作る人 （つくるんちゅ）日記

今回も、マニアック・ネタ！

‥　いろいろな工作をする中で、各種の樹脂は、とっても便利な素材です。


工作用の樹脂は、材料の時点では、一般的にハチミツのような少しトロッとした液体。
これに硬化剤を混ぜると化学反応して、固まってプラスチックになります。

つまり、液体から、頑丈な板状のパーツ（FRP）や、ちょっとした小物を造形できる、不思議なアイテムなんです。


僕がよく使用するのは、不飽和ポリエステル樹脂。
これを使って、小さなアクセサリーや、カヌーなどの大型製品も、個人で作ることが可能です。
⇒　「レジン」の代用に！　不飽和ポリエステル樹脂の まとめ。:作る人 （つくるんちゅ）日記


しかしながら、樹脂を使った造形には、一つ重大な問題が有ります。
それは、素材が硬化する際に、どうしても「収縮」が発生するという点。


例えば、アルミや紙で簡単な型枠を作って、樹脂を流し込むと、意外な形に変形する場合が有ります。

変形しない型枠だったとしても、流し込んだ樹脂が、型のサイズよりも収縮することにより、型から剥がれながら、内部で変形していく事も‥。


このリスクは、どうにか出来ないものか‥？

考えていてもしょうが無いので、基礎実験をしてみました。

FRP樹脂の一般的な収縮率とは？

実験に利用したのは、内径1センチ、長さ10センチのアクリルパイプ。
いったん、同じ長さに切り揃え、条件を同じにして使用しています。
　⇒　アクリルパイプをキレイに並行カットする方法　（切断＆切削）


パイプ内部は離型剤をスプレーして滑りを良くし、片方は木ネジで固定することで、長辺方向での樹脂の収縮率を調査してみます。

まずは、普通に１％の硬化剤を混ぜた、FRP用透明ポリエステル樹脂を流し込んでみます。

硬化後に計測すると、目測で約2mmちょいの収縮でした。
って事は、100mm：98mm。約2％の収縮率ということが判明しました。

これをスタンダードとして、条件を変えて、いろいろ実験して行きましょう。



▲左から、滑り止め砂／5号珪砂／砕いた樹脂を混ぜたもの／硬化剤３％／硬化剤１％／型枠用高精度樹脂／タルク混入／注型用樹脂／エポキシ樹脂。


◆硬化剤が多い場合

経験上、早く作業したいと焦っている場合に限って、トラブルが多いような‥。

というのは、以前から感じていた疑問。

もしかして、硬化剤を多くすると、収縮率が変わるんじゃないのか？
良い機会なので、試してみました。

硬化剤を３％にした場合、やはり収縮率が激しくなっていました。
目測で、約４mm。（収縮率：4％）

妙に納得してしまいました。　なるほどー！
基本的な傾向が判ったので、ここからは、できるだけ収縮を減らすための方法を模索します。


参考記事　⇒　硬化剤　…その一滴の重さ:作る人 （つくるんちゅ）日記


◆すでに固まった樹脂を砕いて混ぜてみる

タイトルの通り、同じ樹脂をいったん硬化させ、それを粉砕して混入すれば、同じ材質・クォリティのまま、収縮率を抑えられるのでは？

余った樹脂や、失敗した作品の残骸も利用できるので、今回の実験の本命です。
（実際、シリコンによる型取りなどで、こういった手法はよく使われます）

結果は、収縮率1％以下。　良い感じかな。


◆滑り止め用の珪砂を混ぜてみる

上記のように、同じ材質の樹脂を砕くのは、固まりかけで潰したり，ミキサーで粉砕したり、手間や時間やコストがかかります。
ならば、珪砂（ケイサ、砂）を混ぜたら、楽で簡単では？

塗装の世界には、滑り止め用に、塗料に混ぜる用の砂が売られています。
ショップで購入した、塗料メーカー指定の細かい砂を混入。

結果、こっ、これは！　0.5％以下の収縮率という、すごい高精度。


◆安い砂ではどうか？

上記の細かい珪砂も、10キロ単位で取り寄せれば安いのですが、そんなに使う事も無いし‥。　なので、普通ホームセンターで買える安い砂（５号）を混入実験してみました。

う～ん。　精度が悪すぎて収縮率が計れませんが‥。　見た感じ、これもほとんど収縮はしてないようです。


◆タルクを混ぜてみる。

ポリエステル樹脂に『タルク』という粉末素材を混ぜると、粘度が増して、パテのように使えます（いわゆる、ポリパテ）。　コストが安く、切削性も良いので、プロは良く使う混入剤。

これを使った場合の収縮率はどうなのか？

意外や、1％の硬化剤で、3％程度の収縮。　樹脂単体より、悪いかも‥。
しかも粘りが強く、流し込みにくいので、使いずらかったです。


◆高精度／注型専用の樹脂について

型枠用の高精度・耐熱の製品や、カインズホームで入手した注型専用樹脂を試してみました。

言いにくいですが、どっちも2％程度の収縮は見越しておいた方が良さそうです。

ただ経験上、ホームセンターの樹脂や、あまりに安い通販の樹脂は、硬化時に収縮以外にネジレが発生するなど、寸法安定性に欠けるきらいが有ります。　高価な樹脂は混ざりやすさや均一性、温度特性など、今回の実験には出にくい、品質の差が存在するのかなぁと思います。


◆エポキシ樹脂について。

ちょっと高価なのと、いまいち硬度が出ないので、僕はあまり利用しませんが、注型というと、透明で高精度なエポキシ樹脂は外せません。

今回は1:1タイプの樹脂と硬化剤を混ぜて、流し込んでの実験。

結果は、意外や意外‥、かなり縮んでしまいました。
目測、3％程度かな‥。　んーっ！


結論
前提として、このレポートを鵜呑みにせず、まずは各自で再試験してみて下さい。
（差異や発見が有ったら、コメント欄にどうぞ！）


僕のささやかな実験によると、硬化剤は、できるだけ少なめ（実用範囲内で硬化するギリギリの量）、必要に応じて適切な混ぜ物をすることで、完成品の寸法安定度を上げる事が可能なようです。
（砂なんかを混ぜると、当然、単位面積あたりの強度は落ちます。チョップドストランドを併用するなど、対策が必要）

今回は樹脂の収縮に限って話を進めてみましたが、型枠の形状や表面処理、流し込みの順序・量を微妙に調節する事で、製品精度を上げる方法はイロイロと有るようです。


というわけで、自分の作品の精度を高めようと思ったら、様々な工夫の余地が有ると言うこと。　

一般的に知られていて、マニュアル化されている手法の他に、職人ごとに、いろいろと別な視点や手段、ノウハウも存在します。

つまり、同じ素材（インプット）を使っても、作品（アウトプット）は、まるで全然、違うんですねー！


工作って、実に奥が深いです！


ちなみに、今回のレポートの予備実験の後、収縮による寸法精度の問題をクリアして、中空の看板文字の量産に成功しました。　（主なノウハウは、混ぜ物以外の方法です‥　）



LEDを内蔵し、夜間は光る、オリジナルの看板文字です。　これはまた、改めてレポートしますね。