射出成形用ポリカーボネート樹脂について知っておくべきすべて

Introduction: Polycarbonate is a polymer that combines a bunch of advantages to make materials that are more in injection molding process line with modern society. Polycarbonate materials are used in a lot of fields, like construction, cars, medicine, infrastructure, ships, aerospace, etc.

ポリカーボネート樹脂は、従来の多くの素材を押しのけて、本当に人気のある新素材になりつつあります。この記事では、射出成形用のポリカーボネート樹脂について知っておくべきことをすべてお伝えします。

ポリカーボネートとは？

PCは、化学構造中に炭酸基を持つプラスチックの一種である。

ポリカーボネート樹脂は、強度、耐熱性、強靭性が要求される用途に使用され、透明色から不透明色まで様々な色があります。これらの樹脂は、射出成形や熱成形によって最終製品に加工されることが多い。

ポリカーボネートは電気を絶縁し、熱に強く、炎を止めるので、電子製品に使われています。また、建築、輸送、航空、自動車にも使用されています。例えば、車のヘッドライト・カバーには、簡単には割れず、滑らかなので最適です。

PCの種類とは？

エステル構造による分類

脂肪族ポリカーボネート、たとえばポリエチレンカーボネート、ポリトリメチレンカーボネート、およびそれらのコポリマーは、融点やガラス転移温度が低く、強度も低いため、構造材料としては使用できない。

しかし、その生体適合性と生分解性から、薬剤徐放性担体、手術用縫合糸、骨支持材などに使用することができる。

芳香族ポリカーボネート芳香族ポリカーボネートは、ポリカーボネートの中で最も優れた種類であり、最も重要なポリカーボネートです。

脂肪族-芳香族ポリカーボネート：脂肪族ポリカーボネートと芳香族ポリカーボネートの組み合わせであるが、エンジニアリングプラスチックではあまり使用されない。

性能と用途による分類

ポリカーボネートフィルムとシートは、ポリカーボネートが使用される主な形態の一つである。ポリカーボネートフィルムは、性能と用途の違いにより複数の種類に分けられます：

透明PCフィルム：高透明、高強度、高耐熱性、高耐候性などの長所がある。主に光学レンズ、ディスプレイパネル、フラットパネルテレビスクリーン、携帯電話スクリーンなどに使用される。

フロストPCフィルム：パネル、ラベル、ネームプレート、ダッシュボード、インモールド装飾パネルなど、耐磨耗性があり、柔らかい光の場面で主に使用され、物体の表面のハイライトを効果的に減少させることができ、明確な印刷効果がある。

印刷用PCフィルム：印刷がよく、平らである。電子タグ、メンブレンスイッチ、パネルなどに使われる。

難燃PCフィルム：燃えにくいのが特徴。電源システム、ディスクドライブ、キーボード、テレビ、モニター、コンピューターのマザーボードなどの絶縁に使われる。

光学グレードのPCフィルム：光学純度、光透過性、耐黄変性に優れ、特にスクリーンディスプレイや光学レンズ分野に適している。

機能性PCフィルム：帯電防止、UVカット、硬化、抗菌、プライバシー保護など様々な特殊機能を持ち、建築、自動車、医療機器などの分野で広く使用されている。

その他のタイプ

Besides the above classification, polycarbonate can also be classified by other standards, such as injection molding grade PC, extrusion grade PC, etc. by different production processes; PC/ABS alloy, PC/glass fiber reinforced materials, etc. by different reinforcing materials.

PCの特性とは？

熱特性

ポリカーボネートは、一般的なエンジニアリングプラスチックの中では耐熱性に優れたプラスチックである。分解温度は300℃以上で、長期使用温度は120℃に達する。また、耐寒性にも優れている。脆性温度は-100℃と低い。長期使用温度範囲は60~120℃である。

電気的特性

ポリカーボネートは、分子極性が小さく、ガラス転移温度が高く、吸水率が低いため、電気絶縁性に優れ、従来から電気絶縁性に優れるとされてきたPETに近いか、同等である。

ポリカーボネートの電気絶縁性は、温度、湿度、電界周波数、製品の厚みと密接な関係がある。

化学的性質

ポリカーボネート（PC）は炭酸のポリエステルである。炭酸そのものは安定しないが、その誘導体（ホスゲン、尿素、炭酸塩、炭酸塩など）にはある程度の安定性がある。

物理的性質

密度：1.18～1.22g/cm3

線膨張率3.8×10-5 cm/°C

熱変形温度135°C

低温-45℃、ポリカーボネートは無色透明で、耐熱性、耐衝撃性、難燃性BIグレードであり、通常の使用温度内で良好な機械的特性を有する。

フロー特性

分子鎖が滑りにくく、溶融粘度が高く、流動性が悪い。 射出成形 加工性は悪い。ポリカーボネートの溶融粘度は、相対分子量が大きくなるほど高くなる。成形時には、せん断速度を変えるよりも温度を調節して流動状態を改善する方が効果的な場合が多い。

光学特性

ポリカーボネートは非結晶性材料です。純粋なポリカーボネートは無色透明で光透過性が良い。しかし、表面硬度が低く、耐摩耗性に劣り、表面に毛が生えやすく、光誘起特性に影響を与える。

機械的特性

ポリカーボネートは、特に衝撃強度と寸法安定性に優れています。広い温度範囲で高い機械的強度を保つことができる。欠点は、耐疲労性と耐ヘンプ性に劣り、応力割れが発生しやすいことである。

ポリカーボネートの衝撃強度は、一般的なエンジニアリングプラスチックやすべての熱可塑性樹脂の中で最も優れたものの一つであり、その値は45%ガラス繊維強化ポリFETとほぼ同じです。ポリカーボネートの衝撃強度に影響を与える主な要因は、分子量、ノッチ半径、温度、添加剤である。

変性：ポリカーボネートの変性に対する耐性は、熱可塑性エンジニアリングプラスチックの中ではかなり優れており、ナイロンやポリウレタンよりも優れている。水による寸法変化や冷間流動変形は非常に小さい。これは優れた寸法安定性の重要な証です。

PCの利点とは？

耐候性

PC素材は耐候性に優れ、屋外でも優れた性能を維持できる。紫外線や酸化剤などの環境要因にも強い耐性を持っています。

耐熱温度

ガラス転移温度と融点が高く、耐熱性が高い。分解温度は300℃以上で、長期使用温度は120℃にもなる。同時に耐寒性もよく、脆性温度は-100℃と低い。長期使用温度範囲は-60～120℃である。

耐薬品性

PC素材は、アルコール、ケトン、酸など多くの化学薬品に対して高い耐性を持つ。しかし、一部の溶剤（ケトン類など）には弱い。

高い強度と剛性

PC素材は、ABSやPVCのような通常のプラスチックよりもはるかに高い強度と剛性を持っています。このため、PCは高い耐久性と耐衝撃性を必要とする部品の製造に理想的な選択肢となります。

良好な寸法安定性

PCは、PAやPOMなど他の熱可塑性エンプラに比べて耐クリープ性に優れている。吸水による寸法変化や冷間流動変形が非常に少なく、収縮率も低いので寸法安定性が良い。

耐老化性と難燃性

ポリカーボネートは熱老化にも強い。フィルムを空気中に長時間置いて加熱しても、ほとんど変化しません。しかし、ポリカーボネートが日光、酸素、水蒸気に長時間さらされ、特に高温で、ある種の不純物を含んでいると、劣化してしまいます。

ポリカーボネートは可燃性で、炎は淡黄色、黒煙／指数はわずか25%で、火元から離れると消えます。一般に、難燃性を向上させるためにハロゲン化物、三酸化物、水酸化マグネシウム、リン酸、赤リンなどが添加される。

優れた透明性と光沢

PC材料は優れた透明性と光沢を持ち、さまざまな色や表面効果を得るために加工することができる。そのため、高い透明性が要求される製品の製造に最適です。

PCのデメリットとは？

PC素材には多くの利点があるが、欠点も多い：

低疲労強度

ポリカーボネートシートは小さな荷重に長時間耐えることしかできないため、連続的または高強度の圧力を必要とする用途には適していません。ポリカーボネートシートは疲労強度が低いため、長期間の使用では性能低下や故障の原因となる場合があります。

酸やアルカリに強くない

ポリカーボネートは酸やアルカリに強くなく、酸やアルカリと化学反応を起こし、シート表面の腐食を引き起こします。そのため、強酸や強アルカリとの接触が必要な環境では、PCシートの使用が制限される場合がある。なお、ポリカーボネートは弱酸には耐えるが、強酸には直接接触できない。

耐摩耗性が悪い

PC素材は分子鎖の自由度が高く、鎖と鎖の間に多くの空間がある。外力の影響を受けやすく、傷つきやすい。

PC材料は分子結晶化度が低く、分子鎖の配列が比較的乱れているため、PC材料の表面に微細なピットが形成されやすく、耐スクラッチ性が低下する。

PC材料は、粉末PTFEを添加することで自己潤滑性を向上させることができ、ガラス繊維を添加して硬度を高めることで耐摩耗性を向上させることができる。

耐加水分解性に劣る

ポリカーボネートは分子鎖に-COO（基）を持つため、酸やアルカリの存在下で加水分解反応を起こし、対応する酸やアルコールを生成する。そのため、従来のPCは加水分解安定性が低く、高圧蒸気に繰り返しさらされる製品には使用できなかった。

ノッチに敏感

ノッチ感度とは、製品の端にあるノッチ（潰れ、バリ）に沿って力が加わったときに製品が割れることをいう。PC製品は内部応力の除去が難しいため、切り欠きがあると割れやすい。

耐ストレスクラッキング性に劣る

しかし、外力によって鎖が並ぶと、鎖は元のランダムな状態に戻ろうとしない。そのため、成形後の製品内部の応力を取り除くことが難しい。

PCの用途とは？

建材産業

ポリカーボネートシートは、良好な光透過性、耐衝撃性、耐紫外線性、製品の寸法安定性、良好な成形・加工性能を有しており、従来から建築業界で使用されている無機ガラスと比較して、技術的性能において明らかな優位性を有している。

中国は建材用ポリカーボネート中空板の生産ラインを20以上建設しており、ポリカーボネートの年間需要は約7万トン、2005年には14万トンに達する。

自動車製造業

ポリカーボネートは丈夫で熱に強く、天候に左右されず、硬いため、自動車やトラックに最適です。ポリカーボネートは、自動車やトラック用のさまざまな部品の製造に使用されますが、そのほとんどは、ライト、ダッシュボード、ヒータープレート、デフロスター、ポリカーボネートブレンド製のバンパーなどです。

先進国のデータに基づくと、電子、電気、自動車製造業で使用されるポリカーボネートの割合は40%～50%であるのに対し、中国の同分野での使用量は10%程度に過ぎない。

電子、電気、自動車製造業は、急速に発展している中国の基幹産業であり、これらの分野でのポリカーボネートの需要は、今後非常に大きくなると考えられます。中国は自動車の総数が多く、需要も大きいため、この分野でのポリカーボネートの用途は拡大の可能性が大きい。

医療機器

ポリカーボネート製品は、蒸気、洗浄剤、加熱、高線量放射線滅菌に耐えることができ、黄変や物理的性能の劣化がないため、透明で直感的な条件下で操作する必要があり、繰り返し滅菌する必要がある人工腎臓血液透析装置やその他の医療機器に広く使用されている。

例えば、高圧注射器、サージカルマスク、使い捨て歯科器具、血液分離器などに使われている。

航空宇宙

航空・宇宙技術の急速な発展に伴い、航空機や宇宙船に搭載される様々な部品への要求が絶えず高まっており、この分野でのPCの応用が増加している。

統計によると、ボーイング社の航空機に使用されているポリカーボネート部品だけでも2,500点あり、航空機1機で約2トンのポリカーボネートが消費されている。宇宙船では、ガラス繊維で補強されたさまざまな形状のポリカーボネート部品や宇宙飛行士の保護具が何百個も使われている。

パッケージング

包装分野における新たな成長ポイントは、繰り返し消毒して使用できるさまざまなタイプの貯水ボトルである。

ポリカーボネート製品は軽量、耐衝撃性、透明性に優れ、熱湯や腐食性溶液で洗っても変形せず透明であるという利点があるため、一部の分野ではPCボトルがガラスボトルに完全に取って代わっている。

飲料水の水質に対する人々の関心が高まるにつれ、この分野におけるポリカーボネートの成長率は10%以上を維持し、2005年には60,000トンに達すると予測されている。

さらに、高品質なプラスチック玩具を製造する際、私たちはプラスチック製の玩具を使用しています。 射出成形 最終製品の精度と耐久性を保証するための技術とプラスチック射出成形樹脂。

エレクトロニクス産業

ポリカーボネートは、幅広い温度・湿度範囲で安定した電気絶縁性を発揮するため、優れた絶縁材料です。また、難燃性や寸法安定性にも優れているため、さまざまな電子・電気用途に使用されています。

ポリカーボネート樹脂は、主にあらゆる食品加工機械、電動工具のシェル、ボディ、ブラケット、冷凍冷蔵庫の引き出し、掃除機の部品などに使用されています。また、コンピュータ、ビデオレコーダー、カラーテレビなど高精度を要求される部品にも、ポリカーボネート樹脂は重宝されています。

光学レンズ

ポリカーボネートは、高い光透過率、高い屈折率、高い耐衝撃性、寸法安定性を持ち、加工や成形が容易であるため、この分野で超重要な材料です。光学グレードのポリカーボネートで作られた光学レンズは、カメラ、顕微鏡、望遠鏡、光学検査機器などに使用できます。

また、映画用プロジェクターレンズ、コピー機用レンズ、赤外線自動焦点プロジェクターレンズ、レーザービームプリンターレンズ、各種プリズム、多面反射鏡、その他事務機器や家電製品にも使用できる。実に幅広い用途がある。

光学レンズにおけるポリカーボネートのもう一つの重要な応用分野は、子供用メガネ、サングラス、安全メガネ、大人用メガネのレンズ材料である。世界の眼鏡産業におけるポリカーボネート消費量の年平均成長率は20%以上を維持しており、市場の活力を示している。

光ディスク製造業界

情報産業の勃興に伴い、光学グレードのポリカーボネートを使用した光ディスクは、新世代のオーディオ・ビデオ情報記憶媒体として急速に発展している。ポリカーボネートはその優れた性能特性から、世界の光ディスク製造産業の主要原料となっている。

世界の光ディスク製造産業で消費されるポリカーボネートの量は、ポリカーボネート全体の消費量の20%を超え、その年平均成長率は10%を超える。

中国の光ディスク生産は急成長している。国家新聞出版広電総局が発表した数字によると、2002年には国内に748の光ディスク生産ラインがあり、光学グレードのポリカーボネートの年間消費量は約8万トンで、そのすべてが輸入品であった。

食品・飲料業界

PC(ポリカーボネート)は、一般的に食品飲料業界、高融点、衝突防止容器、日本の包装、水ボトル、日本の食品容器に使用されています。実用的な透明性と耐久性の選択により、安全で実用的です。

概要

プラスチック樹脂の中では、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ABS）や高密度ポリエチレン（HDPE）が様々な製品の製造によく使用され、ポリカーボネート（PC）は透明性と耐熱性に優れています。

PCは機械的強度、耐熱性、透明性、電気絶縁性に優れた高性能熱可塑性プラスチックである。建築、自動車、医療機器、航空宇宙、包装、電子機器、光学レンズなどに広く使用されています。

衝撃強度と寸法安定性に優れているが、疲労強度が低い、耐酸・耐アルカリ性に劣る、耐摩耗性に劣るなどの欠点もある。しかし、PCは汎用性と適応性に富み、現代産業の多様な材料ニーズに応えている。