【材料図鑑】 エンプラ入門 – ポリカーボネート(PC)の特性と用途

ポリカーボネートの加工

切削加工において、ポリカーボネート樹脂（PC）は非常に優れた特性を持つ素材の一つです。本記事では、ポリカーボネート樹脂の特徴や長所、短所、および具体的な用途について詳しく解説します。
これからポリカーボネート樹脂を使用する方や、素材選びに悩んでいる方にとって参考になる情報を提供します。

ポリカーボネート樹脂とは？

ポリカーボネート（PC）樹脂は、炭酸エステルと二分子フェノールを原料に作られる透明な熱可塑性プラスチックです。

PC樹脂の特徴はその高い透明性と優れた耐衝撃性にあります。
具体的には、ポリカーボネートの光透過率は90％以上であり、見た目にもクリアで美しい素材です。この高い透明性は、光学機器や照明製品など、視覚的特性が重視される用途で特に有用です。

ポリカーボネートのもう一つの重要な特性は、その耐熱性と寸法安定性です。
ポリカーボネートは高温環境下でも物理的特性を保持し、常温から約140℃の温度範囲で安定しています。
このため、電子機器、家電製品、さらには自動車部品など、温度変化が頻繁に発生する環境での利用に非常に適しています。

低温環境でも割れにくく、寒冷地での使用にも信頼性があります。

さらに、ポリカーボネートは化学薬品や紫外線にも比較的強い耐性を持っています。
この特性により、屋内外のさまざまな環境で使用することができ、耐久性が求められる応用にも適しています。

また、ポリカーボネートは加工の自由度が高く、射出成形、押出成形、ブロー成形、切削加工といった多様な方法で成形できます。
この多様性が、ポリカーボネートを非常に汎用性の高い素材として位置づけています。

ポリカーボネートのリサイクル性も無視できません。環境への影響を考慮され、リサイクルがしやすい素材としての評価も高まっています。持続可能な素材選びとして、ポリカーボネートの利用は多くの企業やデザイナーから注目を集めています。

ポリカーボネート樹脂の長所

卓越した耐衝撃性

ポリカーボネートは、ガラスの200～250倍の強度があります。この特性は、安全性が重視される多くの場面で非常に重要です。
建築用途では、高い耐衝撃性により、安全ガラスの代替として庇や窓、透明のバリアなどに広く使用されています。また、自動車のバンパーや航空機の窓、防弾ガラスの材料としても活躍しています。

透明性

ポリカーボネートの光透過率は90％以上に達し、ガラスに匹敵する透明度を持っていますが、それと同時に高い耐衝撃性を持ち合わせています。
このため、光学レンズ、照明カバー、プロジェクターレンズ、眼鏡レンズなど、透明で強度が求められる製品に理想的です。また、ディスプレイ製品や店舗のショーケースにもポリカーボネートが使用されており、その透明性と耐久性が消費者に美しい製品を提供する一因となっています。

耐熱性と寸法安定性

ポリカーボネートは、常温から約140℃までの広範な温度範囲で安定した物性を保持します。
電子機器や家電製品、自動車部品など、温度変化が激しい環境下でも形状や性能を保つため、多くの高性能部品に利用されます。
たとえば、電子レンジやドライヤーの一部、車のヘッドライトカバーなど、高温にさらされる製品に適しています。

環境耐性

ポリカーボネートは、多くの化学薬品に対して優れた耐性を持ち、紫外線による劣化も少ないです。
このため、屋外用途にも非常に適しています。たとえば、屋外スポーツ機器、交通標識、温室材料など、屋外で長期間使用される製品に使用されています。耐候性の高さにより、風雨や日光に晒されても劣化せず、長寿命を実現します。

ポリカーボネート樹脂の短所

しかし、ポリカーボネート樹脂にはいくつかの短所も存在します。

傷つきやすい

ポリカーボネートは高い硬度を持っていますが、表面は引っかき傷がつきやすく、摩擦や擦れに対しては弱いです。
これに対処するためには、表面にコーティングを施すか、傷防止のための保護フィルムを使用することが推奨されます。特に透明性を保つ必要がある用途では、定期的なメンテナンスも重要です。

特定の化学薬品に対する耐性が低い

ポリカーボネートは多くの化学薬品に対して比較的強い耐性がありますが、アセトンや強力な有機溶剤などには劣化しやすく、変色や亀裂が発生することがあります。
このため、工業プロセスや化学薬品を取り扱う環境での使用には注意が必要です。適切な環境評価を行い、必要に応じて防護措置を講じることが大切です。

黄変

ポリカーボネートは長期間の紫外線曝露に対して黄変することがあります。特に屋外使用でこの問題が顕著に現れることがあります。
UV保護剤を添加したポリカーボネートも存在しますが、それでも完全に黄変を防ぐことは難しい場合があります。このため、長期間の屋外使用を計画する際には、黄変のリスクを考慮して設計を行う必要があります。

高価

ポリカーボネートの製造コストは他の多くのプラスチック素材と比べて高価です。高性能で多機能な素材であるため、製品価格もそれに応じて高くなる傾向にあります。そのため、大量生産が求められる低価格製品には適していない場合が多いです。
ただし、長期的なコストパフォーマンスや高い耐久性が求められる用途には、十分に見合う価値があります。初期コストは高くても、耐久性と長寿命により、トータルコストを低減することが可能です。

切削加工においての注意点

ポリカーボネート樹脂を切削加工する際には、いくつかの重要なポイントに注意が必要です。

切削速度と工具の選定

ポリカーボネートは熱に敏感な素材であり、切削中に発生する摩擦熱が過度に高まると溶けて変形するリスクがあります。そのため、高速での切削は避け、適切な切削速度を選定することが求められます。また、切削中の温度管理が非常に重要となります。

使用する刃物も慎重に選択する必要があります。ポリカーボネートは硬度が高いため、鋭利で耐摩耗性の高い刃物を使用することが推奨されます。
特にダイヤモンドコーティングされた刃物や、ポリカーボネート専用の刃物を使用することで、高精度な切削が可能となります。

刃物の角度や形状も適切に設定し、切削抵抗を減らしながら、滑らかな仕上がりを得ることが大切です。

冷却材の使用

ポリカーボネートの切削中に発生する熱を効果的に管理するために、冷却剤の使用が推奨されます。
水や冷却オイルを使用することで、切削中の熱変形や溶解を防ぎ、切削精度を維持できます。特に長時間の切削作業や複雑な加工が求められる場合には、冷却システムの効率的な運用が欠かせません。冷却剤を適切に使用することで、製品の品質と精度を高めることができます。

切削加工後の仕上げ

ポリカーボネートの切削加工後にはバリが発生しやすいため、これを取り除くために追加の研磨や研削作業が必要です。
特に透明性を重視する製品では、仕上げ工程が非常に重要です。表面のクリアさを維持するためには、高品質な研磨と仕上げ作業が求められます。適切な仕上げを行うことで、最終製品の美観と品質を大幅に向上させることができます。

ポリカーボネート樹脂の具体的な用途

ポリカーボネート樹脂は、その多様な特性から広範な用途で使用されています。

建築材料

ポリカーボネートパネル、屋根材、窓ガラスの代替材など、建築分野で多く使用されています。
高い透明性と耐衝撃性、さらには耐候性を備えており、安全性と耐久性を兼ね備えた建材として非常に信頼されています。
屋根材としてのポリカーボネートは、光を透過しつつも紫外線をカットする特性がありますので、住宅やガレージ、カーポート、温室などで非常に有用です。

自動車産業

自動車のヘッドライトカバーや運転席前の計器や操作パネル 、さらにはサイドウィンドウなどにポリカーボネートが使用されています。高い透明性と耐衝撃性、軽量性を兼ね備えているため、自動車の性能向上と燃費改善に貢献しています。
また、デザインの自由度が高く、複雑な形状や曲面を実現するのにも適しています。さらに、ポリカーボネートは紫外線や風雨にも強いため、外部環境に長期間さらされる部品にも適しています。

電気・電子分野

例えば、スマートフォンのハウジング、テレビの外装、コンピュータのケースなど、多くの電子機器に使用されています。
ポリカーボネートは耐熱性が高く、電気的絶縁性も優れているため、高温環境や電気的絶縁が必要な場面で非常に信頼性が高い素材です。
さらに、透明ディスプレイやタッチパネルなど、視覚的特性が重要な電子部品にも適しています。加工性が高いため、精密な部品を製造するのにも最適です。

医療機器

医療用トレーやシリンジ、機械部品、保護カバーなど、様々な医療機器に広く使用されています。化学的に安定し、滅菌処理にも耐えられるため、非常に衛生的な素材として評価されています。
また、高い透明性も医療機器の使いやすさを向上させる要素の一つであり、診断機器や分析機器のケース、外装部品にも利用されています。ポリカーボネートは人体との親和性が高く、患者や医療従事者に対して安全性が高いため、医療現場で広く使用されています。

航空機産業

航空機の窓や内装部材、防護シールドなど、多くの重要な部品に使用されています。
航空機材では、軽量性と高い耐衝撃性が求められるため、ポリカーボネートは理想的な素材と言えます。特に航空機の窓ガラスは、高度な透明性と同時に高い耐久性が求められるため、ポリカーボネートが最適な選択肢となります。
様々な厳しい環境条件にも耐えうる特性が、安全なフライトをサポートします。

まとめ

ポリカーボネート樹脂は、その高い耐衝撃性、透明性、耐熱性、加工性から、多岐にわたる用途で非常に有用な素材です。
長所としてはこれらの特性が挙げられる一方で、傷つきやすさ、耐化学薬品性の限界、紫外線に対する黄変、製造コストの高さといった短所も存在します。
これらの特性を理解し、適切な用途に合わせた選択と加工条件の管理が重要です。
多種多様な用途で利用されるポリカーボネート樹脂を最大限に活用するためには、適切な加工方法と使用環境の選定が不可欠です。
さらに、ポリカーボネートはリサイクル性も高く、持続可能な素材として注目されています。持続可能な選択肢としても検討する価値があります。

ポリカーボネートの加工については、下記無料相談からお気軽にお問合せください。

関連記事

ポリカーボネート以外の材料にも興味がある方は、ぜひ、下記のまとめページをご活用ください。

関連資料ダウンロード

エンプラを用いたワーキングモデル試作についてまとめたホワイトペーパーです。ワーキングモデルの概要から、樹脂の種類と特徴、試作を行うメリットについて解説しています。