不良などが挙げられ、これらを検証する必要がある。

亀裂伝播先端部(B 部)

延性破面

図４ 破面観察図(左側:DMS 観察、右側:SEM 像)

5．結言
樹脂成型品の不具合の要因には、特に射出成型条件が大きく関与する傾向にある。また樹脂のペレットにおいては、配合比(バージン材と再生品の割合)や水分除去乾3.4 樹脂の劣化有無

燥なども挙げられ、成型後の物性試験等での確認検証がFT-IR 調査結果では、ライブラリとの照合結果からポ求められる。

リエチレンと判定された。また、1720cm-1 付近の C=O伸縮のピーク強度の増加および 1640cm-1 付近の C＝C

使用上での不具合発生要因は、環境下でのケミカルア結合の減少が見られ、樹脂は劣化していると判定された。

タックでの破損事例も多く報告されており、この防止にまた、劣化は、紫外線による光、酸化が主な要因と考えは構造設計や樹脂の選定等の様々な対策が取られている。
近年、構造体での樹脂材の使用率が上がる一方で、不られ、以下に記す一般的な機構と考えられる。

具合の発生率も高くなる現状であり、それを確実に調査検証し的確な対策を講じる必要性が求められている。
2

Osumi Technical Report (002)***ミニメモ～劣化について～参照文献

プラスチックの劣化要因のひとつとして、分子量の低1)河野務・中村省三・飯田誠・藤本浩樹・王英夫. プラスチック下が挙げられ、これらは大きく下記に起因する。
①熱分解材料の複合一体成型技術 第 1 報 アウトサート成形…熱による影響

品のそり変形・金型クランプ不良の防止. 成型加工

②加水分解 …水や薬品による影響③酸化第 12 巻 第 4 号, 2000 年.

…酸素、紫外線、オゾンなどによる影響

2)黒崎晏夫・佐藤勲・石井浩一郎. 射出成型機の金型内における溶融プラスチックの流動と固化(溶融プラスチックス

本件では、紫外線劣化によるものと考えられたが、なの流動と固化層の成長状況の観察). 日本機械学会論

ぜ、紫外線が当たると分子結合が分断されるのか。

文集(C 編)56 巻 522 号, 1990.

それは、ポリマー分析の結合エネルギーよりも紫外線エ

3)佐藤靖. 塗膜のイオン透過機構. 電気化学 第 29 巻 p623-

ネルギーの方が大きいからである。それを科学的に考え

627, 昭和 36 年.

ると、アインシュタインの光量子説から言える。

4)山野井 博. 高分子材料の劣化・変色メカニズムとその安定光子と電子は 1：1 で反応するため、その光量子のエネル化技術. マテリアルライフ学会志,19[3] 103~108,

ギー(E)は(1)式となる。また、光量子 1 モルのエネルギ

2007 年 7 月.

ーは（2）式となり、光の振動数は（3）式である。

5)水門潤治・三浦真紀子・北田幸男. 高分子材料の劣化のメカニ
ズム解析. 成型加工 第 33 号 第 8 号, 2021 年.

E＝ℎ 𝜈…（1）

6）大藪権昭. 最近の塗料の動向と塗膜の防食. 「材料」第 25 巻ℎ：プランク定数(6.62×10 J・s)
-34

第 278 号, 昭和 51 年 11 月.

𝜈：光の振動数(s-1)7)田辺弘往. 塗膜の防食性. 塗料基礎 講座(最終講) 色材, 62〔5〕300-309, 1989.

E＝N ℎ 𝜈…（2）8)藤山光美. プラスチック射出成型における分子鎖配向過程.

N：アボガドロ定数(6.02×10 )23

日本レオロジー学会志 Vol.17, 1988.
9)日本プラスチック工業連盟. n.d. https://www.jpif.gr.jp/.

𝜈＝C/λ…（3）10)泊 清隆. 熱可塑性プラスチック射出成型品のウェルドラ

C：光の速度(2.998×10 cm/s)

イン特性. [No.02-2]日本機械学会第 15 回計算力学講

λ：波長

演会講演論文集, 2002 年 11 月.

1011)八木博. プラスチック成型法の進歩. 化学工学 第 33 巻 第以上より、3 号, 1969 年.

E＝(6.02×10 ) (6.62×10 J・s)
23-34

(2.998×1010cm/s)/λ [J・cm/mol]＝2.855×10 /λ [kcal・cm/mol]
-3

以上

…（4）

株式会社オオスミ
分析技術グループ 主任技師 鈴木奈美枝

紫外線の波長は 200nm～400nm であり、内 200nm～280nm(UV-C))は地表に到達しない。地表に到達する最小値として例えば 290nm を(4)式に代入すると、約98kcal/mol のエネルギーとなる。
一方、炭素結合(-C-C-)エネルギーは 83kcal/mol、炭素と水素間(-C-H)の結合エネルギーは85kcal/mol であり、紫外線のエネルギー値の方が高いため分解される。

3