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May, 2008 1 技術資料(物性編) PMMA シート- 住友化学株式会社 メタアクリル事業部 住化アクリル販売株式会社

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May, 2008 1

技術資料(物性編) -PMMAシート-

住友化学株式会社 メタアクリル事業部

住化アクリル販売株式会社

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物性編 目 次

1 スミペックスの品種と諸性質 ...........................................................................................................5

1.1 メタクリル樹脂 -スミペックスの一般的特徴 ...............................................................................5 1.1.1 スミペックスのできるまで .........................................................................................................5 1.1.2 環境上の特性...............................................................................................................................6

1.2 スミペックスシートの品種と特徴...................................................................................................7

1.3 スミペックスの品種と一般的性質...................................................................................................7 1.3.1 スミペックスの品種 ....................................................................................................................7 1.3.2 スミペックス(汎用メタクリル樹脂板)の一般的性質 ..............................................................8

1.4 スミペックスシートと各種透明プラスチックシート、ガラスとの相対比較物性.............................9

1.5 メタクリル樹脂板スミペックスの基礎的性質 ............................................................................... 11 1.5.1 一般物理的性質 .........................................................................................................................11

1.5.1.1 比重 ....................................................................................................................................11 1.5.1.2 吸水性 .................................................................................................................................12

1.5.1.2.1 吸水量の変化................................................................................................................12 1.5.1.2.2 吸水による物性の変化 .................................................................................................14 1.5.1.2.3 吸水量の計算................................................................................................................17 1.5.1.2.4 スミペックスの乾燥 .....................................................................................................19 1.5.1.2.5 各種含水板の調湿挙動 .................................................................................................20 1.5.1.2.6 スミペックスの吸水率と加熱発泡温度 ........................................................................21

1.5.1.3 ガス透過性..........................................................................................................................22 1.5.2 耐候(光)性 .................................................................................................................................23

1.5.2.1 スミペックスと他透明樹脂との比較 ..................................................................................23 1.5.2.2 スミペックス、スミペックス Eの屋外暴露と実験室光源による耐候性の比較 .................24 1.5.2.3 スミペックスの UVAと耐候性 ..........................................................................................26

1.5.3 光学的性質 ................................................................................................................................26 1.5.3.1 屈折率 .................................................................................................................................28 1.5.3.2 光線透過率..........................................................................................................................30

1.5.3.2.1 波長依存性 ...................................................................................................................30 1.5.3.2.2 温度依存性 ...................................................................................................................32

1.5.3.3 反射率 .................................................................................................................................32 1.5.3.4 ヘーズ .................................................................................................................................33 1.5.3.5 複屈折 .................................................................................................................................33 1.5.3.6 全反射―エッジライティング .............................................................................................34 1.5.3.7 色板の光線透過性 ...............................................................................................................35 1.5.3.8 他のプラスチック及びガラスとの光学的性質の比較 .........................................................35

1.5.4 熱的性質 ....................................................................................................................................36

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1.5.4.1 線膨張率 .............................................................................................................................36 1.5.4.2 荷重たわみ温度...................................................................................................................36 1.5.4.3 耐熱性 .................................................................................................................................37

1.5.4.3.1 成形戻り温度................................................................................................................37 1.5.4.3.2 加熱たわみ量................................................................................................................38

1.5.4.4 熱伝導率 .............................................................................................................................39 1.5.4.5 比熱 ....................................................................................................................................40 1.5.4.6 スミペックスの熱貫流率 ....................................................................................................40

1.5.5 機械的性質 ................................................................................................................................41 1.5.5.1 引張強さ .............................................................................................................................41 1.5.5.2 曲げ強さ .............................................................................................................................42

1.5.5.2.1 曲げ試験に温度依存性 .................................................................................................43 1.5.5.2.2 曲げ強さのひずみ速度依存性.......................................................................................45 1.5.5.2.3 成形品の曲げ強さ ........................................................................................................47

1.5.5.3 衝撃強さ .............................................................................................................................48 1.5.5.3.1 衝撃強さのノッチ依存性と温度依存性 ........................................................................48 1.5.5.3.2 スミペックスの落錘衝撃強さの温度依存性と厚み依存性............................................51 1.5.5.3.3 成形品の衝撃強さ ........................................................................................................53 1.5.5.3.4 スミペックスの衝撃強さ..............................................................................................55

1.5.5.4 応力緩和 .............................................................................................................................56 1.5.5.4.1 スミペックス Eとスミペックス ESの応力緩和..........................................................57

1.5.5.5 クリープ性..........................................................................................................................58 1.5.5.6 耐疲労性 .............................................................................................................................59 1.5.5.7 圧縮強さ .............................................................................................................................60 1.5.5.8 摩擦係数 .............................................................................................................................61 1.5.5.9 耐磨耗性、硬さ、耐擦傷性.................................................................................................62

1.5.5.9.1 スミペックスと他材料の表面硬さ、耐磨耗性比較 ......................................................62 1.5.6 電気的性質 ................................................................................................................................63

1.5.6.1 電気抵抗 .............................................................................................................................63 1.5.6.2 帯電性およびスミペックス ASの性能 ...............................................................................65

1.5.7 燃焼性、粉塵爆発危険性 ...........................................................................................................67 1.5.7.1 着火性 .................................................................................................................................67

1.5.7.1.1 着火性試験による燃焼特性 ..........................................................................................67 1.5.7.1.2 着火温度.......................................................................................................................68

1.5.7.2 ISO規格による着火試験 ....................................................................................................68 1.5.7.3 燃え広がりやすさ ...............................................................................................................68 1.5.7.4 引火温度及び発火温度 ........................................................................................................68 1.5.7.5 酸素指数 .............................................................................................................................69 1.5.7.6 燃焼熱及び燃焼生成ガス ....................................................................................................70 1.5.7.7 各種プラスチックの熱的性質と燃焼、燃焼分解物 .............................................................71

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1.5.8 耐クレージング性......................................................................................................................73 1.5.8.1 シート材料要因としての分子量と吸水の影響 ....................................................................74 1.5.8.2 化学薬品(環境要因)のクレージング発生応力.................................................................75 1.5.8.3 温度の影響..........................................................................................................................77 1.5.8.4 表面応力の影響...................................................................................................................78 1.5.8.5 クレージングと応力緩和 ....................................................................................................79 1.5.8.6 スミペックスのアニーリングの一般条件 ...........................................................................79 1.5.8.7 スミペックスと耐衝撃性スミペックスの耐クレージング性の比較 ....................................79

1.5.9 耐薬品性 ....................................................................................................................................80 1.5.9.1 スミペックスとスミペックス Eの耐薬品性 .......................................................................80 1.5.9.2 スミペックスと耐衝撃性スミペックスの耐薬品性の比較 ..................................................87 1.5.9.3 スミペックスとスミペックス ASの耐薬品性.....................................................................88 1.5.9.4 スミペックス E MRの耐薬品性 .........................................................................................89 1.5.9.5 スミエレックⅡの耐薬品性.................................................................................................89 1.5.9.6 スミペックスの溶解性 ........................................................................................................90

1.5.10 遮音性能(音響透過損失) .....................................................................................................90 1.5.11 加工性 .....................................................................................................................................91

1.5.11.1 スミペックス Eとスミペックス GTの加工性の比較 .......................................................91 1.5.11.2 スミペックスと耐衝撃性スミペックスの加工性比較 .......................................................93 1.5.11.3 スミペックスキャストシートとスミペックス Eの強制曲げ加工性 .................................94 1.5.11.4 フリーブロー半球熱成形 ..................................................................................................95

1.6 スミペックスのオパール(乳半)シート ...................................................................................... 96 1.6.1 スミペックスオパールシートの特徴 .........................................................................................96 1.6.2 スミペックスオパールシート熱成形品の光線透過率 ................................................................98 1.6.4 スミペックスオパールシートを利用した内部照明器具の蛍光灯光源の不可視限界距離.........98

1.7 スミペックスの耐候性・耐熱性及び光学的性質(キャストシート色板など)................................. 102

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1 スミペックスの品種と諸性質 1.1 メタクリル樹脂 -スミペックスの一般的特徴

スミペックスは、住友化学が製造販売しているメタクリル樹脂板及び成形材料の登録商標である。 メタクリル樹脂(PMMA)は透明プラスチックシートのなかで最も高い光線透過率を持ち、耐候性がよく、他の応用物性とバランスのとれた高級樹脂として、さまざまな用途に使用されるプラス

チックである。 メタクリル樹脂板のスミペックスシートには、キャストシートのスミペックスと押出板のスミペ

ックスEおよびスミペックス機能性板がある。スミペックスはメタクリル樹脂板として古くから製

造されてきた標準的なシートである。これに対し、スミペックス E はスミペックスとほぼ同等の

諸特性を持っており、その上2次加工性、特に真空成形性に優れており、応用範囲が広い特徴を持

っている。(また経済的なメタクリル樹脂板である。)スミペックス機能性板は、スミペックスに耐

衝撃性、耐摩耗性や光学的な性質などの特性を付与したメタクリル樹脂板である。

1.1.1 スミペックスのできるまで

住友化学のメタクリル樹脂板の原料である液状のモノマーは、イソブチレン直接酸化法と呼ば

れる方法により作られる。スミペックスキャストシートはこのモノマーをガラスのセルの間で重

合して製造される。一方スミペックス Eの押出板は、連続塊状重合法や懸濁重合法などで製造されたメタクリル樹脂成形材料を押出機にかけシート状に押し出して製造される。 製造方法を次図に示す。

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なお、現在では上記押出板用の原料である成形材料の製造技術が進展著しく、モノマーから直接

重合して得られる塊状重合法(バルクプロセス)による製造法が主流となっている。 本製造法ではキャスト板と同様に懸濁剤などの不純物を含まないことから、よりピュアなアクリ

ル樹脂成形材料が得られるようになった。 現在のスミペックス E においてもすべて同製造法に依っており、それらの特徴を生かして光学用の導光板など広範囲な用途で実績を得ているところである。

1.1.2 環境上の特性

スミペックスはメタクリル樹脂として、環境問題が重要視される時代を迎えて、そのたぐいま

れな耐候性、すなわち長期にわたって使用されるために資源の節約に大きく役立っている。 メタクリル樹脂は、熱分解によって製造原料であるモノマーへの還元を容易に行うことができ、

その収率も極めて高い。樹脂製造時及び成形時のシートの廃棄物などはモノマーに還元され、そ

のモノマーを原料として再び樹脂の製造に用いることにより化学的にリサイクルされている。 また不要になった樹脂や長期使用後のシートが焼却される場合でも、ハロゲン元素を含まない

ために特に有害なダイオキシンのようなガスの発生がなく、通常の燃焼では水と二酸化炭素にな

り、環境への負担が少ないプラスチックである。メタクリル樹脂は 1940 年代に商業生産が開始されて以来長い歴史を有する樹脂であり、環境の二十一世紀にも適した樹脂である。 スミペックスは、その優れた性質を持つメタクリル樹脂から作られたシートである。

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1.2 スミペックスシートの品種と特徴

スミペックスシートは、メタクリル樹脂の特徴を備えた広範囲な応用に対応した種々の品種を用

意している。スミペックスシートの品種として、一般用の汎用板であるスミペックス(特に断わら

ない限りスミペックスはキャストシートを表す)と押出板のスミペックス Eと、これらに特徴のあ

る性質を持たせた機能性板があり、用途に応じて用いられる。 この技術資料は、汎用のスミペックスを中心に、スミペックス E を加えた① 諸物性、② 加工

性、③ 設計と施工方法および④ 取得認定書や使用上の注意などの資料集である。機能性板については、一般的な事項は汎用板に準ずる。この機能性板のうち主な品種の特徴や用途、加工上の注意

などは個別の技術データシートを用意しているので参照のこと。

1.3 スミペックスの品種と一般的性質

1.3.1 スミペックスの品種

スミペックスの汎用板と機能性板及び接着剤の品種を次の一覧表に示す。

キャストシート 000 (透明) 色板 汎用板

押出板 E 000 (透明) 耐衝撃板 GT ES 制電・帯電防止板 AS スミエレックⅡ 耐擦傷板 E MR

010 / 013 / 006 005 ST 923 E 011, E005 透過光コントロールシート スモーク各種 FT MT, WT KT E / ES /EM / E NG (ノングレア) 拡散光コントロールシート オパールシート各種

透光性遮音版 スミカクリーン E スミカクリーン ED 耐熱板 HR(旧品)

機能性板

易成形板 SA, CX 接着剤 セメント 7 / シラップ

機能性板は個別の技術データシートを用意してあるので参照のこと。

スミペックスシートの各品種のサイズ、厚さなどについては、品種表を参照のこと。

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1.3.2 スミペックス(汎用メタクリル樹脂板)の一般的性質

スミペックス(キャストシート)は、1枚ごとのバッチ生産で生産されるため、厚さやサイズ

が豊富である。スミペックス Eは、押出板で連続生産されるので、多量生産に対応したメタクリ

ル樹脂板である。 <特徴・用途>

無色透明から多くの色板やオパールシートがあり、看板、ディスプレイ、仕切り板、ケース、

照明など幅広く利用されている。 スミペックス 000は、長期使用における耐候性、耐クリープ性(経年変化量)に優れ、軽量で

強靭である。超大尺、極厚板による水族館用の水槽用もある。 スミペックス Eは、生産性が高いので経済的である。

表1は透明板のキャストシートのスミペックス 000と押出板のスミペックス E 000の一般物性

である。これらの板のオパールシート及び色板の物性は、透明板の物性にそれぞれの特徴を除いて

ほぼ同じである。 なおスミペックスシート(汎用板)の一般的性質は、規格などの試験方法で測定される物性で、

すべての測定条件が決まっており、値は一つである(シングルポイント)。 また温度変化、時間変化、光線の波長などが変化した場合の測定値は複数あり、これらはグラフ

などで表せる(マルチポイント)。これらのデータはスミペックスの基礎的性質を参照のこと。

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表1 スミペックス、スミペックス Eの一般物性

(板厚:3mm)

1* 3mm厚さで実質上可視光の吸収がない。 2* ノントラッキング 3* アニール後:アニール 80℃ 16h これらは代表値であり、保証値ではない。

1.4 スミペックスシートと各種透明プラスチックシート、ガラスとの相対比較物性

スミペックスシートはメタクリル樹脂板として、他の透明プラスチックと比較すると以下の特性を

有する。 ① 透明性が最も高い。 ② 耐熱性は中間的。 ③ 耐衝撃性も中間的。但し、耐衝撃性を向上させた各種耐衝撃板がある(スミペックス GT、スミペックス ES)。

④ 耐候性は最も高い(可視光線領域において、樹脂による吸収がほとんどないためである)。 ⑤ 表面硬度が大きく耐磨耗性は最も高い。硬度や耐擦傷性はガラスには劣るが、これを格段に向上させた品種がある(スミペックス E MR、スミエレックⅡ)。

⑥ 制電・帯電性はほぼ同じである。但し、これらを改良した品種がある(スミペックス AS、ス

物性 試験方法/条件 単位/分率 スミペックス スミペックス E

光学的性質 全光線透過率 ヘーズ 屈折率(nD

20)

JIS K 7361-1 JIS K 7136 JIS K 7142

% %

92.61*

0.3 1.49

92.61*

0.3 1.49

機械的性質 引張破壊強さ 引張破壊伸び 曲げ強さ 曲げ弾性率 アイゾット衝撃強さ シャルピー衝撃強さ ロックウェル硬度 鉛筆硬度

JIS K 7162 JIS K 7162 JIS K 7171 JIS K 7171 JIS K 7110(ノッチ付き)JIS K 7111(ノッチなし)JIS K 7202-2 JIS K 5600-5-4

MPa

% MPa MPa kJ/m2 kJ/m2

Mスケール

79

4~7 120

3200 1.7 17

100 2H~3H

75

2~5 120

3200 1.7 17 98

2H~3H 熱的性質

荷重たわみ温度 連続最高使用温度 熱伝導率 線膨張係数 比熱 成形戻り温度 加熱寸法変化率

JIS K 7191-2(A) JIS A 1412 JIS K 7197 JIS K 7123 住友化学法 160℃

℃ ℃

W/(m・k) K-1

kJ/kg・K ℃ %

1063*

80 0.19 7×10–5

1.47 87 2

973* 77

0.19 7×10–5

1.47

電気的性質 表面抵抗率 体積抵抗率 絶縁抵抗 耐電圧 誘電率 (60Hz)

(1000Hz) 誘電正接(60Hz)

(1000Hz) 耐アーク性 12.5kv

JIS K 6911 JIS K 6911 JIS K 6911 JIS K 6911 JIS K 6911 JIS K 6911 JIS K 6911 JIS K 6911 JIS K 6911

Ω

Ω・cm Ω

kV/mm s

>1016 >1015 >1015

20 3.3 3.0

0.06 0.04

NT2*(90sで発火)

>1016 >1015 >1015

20 3.3 3.0 0.06 0.04

その他

比重 吸水率(24時間)

JIS K 7112(A) JIS K 7209

- %

1.19 0.3

1.19 0.3

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ミエレックⅡ)。 一般的な透明プラスチック及びガラス板の比較物性を表 2に示す。

表2 スミペックスと透明プラスチック及びガラスの物性比較

物性 試験方法 単位/

分率

PMMA GPPS AS PVC PC PET系***

ソーダ

ガラス

***** 比重 JIS K 7112 1.17-1.20 1.04-1.09 1.08-1.10 1.35-1.45 1.2 1.27 ca 2.5 全光線透過率* JIS K 7361-1 % 92.6 88.6 86.8 83.8 86.8 87-88 90 屈折率 JIS K 7105 1.49 1.59-1.60 1.56-1.57 1.52-1.55 1.59 1.57 ca 1.52 引張強さ JIS K 7113 MPa 61-75 45-63 67-84 35-63 56-67 53 引張破壊伸び JIS K 7113 % 2-10 1-2.5 1.5-3.7 2.0-4.0 100-130 300 曲げ弾性率 JIS K 7203 MPa 310-330 280-350 280-390 250-420 246 230-240 7300 曲げ強さ JIS K 7203 MPa 91-120 61-98 98-130 70-110 95 83-84 50 圧縮強さ JIS K 7181 MPa 84-130 81-112 98-120 56-91 88 アイゾット衝撃強さ

(ノッチ付) JIS K 7110 kJ/m2 1.6-2.8 0.25-0.4 0.35-0.50 0.4-20 12-17.5 9

シャルピー衝撃強さ (ノッチ付)

JIS K 7111 kJ/m2 3.8 1.7 4.0 65

ロックウェル硬さM JIS K 7202 85-105 65-80 80-90 65-85(ショア) 70 41 ca 6.5 (モース硬度)

熱伝導率 ASTM C 177 kW/(m・℃) 0.17-0.25 0.1-0.14 0.12 0.13-0.29 0.19 0.86 比熱 ASTM C 351 kJ/(kg・℃) 1.42 1.34 1.34-1.42 0.83-1.17 1.25 0.74 線膨張率 JIS K 7197 10-5/℃ 5-9 6-8 3.6-3.8 5-18.5 6.6 5.8 0.85 耐熱温度(連続) ℃ 60-88 66-77 60-96 66-77 121 720-730

**** 荷重たわみ温度 JIS 7207

181.3 N/cm2 ℃ 80-105 - 104 88-104 54-79 129-141 70

(アニール)

体積抵抗率 JIS K 6911 Ω・cm >1015 >1016 >1016 1016 2.1x1016 耐電圧 短時間 JIS K 6911 kV/mm 17.7-21.6 19.7-27.5 15.7-19.7 16.7-51.1 15.7 段階上昇 JIS K 6911 kV/mm 13.8-15.7 15.7-23.6 11.8-23.6 14.7-29.5 14.3 誘電率 60 c/s JIS K 6911 3.5-4.5 2.45-2.65 2.6-3.4 3.2-3.6 2.97-3.17 106 c/s JIS K 6911 2.2-3.2 2.4-2.65 2.6-3.1 2.8-3.1 2.96 誘電正接 60 c/s JIS K 6911 0.04-0.06 0.0001-

0.00030.006-

0.0080.007-0.02 0.0006-

0.0009

106 c/s JIS K 6911 0.02-0.03 0.0001- 0.0004

0.007- 0.010

0.006- 0.019

0.009- 0.010

成型収縮率 JIS K 7152-4 0.2-0.6 0.2-0.6 0.2-0.7 0.1-0.5 0.5-0.7 吸水率

24h/3.12mm JIS K 7209 % 0.3-0.4 0.03-0.10 0.2-0.3 0.07-0.4 0.15 0.13 0

燃焼速度 JIS Z 2391 cm/min 3.0 自己消火性 自己消火性 燃えない

弱酸の影響 なし なし なし なし なし なし 強酸の影響 酸 化 性 酸

に 侵 さ れ

同左 同左 なし 徐々に 侵される

なし

弱アルカリの影響 なし なし なし なし 耐える なし 有機溶剤の影響 ケトン,

エステル ,芳香族, 塩 素 化 炭

化 水 素 に

溶解

同左 同左 芳香族,塩素化炭化水素

に溶解、パ

ラフィン系

炭化水素に

耐える

なし

* 全光線透過率は Ttと記していた。ISOと JISではτtと変更になった。 ** 成形材料。シートでは熱成形時の加熱収縮率はプラスチックとその品種により測定法が異なる。 PMMA:JIS K 6718-1(キャスト)、JIS K 6718-2(押出板)、PVC:JIS K 7133、PC:JIS K 6735 *** PETG(PETとポリジメチレンシクロヘキシレンフタレートの共重合体)板(EC社) **** 軟化温度

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***** ソーダガラスのデータは N社 (PMMAは自社データ、他は市販品の情報を元にまとめた。)

1.5 メタクリル樹脂板スミペックスの基礎的性質

1.5.1 一般物理的性質

1.5.1.1 比重

比重はスミペックスおよびスミペックス Eに共通である。 比重は 1.19 で、透明樹脂の中では重い方である。比重は温度が上昇するに従い低下する。温度依存性を図 1に示す。

図1 メタクリル樹脂の比重の温度依存性

(「アクリル樹脂」PMMAの比容から作成 / 浅見 日刊工業新聞社より算出)

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May, 2008 12

1.5.1.2 吸水性

メタクリル樹脂であるスミペックス(キャストシート)およびスミペックス Eは吸湿、吸水する。常温の飽和量は約 2%である。スミペックスの吸水・吸湿による吸水量の変化および物性の変化を次に示す(スミペックス Eはこれに準ずる値を示す)。

1.5.1.2.1 吸水量の変化

相対湿度と吸水量 スミペックスの吸水量は相対湿度の上昇により増加する(図 2は常温における場合)。

図2 スミペックスの吸水率の湿度依存性

吸水量の時間変化 吸水量の時間変化は相対湿度が大きいほど急激に増大し平衡に達する。また板厚が厚いほ

ど吸水速度は遅い(図 3)。

(20℃)

図3 スミペックスの吸水量の時間依存性

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水浸漬による吸水率の温度による変化 吸水量は温度が高いほど急激に上昇する。(3 mmの場合が図 4)。

図4 スミペックスの吸水率の温度、時間依存性(3 mm厚)

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1.5.1.2.2 吸水による物性の変化

吸水による寸法変化 常温における飽和吸水率に伴う長さの変化を図 5に示す。 このデータは汎用スミペックス及び基本的な組成が同じのスミペックスも同様である

(スミカクリーン、スミペックス E MR、スミエレックⅡなど)。 (20℃)

図5 スミペックスの吸水率と寸法変化

この場合のスミペックスの寸法変化における空気中の湿度と時間変化を図 6に示す。

図6 スミペックスの空気中の湿度と寸法の時間変化

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吸水と引張強さ、引張弾性率 スミペックスの引張強さや弾性率は吸水によりやや低下する。 図 7はスミペックスキャストシートのデータである。

引張速度 5.0mm/min、チャック間 40mm短冊型試験片

図7 スミペックスの吸水率と引張強さ及び弾性率

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吸水と荷重たわみ温度 スミペックスは吸水とともに荷重たわみ温度がやや低下するが、1.5%でほぼ一定になる。

図8 スミペックスとスミペックス Eの吸水率と荷重たわみ温度

吸水と電気の表面抵抗率、体積抵抗率 スミペックス(スミペックスおよびスミペックス E)は吸水により電気の表面抵抗率と体積抵抗率がやや低下する(図 9)。

図9 スミペックス、スミペックスEの吸水率と表面抵抗率、体積抵抗率

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1.5.1.2.3 吸水量の計算

板厚や温度、湿度や水への浸漬時間などの条件における吸水量を算出できる。

スミペックス 3mm厚の場合の例を次に示す(スミペックス Eはこれに準ずる)。 スミペックスの飽和吸水量と湿度の関係は図 10、温度との関係は図 11、温度と飽和日数との関係は図 12。また湿度と飽和日数との関係を図 13に示す。

図10 湿度と飽和吸水量

図11 温度と飽和吸水量(100%RH)

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図12 温度と飽和日数

図13 湿度と飽和日数

これらの図からMt=α t の関係を使い、与えられた条件における吸水量を求めることができる。 ここに、Mt:t日後の吸水量(%) α:吸水勾配 例:50℃, 80%RH、1000h後の吸水量Mtは?

図 10からMt=1.5%、図 12から 50℃の飽和日数は 70日、これと図 13から 80%RHの飽和日数は 70×0.77=54日 これからα=0.204 1000h=41.6日の Mt =0.204/ 41.6 =1.31%

異なった板厚の場合 なおスミペックスの異なった板厚の場合の吸水については、図 2, 図 3, 図 4などから推定できるが、厳密にはスミペックスの水の拡散係数と計算式から求めることができる。

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1.5.1.2.4 スミペックスの乾燥

吸湿したスミペックスシートは必要に応じて加熱や真空またはデシケーターによって乾燥

する。 真空乾燥における水の減衰率を図 14に、加熱乾燥の場合を図 15に示す(キャストシート

と押出板ではやや異なる)。

図14 スミペックスの乾燥曲線(真空)

図15 スミペックスの乾燥曲線(加熱)

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1.5.1.2.5 各種含水板の調湿挙動

スミペックス(キャストシートと押出板)の含水板を一定の水分に調整する場合は調湿する。 各種含水率における調湿挙動を図 16に示す。

図16 各種含水板の調湿日数と含水率の変化

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1.5.1.2.6 スミペックスの吸水率と加熱発泡温度

スミペックスは吸水すると熱成形などにおいて高温になると表面が発泡するので注意が必

要である。 2mm厚の場合の吸水率と加熱発泡温度の関係を図 17に示す。キャストシートと押出板で

は異なり、スミペックス Eはスミペックスより発泡温度が低く、また吸水量が大きいと発泡温度が低くなる。スミペックスは 200℃以上で分解が起こる。

試験方法:オーブン加熱(20分)による判定法

図17 スミペックスの吸水率と発泡温度の関係

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1.5.1.3 ガス透過性

スミペックス(キャストシートと押出板)のガス透過性は表 3の通り。測定値は定圧下で水銀柱 10mmHgの圧力変化を与えたときの単位厚さ当り、単位面積当り、単位時間当りの気体の体積で表す。

表3 各種樹脂のガス透過率

気体透過率(cc/cm・cm2・s・10mmHg)

スミペックス PVC LDPE-HDPE

水素(H2) 3.3×10-10 2.7×10-10 6.5-2.8×10-10 窒素(N2) <1.0×10-11 1.8×10-11 6.5-2.7×10-10 酸素(O2) <1.0×10-11 5.5×10-11 5.5-0.8×10-10 炭酸ガス(CO2) <1.0×10-11 1.4×10-10 7.9-3.7×10-10

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1.5.2 耐候(光)性

メタクリル樹脂は、紫外・可視光領域において吸収がほとんどないために、耐候性に極めて優

れている(キャストシートと押出板ではやや異なる)。 耐候性は屋外暴露のデータが信頼できるが、地域、季節及び年変動により一律に評価できない。

これに対して実験室光源の暴露試験では一定の条件で評価でき、また加促性を持たせることもで

きる。しかしながら、実験室光源の種類や装置のメーカーなどで信頼性の高いものはない。従っ

て、耐候性の試験の評価は相対的な目安としてのみ有用である。この場合、実験室光源は太陽光

をシミュレートすることが重要である。キセノンアークタイプのものは紫外と可視光域では太陽

光に近似しているが赤外光が多く、熱による劣化が大きくなる恐れがある。一方、これまで多く

用いられてきたオープンフレームカーボンアーク(通称サンシャインウエザオメーターSWOMの光源)は可視、赤外光が近似しているが紫外光がかなり多い。そのため紫外光による劣化の

加促性が大きい。しかし、試料特に着色試料では屋外暴露との近似性は一定ではない。従って、

実験室光源による試験結果については、充分注意して評価しなければならない。 1.5.2.1 スミペックスと他透明樹脂との比較

スミペックスは、長期の実験室光源(SWOM)による暴露でもほとんど変化がない。 スミペックスと他の透明プラスチック板との全光線透過率の変化を図 18に示す。

図18 各種透明樹脂の耐候性(1)

(SWOMによる実験室暴露)

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また暴露による黄変着色度を表す刺激純度peも同じく他材料に比較して変化が少ない(図 19)。

(注)刺激純度は色の基本である三刺激値 XYZから求まるもので、ある色相(この場合は黄色)にお

いて彩度がないもの(無色)が 0%、もっとも鮮やかな彩度の場合が 100%である。

図19 各種透明樹脂の耐候性(2)

標準反射板の刺激純度 peは 4.5% (SWOMによる実験室暴露)

1.5.2.2 スミペックス、スミペックス Eの屋外暴露と実験室光源による耐候性の比較

屋外暴露及び実験室光源によるスミペックスキャストシート及びスミペックスEの引張強さと伸び、曲げ強さとたわみ、全光線透過率、黄変度(YI)などの耐候性を次図に示す。 屋外暴露と実験室光源(SWOM)による比較では、これらの物性に限れば屋外暴露 1 年が

SWOMで 100h~150hに相当するようにみられるが、あくまで目安である。従って、また当然ながら着色物ではこれがそのまま当てはまらないので注意が必要である。

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屋外暴露試験 (高槻、南面 45° 10年間)

サンシャインウエザオメーターSWOM照射試験 (実験室光源法、1500h)

スミペックスのキャストシートと押出板の比較ではキャストシートが暴露による変化が少なく、

耐候性がよい。

○ スミペックス ● スミペックス E 実線 左目盛り 点線 右目盛り

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1.5.2.3 スミペックスの UVAと耐候性

スミペックスシートは必要に応じて紫外線吸収剤UVAを添加して耐候性を上げている。UVA添加量多いほど、また厚肉ほど変化が少ない。図 20に示すように屋外暴露 4年~5年では透過率差 3%~5%程度が低下、10年暴露ではややこれより低下する。なおサンシャインウエザオメーター(SWOM/オープンフレームカーボンアーク)による実験室光源による暴露では UV性能に変化はない。

図20 スミペックスキャストシート屋外暴露紫外域スペクトルの変化

1.5.3 光学的性質

メタクリル樹脂としてのスミペックス(キャストシートと押出板)は可視光線領域ではほとん

ど光線の吸収がない(10mmあたり約 0.2%である)。従って、通常の使用では表面反射を除いたものが全光線透過率となる。反射率は理論的に屈折率から決定される(表面反射は、二つの表面

で約 3.7%の反射がある)ので、通常の使用するスミペックスの全光線透過率は理論値にほぼ同じの 92.6%である。 注:他のプラスチックはメタクリル樹脂ほどの透過率はないので、この数値より大きいデータのものは注意

する必要がある。すなわち、測定値に問題があり、JIS K 7105による値では、測定装置の積分球効率の影響があり正しい値ではない。新たに制定された JIS K 7361-1による測定値が正しい。同様に新たに制定されたヘーズも JIS K 7136による値に信頼性がある。

スミペックスの光学的性質をみる場合は、用途によって、可視光線のみならず赤外線、紫外線

に対する透過率も必要になる。参考のためにこれら電磁波の全体の図を図 21に示す。

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図21 電磁波、周波数帯域及び波長帯域

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1.5.3.1 屈折率

波長依存性 スミペックス(キャストシートと押出板)の屈折率は常温でナトリウム D 線に対して 1.492

で、普通の無機ガラス(nd=1.52)より僅かに低い。屈折率の波長依存性は図 22の通りである。

図22 屈折率の波長依存性

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表 4 にスミペックス(キャストシートと押出板)の屈折率及びその温度依存性、相対分散、臨界角の値を示す。耐衝撃性板や耐熱板は若干異なる。

表4 スミペックスの他の光学特性

スミペックス 屈折率 589.3 nm (ナトリウム D線) 1.492 アッベ数(nD-1/nF-nc)* 57.8 屈折率の温度係数 dn/dT 1.3×10-4/℃ 可視光線の臨界角(ナトリウム D線) 42°

*:相対分散ともいう。

臨界角は、媒体(この場合メタクリル樹脂板)の中でこの値以上の角度で光線が入射すると、

界面で屈折しないで反射する角度である。 アッベ数は、光学材料の光の分散性を規定する量で次の式で表される。

CF

DD nn

n−−

=1

ν

Dν :アッベ数 Dn :ナトリウム・フラウンホーファー線の D線(589nm) Fn :ナトリウム・フラウンホーファー線の F線(486nm) Cn :ナトリウム・フラウンホーファー線の C線(656nm)

アッベ数が大きいと屈折率の波長依存性が小さい。プラスチックは無機ガラスより大きいが、

PMMAは PSに比べて小さい。波長依存性は図 23の通り。

図23 メタクリル樹脂(PMMA)とガラスの屈折率の波長依存性

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温度依存性 スミペックス(キャストシートと押出板)のナトリウム D線では温度係数(dn/dT)は

1.3×10-4/℃である。

Polymer Hand Bookによるデータ(G. Schreyer “Konstruction mit Kunststoffen” Carl Hanser, München,

1972)を表 5に示す。 Nd = 1.492-d(nd/dT)

ここに d(nd/dT)=0.00011 (ガラス転移点以下) =2.1 (ガラス転移点以上)

で 1℃あたりの変化量である。

表5 メタクリル樹脂の屈折率の温度依存性

温度 屈折率

0℃ ≒1.4945

60℃ ≒1.4879

80℃ ≒1.4857

但し、弾性体を含有する耐衝撃性板や化学的組成の若干異なる耐熱板はこの値とやや異なる。

1.5.3.2 光線透過率

1.5.3.2.1 波長依存性

紫外、可視、赤外領域のスミペックス 000クリア(厚み別)とガラスの光線透過率は図 24に示す。

図24 スミペックス 000クリアの光線透過率波長依存性

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スミペックス 000の紫外域吸収スペクトルの厚み依存性(2mm~10mm)(図 25, 図 26)。

図25 スミペックス 000クリアの紫外域吸収スペクトルの厚み依存性

図26 スミペックス 000クリアの遠赤外領域の吸収スペクトル

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1.5.3.2.2 温度依存性

汎用のスミペックス(キャストシートと押出板)は温度依存性がないが、耐衝撃板は温度

の上昇に伴い、やや低下する。

図27 スミペックス GTとスミペックス Eの全光線透過率の温度依存性

1.5.3.3 反射率

スミペックス汎用グレード(キャストシートと押出板)の反射率は平面に直角に入射した時

(入射角 0°)は 3.7%であるが入射角が、増大すると増加する。

図28 スミペックスの入射角による反射率

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1.5.3.4 ヘーズ

汎用のスミペックス(キャストシートと押出板)のヘーズの温度依存性はないが、耐衝撃

性のスミペックス GTは温度の上昇にともないヘーズが大きくなる。

図29 スミペックス GTとスミペックス Eのヘーズの温度依存性

1.5.3.5 複屈折

メタクリル樹脂板を熱成形した板は、分子配向により光学的に異方性となり主方向の屈折率、

すなわち複屈折率は最高で 1×10-3となる。さらに高度に配向しているものはこの値の 10 倍程度になる。またメタクリル樹脂板が常温で曲げなどのストレスが生じた場合や加熱状態で延伸

された場合に、複屈折が大きくなる。

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1.5.3.6 全反射―エッジライティング

光線がスミペックスシートにある角度で入ると図 30のような経路で反対側に出るが、臨界角(42 1゚0’)以上の光はスミペックスの内部から外に出ることができず、全部スミペックスの中

を通るようになる(図 31)。これを全反射という。

図30 スミペックスの光の屈折

図31 スミペックスの全反射 (臨界角)

この全反射を利用したのがエッジライティングである。 平板では、45 の゚切り込みを入れるのが最も効果的である(図 32左)。 ロッドでは半径r>2t(t:板厚)とすると光は外へ出ないで反対側の出口から出る(図 32右)。

図32 エッジライティング

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1.5.3.7 色板の光線透過性

スミペックス(キャストシート)の色板は、耐候性のよい染顔料を用いている。代表的な透明色

板の透過スペクトルを図 33に示す。

図33 スミペックス透明色の可視光線吸収スペクトル

1.5.3.8 他のプラスチック及びガラスとの光学的性質の比較

表 6 に示すように、スミペックス(キャストシートと押出板)の全光線透過率は普通ガラス(ソーダガラス)及び他の透明樹脂より大きい(可視光線領域では実質的に吸収がないため理論値

の透過率を示し最大の値(92.6%)を有する)。

表6 各種透明材料の光学的性質(代表的な値 20℃)

スミペックス PS AS樹脂 ポリカー

ボネート

PVC ソーダ

ガラス

全光線透過率(%) 92.6 88.6 86.8 86.8 83.8 90.2

ヘーズ(%) 1.0以下 4.0 9.7 8.2 7.1 -

紫外線透過短波長(mμ) 252 298 296 300 305 310

屈折率 1.49 1.58 1.57 1.58 1.54 ca 1.52

分散値(nF-nc) 0.0087 0.0188 0.0193 0.0197 0.0104 -

アッベ数 57.8 31.3 29.5 29.6 51.8 -

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1.5.4 熱的性質

1.5.4.1 線膨張率

スミペックスシートの熱膨張係数は、熱可塑性プラスチックとして金属より大きい(約 10倍)。プラスチックの中ではポスチレンよりやや大きいが、PVCや PCとほぼ同じである。 具体的には、1mの長さのスミペックスは、温度 20℃の変化に対して約 1.5mmの伸縮がある

ので、設計上この点を考慮する必要がある。 また温度によりやや変化し、温度が高くなるほど大きくなる。キャストシートも押出板も同

じ値である(表 7)。

表7 スミペックスの線膨張率の温度依存性

試験方法 ASTM D 696

線膨張率 単位 スミペックス スミペックス E 温度 -40℃ cm/cm・℃ 4.8×10-5 4.8×10-5

-20℃ cm/cm・℃ 5.2×10-5 5.2×10-5 0℃ cm/cm・℃ 5.6×10-5 5.6×10-5

20℃ cm/cm・℃ 6.8×10-5 6.8×10-5 40℃ cm/cm・℃ 7.7×10-5 7.7×10-5

熱膨張による伸びは次式から計算できる。(-70℃~+70℃) 伸び%=0.0068t+0.000015 t2 t:温度℃

1.5.4.2 荷重たわみ温度

スミペックスシートの耐熱性の目安となる荷重たわみ温度(DTUL)は、荷重により異なる。スミペックス各品種の一般的性質に示す表の値は荷重が 1.82MPaのものである。

注 これは従来「加熱変形温度」と称されてきたが、試験の荷重によるたわみの程度を示すのにかかわらず、あたかもそのまま耐熱性を表すように誤解されるので、「荷重たわみ温度」と称することとなった。

DTUL は、熱成形品では延伸過程で発生するひずみの程度によって値が変わり、ひずみが大

きいほど小さくなる。ひずみは主として冷却の際に冷却速度に依存し、急冷すると DTULが小さくなり、温度が上がると変形しやすくなる。 ひずみはアニーリングにより小さくすることができる。

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1.5.4.3 耐熱性

1.5.4.3.1 成形戻り温度

スミペックスシートは加熱して軟化状態にし、自由に成形ができる。成形したものは、延

伸によるひずみが発生するので成形しない場合よりも、耐熱性-使用耐熱温度が低くなる。

すなわち温度が高くなると成形前の形に戻ろうという性質(エラスチックメモリー)がある

ため、板あるいは成形物を使用する場合は使用する環境温度に留意する必要がある。この目

安となるものが成形戻り温度であり、キャストシートと押出板や機能性板ではやや異なる。 成形戻り温度は、フリーブロー(型を使わないで空気圧で自由に膨らませる)で成形した

直径 20cmの半球の頂点が 100minに 0.5 mm変形して低くなる温度で示す。スミペックスキャストシートの成形戻り温度は通常約 85℃である。スミペックス Eは 91℃である。 種々の温度における値を図 34に示す。この図にみられるようにスミペックス及びスミペックス Eは 80℃以下あれば実用上問題となるような変形は起こらない。すなわち成形品を含めて実用耐熱温度は 80℃である。スミペックス Eはややスミペックスより高いが、使用条件により異なるのでほぼ同じである。

図34 スミペックスとスミペックス Eの フリーブロー半球成形品の成形戻り

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1.5.4.3.2 加熱たわみ量

スミペックスの耐熱性を向上させたものが耐熱性スミペックス(旧品 HR)で、汎用スミペックス(キャストシート)に比較して、荷重下のたわみが少なく、荷重たわみ温度が 10℃向上している。 スミペックスキャストシートと耐熱性スミペックス(旧品 HR)の自重による加熱時のたわみ始める温度も10℃高い(図35)。耐熱性スミペックス(旧品HR)の連続使用温度は90℃である。

図35 スミペックスと耐熱性スミペックス(旧品 HR)の加熱たわみ量

評価方法 自重たわみ測定方法(右図) 長さ 100mm、のサンプルを片持ちにし、種々の温度のオーブン中に1時間保持した後のたわみ量を測定する。 板厚 2mm

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1.5.4.4 熱伝導率

一般的なメタクリル樹脂の熱伝導率(キャストシートと押出板)は、温度とともに上昇する

が、100℃のガラス転移温度をこえると減少する(図 36に文献値)。

図36 メタクリル樹脂の熱伝導率の温度依存性

(「アクリル樹脂」浅見 日刊工業新聞社)

高温における熱伝導率は、150℃~230℃の範囲ほぼ同じである。 0.1MPaの圧力で、0.19W/(m・℃) 30MPaの圧力で、0.20W/(m・℃)

スミペックス 000 10mmの熱伝導率実測結果 実測結果は、上の文献の図(図 36)と異なるので注意が必要であり、実測値の下の図(図 37)を用いるのがよい(押出板も同じ)。

試験方法:JIS A 1412「保温材の熱伝導率測定方法」 5.2 平板比較法 温度範囲-0℃~20℃ 測定者:日本建築総合試験所

図37 スミペックス 000熱伝導率の温度依存性

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1.5.4.5 比熱

メタクリル樹脂の比熱cpは、下記の通り温度とともに増大する。 25℃ 1.42 kJ/(kg・℃) 100℃ 2.51 kJ/(kg・℃) 150℃ 2.93 kJ/(kg・℃)

1.5.4.6 スミペックスの熱貫流率

スミペックス(キャストシートと押出板)の伝熱を示す熱貫流率をガラス、及び複合窓とし

た場合を表 8に示す。 スミペックスを使用するとガラスの場合に比べて5mm厚では約10%の熱損失が少なくなる。

表8 スミペックスを窓として使用した時の熱貫流率(W/m2・K)

板厚(mm) スミペックス 板ガラス スミペックス/板ガラス

3 5.83 6.29 0.93

5 5.50 6.18 0.89

10 4.79 5.94 0.81

但し、室外伝熱抵抗 r 0=0.05(風速 3m/s) 室内伝熱抵抗 r i=0.11m2・℃/W(日本建築学会推奨値)

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1.5.5 機械的性質

スミペックスの機械的性質は、熱可塑性プラスチックの中では弾性率が高く剛性に富んでいる。

引張強さは大きいが衝撃強さがやや小さい(キャストシートと押出板ではやや異なる)。 衝撃強さが必要とされるものには耐衝撃性板のスミペックス GT、ESがある。 (旧品ではあるが、耐衝撃キャスト板 ITグレードについても参考までに後述する。)

1.5.5.1 引張強さ

引張強さは温度依存性があり、温度が上がると減少する(図 38)。引張破壊伸びは小さく、常温では 2~7%程度である。これは温度の上昇とともに大きくなり、ガラス転移温度付近(約100℃)では 30%以上になる。

引張弾性率は熱可塑性プラスチックの中では最も大きい(図 39、常温で 3,000MPa)。弾性率は、温度の上昇と共に低下し(図 39)、ひずみ速度依存性があり引っ張る速度が大きいと弾性率が大きくなる。

図38 スミペックスキャストシートの引張強さの温度依存性

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図39 スミペックス(キャストシートと押出板)の引張強さと引張弾性率の温度依存性

1.5.5.2 曲げ強さ

曲げ試験による破壊試験では、引張試験の場合のようなノッチ効果(切断面に鋭い切れ込み

などがあるとより小さな力で破断しやすい)が現れにくく、曲げ強さや曲げ弾性率、曲げた

わみのばらつきが小さいので、温度や曲げ速度による値がより正確に測定できる。 曲げ試験では、ひずみ速度が小さくなると(ゆっくり曲げる)試験片が支持端から抜けて破

壊しなくなり、破壊の曲げ強さは測定できなくなる(1.5.5.2.2参照)。 キャストシートと押出板では曲げ挙動がやや異なる。

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1.5.5.2.1 曲げ試験に温度依存性

曲げ強さは温度の上昇とともに減少し(図 40)、曲げ弾性率(曲げ剛性)も同様に温度上昇とともに減少する(図 41)。

図40 スミペックス(キャストシートと押出板)の 曲げ強さと弾性率温度依存性

ASTM D 790 3mm厚 クロスヘッド速度 1.5mm/min

図41 スミペックス Eの曲げ弾性率の温度依存性

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曲げたわみ率は 0℃を境にして上昇が大きくなる。

図42 スミペックス Eの曲げたわみ率の温度依存性

スミペックス Eの曲げ破壊エネルギーは 0℃付近から温度とともに急激に上昇する。

図43 スミペックス Eの曲げ破壊のエネルギーの温度依存性

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スミペックス Eとスミペックス ESの曲げ強さと曲げ弾性率の温度依存性 温度の上昇とともに低下し、両者同様の傾向を示す(図 44, 図 45)。

図44 スミペックス Eとスミペックス ESの 曲げ強さの温度依存性

図45 スミペックス Eとスミペックス ESの 曲げ弾性率の温度依存性

1.5.5.2.2 曲げ強さのひずみ速度依存性

曲げ応力を加える速度が変わると曲げ強さが変化する。スミペックス Eでは 0.036mm/sec以下の速度では破壊は起こらず支持点から試料が脱落する。

図46 スミペックス Eの曲げ強さのひずみ速度依存性

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May, 2008 46

曲げひずみ速度による破壊エネルギーは、曲げ強さとほぼ同様の変化を示す。

図47 スミペックス Eの曲げ破壊エネルギーのひずみ速度依存性

ひずみ速度によるたわみ率は、速度の上昇とともに低下する。

図48 スミペックス Eの曲げたわみ率の ひずみ速度依存性

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1.5.5.2.3 成形品の曲げ強さ

スミペックス(キャストシートと押出板では異なる)の成形品は、コーナー成形部の曲率

半径が大きいと破壊しにくくなる。特に耐衝撃性のスミペックス ESによる成形品は、小さな曲率半径(R)でも高い強さを持っており、Rが大きくなるにつれてさらに大きくなる(図 49)。

図49 スミペックス Eとスミペックス ESの 成形品の破壊強さ

試験方法

試験片:線曲げ加工品

試験機:オートグラフ

試験速度:50mm/min

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1.5.5.3 衝撃強さ

1.5.5.3.1 衝撃強さのノッチ依存性と温度依存性

① 汎用スミペックスはノッチの影響がやや大きく、衝撃強さはやや小さい(図 50)。キャストシートと押出板ではやや異なる。

スミペックスは温度による影響では、低温から 80℃までは、シャルピー衝撃強さはほとんど変化はない(図 51)。

図50 スミペックスキャストシートのシャルピー衝撃強さの温度依存性(1)

図51 スミペックスキャストシートのシャルピー衝撃強さの温度依存性(2)

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May, 2008 49

② 汎用スミペックス(キャストシートと押出板)に対して耐衝撃性のスミペックス GTは衝撃強さの温度依存性が大きく、温度が上がるにつれてかなり増大する(図 52 にデュポン落球衝撃法による耐衝撃強さを示す)。 また正方形の板の端を支持して衝撃を加えた場合の破壊では、汎用スミペックスも耐衝撃

のスミペックス GTも支持幅が大きくなると強さが増す(図 53)。

図52 スミペックス GTとスミペックス Eの衝撃強さの温度依存性

50% 破壊エネルギー 80mm×80mm 重錐: 0.2kg, 0.5kg, 1.0kg n=10

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May, 2008 50

図53 スミペックス Eとスミペックス GTの 衝撃強さの支持スパンによる影響

(強化ガラス JIS 3206:1979の耐衝撃性試験法)

注:衝撃強さの測定方法としては、一般に一端を固定して衝撃を与えるアイゾット衝撃試験と両端を支持して

中心に衝撃を与えるシャルピー衝撃試験があり、これまでは、アイゾット試験が多く用いられてきたが、

一端の固定の際に固定応力にばらつきが出やすく、そのために測定値がばらつく欠点がある。近年は、そ

の恐れがないシャルピー試験が用いられるようになってきている。(欧州はシャルピー試験が主流。

ASTMではシャルピー試験方法は削除され、ISO規格を直接用いるようになった。)

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May, 2008 51

1.5.5.3.2 スミペックスの落錘衝撃強さの温度依存性と厚み依存性

スミペックスキャストシートは、低温領域でも耐衝撃性の低下は小さい(図 54)。押出板のスミペックス E も同じ傾向であるが、キャストシートとはやや異なる。厚さ依存性では、厚くなるほど急激(対数的)に破壊エネルギー(衝撃強さ)が大きくなる(図 55)。

試料 100mm×100mm 2mmシート(10枚テスト) 装置 デュポン衝撃試験機

図54 スミペックスキャストシートの落錘衝撃強さの温度依存性

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May, 2008 52

試料 150mm×150mm JIS K 6718 落球衝撃試験 球 200g 20℃

図55 スミペックスキャストシートの落球衝撃強さの厚み依存性

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1.5.5.3.3 成形品の衝撃強さ

スミペックス ES(耐衝撃版)の箱型成形品の衝撃強さをスミペックス Eとの比較を次に示す。 ① スミペックス ESとスミペックス E成形品の落球衝撃強さ スミペックス ESは実用成形品で高い衝撃強さを有する(表 9)。

表9 スミペックス ESとスミペックス Eの落球衝撃性

項 目 スミペックス ES スミペックス E

平面部破壊強さ(cm)

(試験部厚さ:1mm) 130 55

コーナー部破壊高さ

(試験部厚さ:0.7mm) 60 <25

試験方法 鋼球:225g

真空成形品 板厚 3mm 単位:mm

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② 成形品の高速衝撃性 スミペックス Eをベースに耐衝撃性を向上させたスミペックス ESは、特に高速の耐衝撃性が大きい(表 10と図 56)。

表10 スミペックス ESとスミペックス Eの高速破壊エネルギー

品種 破壊エネルギー (J)

スミペックス ES 60.2

スミペックス E 7.8

図56 スミペックス ESの破壊エネルギー曲線

試験方法 試験機:島津ハイドロショット 撃芯径:1/2インチ 衝撃速度:2m/sec 試験部厚み:1.6mm

真空成形品 板厚 3mm 単位:mm

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May, 2008 55

1.5.5.3.4 スミペックスの衝撃強さ

メタクリル樹脂板と、強化ガラス及び普通ガラスの破壊強度比較。 スミペックスの衝撃による破壊では、強化ガラスや普通ガラスの場合と比べて割れ方が異

なり、ひび割れが入るが破片が散ったりしないので安全性が高い(下図に硬式野球ボールに

よる破壊状態を示す)。

硬球ボールによる破壊状況写真

投球行動:ピッチングマシン使用

使用板厚:各 4mm板

メタクリル樹脂板 ・メタクリル樹脂板が、割れる

ことは、ほとんどないが、万

一割れた場合でも星状の破断

面になり、小破片が飛び散る

ことはない。 普通ガラス ・写真のように、普通ガラスの

場合割れやすく、その破片は

刃物のような状態で、後方 1m以上に散乱する。

強化ガラス ・強化ガラスが割れた場台、写

真のように小破片が細かく飛

び散る。

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May, 2008 56

1.5.5.4 応力緩和

スミペックスは、一定のひずみを与えると、ひずみによって発生する応力が時間とともに減

少する応力緩和現象が見られる。これは板を一定の枠に変形を与えて収めた場合などに起こる。 またアニーリングは、板に内在する内部応力(ストレス)を温度上昇により緩和させる人為的応力緩和ということができる。高い温度では分子の動きが活発で応力を少なくする方向にお互い

に移動する。 スミペックス Eの応力緩和挙動を図 57に示す。

図57 スミペックス Eの応力緩和曲線

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May, 2008 57

1.5.5.4.1 スミペックス Eとスミペックス ESの応力緩和

初期応力を変えた場合のスミペックス Eとスミペックス ES(耐衝撃版)の応力緩和曲線を図 58に示す。

試験方法:万能試験機(オートグラフ)で引張力を負荷し、減衰を測定。

図58 スミペックス ESとスミペックス Eの応力緩和曲線

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May, 2008 58

1.5.5.5 クリープ性

スミペックスは、一定の引張や曲げ応力をかけたままにしておくと、時間とともにひずみ(伸

びや曲げひずみ)が増大するクリープ現象がみられる。 クリープは板に自由な変形を許した状態で一定の力(引張)を加えた場合などに起こり、必

要以上の伸びやたわみを発生する場合があるので設計上の注意が必要である。 このクリープは、温度が上昇すると増大する(図 59 はスミペックス E)。また、荷重が大きくなるとクリープは増大する。

図59 スミペックス Eのクリープ変形

スミペックス Eとスミペックス ESのクリープ性の比較

スミペックス E とスミペックス ES(耐衝撃板)は同じ耐クリープ性を示すが、スミペックス ESは初期の変形が大きいので製品設計に注意が必要である(図 60, 図 61)。

図60 スミペックス ESの クリープの温度依存性

図61 スミペックス ESの クリープの荷重依存性

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May, 2008 59

1.5.5.6 耐疲労性

一定の振動応力を繰り返し加えるとスミペックスは疲労を起こし、限界をこえて破断する。

これは限界疲労応力と振動数の関係で示される。破断時間は加えられる応力とその種類(両持

ち曲げや片持ち曲げ)、その振動数や温度によって異なる。振動数と疲労限界応力の対数は直線

になることが知られている。疲労強さは分子量が大きいものが大きい(スミペックス>スミペ

ックス E)。

ダンベル型試験片の面の中央に正弦波 120/minの荷重を加えた場合の破壊と荷重の関係。 曲げ力は 100Nで、曲げ応力は 40MPa~50MPa。

図62 スミペックスの曲げ疲労の破壊サイクルと荷重

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May, 2008 60

1.5.5.7 圧縮強さ

メタクリル樹脂の圧縮挙動は次の通り(「アクリル樹脂」浅見 日刊工業新聞社より)。 メタクリル樹脂は圧縮応力下では降伏挙動をみせる(図 63)。 降伏挙動である耐圧力は温度の上昇とともに低下する(対数絶対温度と直線関係を示す)。圧縮

弾性率は温度とともに上昇する(これも対数絶対温度とほぼ直線関係にある)。

図63 メタクリル樹脂キャストシートの 圧縮応力-ひずみ曲線

スミペックス Eの圧縮強さを表 11に示す。

表11 スミペックス Eの圧縮強さ

項 目 単 位 スミペックス E

圧縮強さ MPa 116.6

圧縮弾性率 MPa 2.9×103

試験方法:JIS K 7181:94 試験片 :10mm×10mm×30mm 圧縮速度:9mm/min

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May, 2008 61

1.5.5.8 摩擦係数

メタクリル樹脂(PMMA)材料の静及び動摩擦係数を他の材料との比較で下(表 12)に示す。

表12 PMMAの摩擦係数

材料:上/下 静摩擦係数 動摩擦係数

PMMA/PMMA 0.45

PMMA/鋼 0.24

鋼 /PMMA 0.28 0.57

ABS/ABS 0.53

ABS/鋼 0.30

鋼 /ABS 0.24 0.36

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May, 2008 62

1.5.5.9 耐磨耗性、硬さ、耐擦傷性

スミペックスはプラスチックの中でも耐磨耗性に優れ、表面硬度が高く傷つきにくい。

1.5.5.9.1 スミペックスと他材料の表面硬さ、耐磨耗性比較

表面の引っ掻き硬さは、3Hの鉛筆で傷がつく程度で、他のプラスチックに比べて傷がつきにくい(表 13)(キャストシートと押出板ではやや異なる)。

表13 スミペックスキャストシートと他の材料の表面硬さ

順 位

プラスチック

引っ掻き傷がつく

最小荷重(g) 肉眼判定

0.05mm 幅の傷を

つける荷重(g) 顕微鏡判定 肉眼判定 顕微鏡判定

スミペックス 70 91 1 1 硬質 PVC 26 49 2 3 AS樹脂 25 - 3 - ポリアミド6 24 40 4 4 ポリアセタール 17 55 5 2 ポリカーボネート 16 40 6 4 GPポリスチレン 12 - 7 - ABS樹脂 11 34 8 6 ポリプロピレン 10 33 9 7 HIポリスチレン 4 26 10 8

クレメン式引っ掻き硬度計(サファイア針)による。

メタクリル樹脂と他材料のロックウェル硬度と鉛筆硬度、ビッカース硬度の比較 (文献値 表 14-16:出典 プラスチック標準試験方法研究会資料)。

表14 メタクリル樹脂(PMMA)と他材料のロックウェル硬度

ロックウェル硬度 材 料

R(588.4N, 12,7mm) M(981.7N, 6.35 mm) PMMA 120.8~126.2(124.3) 98.5~106.6(103.1) PVC 114.7~123.3(118.5) 57.5~75.1(67.6) HIPS 105.0~116.0(107.9) 24.7~54.5(29.8) PMMA 125 97~104 PVC 120 81 PC 126 72 ABS 111 - PP 114 66

表15 メタクリル樹脂(PMMA)と他材料の鉛筆硬度(文献値)

材 料 鉛筆硬度 PMMA 2H~3H PVC HB PC B~2B ABS <2B~B

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May, 2008 63

表16 ビッカース硬さ(文献値)

ビッカース硬さ

PMMA 19~21

PC 12~15

ビッカース硬さ試験方法:4角錐ダイヤモンド(先端 136°)、圧力/くぼみ面積) 但し、プラスチックへの適用性に難あり。

1.5.6 電気的性質

スミペックス(キャストシートと押出板)の電気的性質の一覧を表 17に示す。

表17 スミペックスの電気的性質の一覧

電気的性質 試験方法 単 位 スミペックス

表面抵抗率 JIS K 6911 Ω >1016

体積抵抗率 JIS K 6911 Ω・cm >1015

絶縁抵抗 JIS K 6911 Ω・cm >1015

耐電圧 JIS K 6911 kv/mm 20

誘電率 60Hz JIS K 6911(準拠) 3.3

103Hz 3.0

0.06 誘電正接 tanδ 60Hz

103Hz

JIS K 6911(準拠)

0.04

1.5.6.1 電気抵抗

スミペックス(キャストシートと押出板)は、表面抵抗率、体積抵抗率ともに 1016Ω以上の

高い電気抵抗を持っており、電気的絶縁材料である。 図 64に各種プラスチック材料の体積抵抗率を示す。 スミペックスの表面抵抗率と体積抵抗率の湿度による影響は図 9を参照。

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May, 2008 64

図64 各種プラスチック材料の体積抵抗率

(文献値:出典不明)

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May, 2008 65

1.5.6.2 帯電性およびスミペックス ASの性能

スミペックスは電気抵抗が高いために、他の一般的なプラスチックと同様に、摩擦などによ

り静電気が発生し帯電する。 帯電防止のスミペックスとして、スミペックス ASおよびスミエレックⅡがある。 ここでは弊社独自技術で開発されたキャスト板製法による持続型帯電防止板スミペックス

ASの性能を紹介する(カタログ抜粋)。 スミペックス ASの帯電防止性能

スミペックス AS は優れた帯電防止性能を有する。スミペックスは一般のスミペックスに hかくして静電気が発生しても帯電圧が低くしかも発生した電圧は速やかに減衰するため、静電

気によるトラブルが起こりにくくなっている。スミペックス ASは、湿度 30~40%程度の低湿度の状態でも帯電防止性を保つ。

スミペックス ASの水洗、加熱成形後の帯電防止性

状態 条件 帯電圧半減期(秒) 表面抵抗率(Ω/□) 使用前 - 2以下 2×1012 成形後 135-170℃で真空成形 2以下 2.5×1012

板を水洗 流水で板表面を洗浄後、乾い

たガーゼで表面を拭いた 15 6×1013

板を水洗 濡れたガーゼで板表面を拭

いた後、乾燥した 15 5×1013

成形片を水洗 成形片を流水で表面を洗浄

後、乾いたガーゼで表面を拭

いた 15 6.2×1013

成形片を水洗 成形片を濡れたガーゼで表

面を拭き、乾燥した 15 7.3×1013

上記の数値は代表値であり、保証値ではありません。

試験方法: JIS L1094に準拠

宍戸商会製スタチックオネストメータ S5109使用

試験条件: 温度 23℃、相対湿度 55%

印加電圧 10KV

印加時間 30秒

スミペックス ASの吸水性

次のページに示すようにスミペックス AS は一般のスミペックスより吸水性がかなり大きく、そのため寸法変化も大きくなるので、反り防止など、設計、仕様に際しては留意する必要があ

る。

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May, 2008 66

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May, 2008 67

1.5.7 燃焼性、粉塵爆発危険性

スミペックスは空気中で硬い木材のように燃える。(ろうそくの燃焼に近く以前ろうそくの代用

にもなったことがある)。燃焼によるすすなどの発生は少なく、きれいに燃える。 ただし押出板のスミペックス Eは燃焼の際に溶融して垂れ下がり、皮膚に触れると思わぬ火傷

を起こすことがあるので注意が必要である。 1.5.7.1 着火性

スミペックスシートは着火燃焼する。使用用途などに応じた各種試験方法による値を以下に

示す。

1.5.7.1.1 着火性試験による燃焼特性

建築物の内装材及び工法の難燃性試験方法(JIS A 1321:1975)による試験結果。

表18 メタクリル樹脂板などの難燃性試験結果

試料

試験項目

メタクリル 樹脂板

しな合板

準難燃材料 改質PC、網入りPVC他(参考)

試 験 体

大きさ(mm) 厚さ (mm) 質量 (g)

221×220 5

291

219×219 6

160

試 験 項 目

温度・時間面積(℃・min) 単位面積当り発煙係数(CA) 残炎時間(s) 裏面空間温度(℃)

466 84

>120 350

414 231 >120

330

<350 - <30 >+50℃

/3min

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May, 2008 68

1.5.7.1.2 着火温度

JPI A 6:1965着火試験-日本塗料工業会規格による。

表19 メタクリル樹脂の着火温度

着火温度

メタクリル樹脂板 380℃

しな合板 290℃

1.5.7.2 ISO規格による着火試験

表20 メタクリル樹脂の ISO/TC92/WG4 着火性試験

試料

測定項目 メタクリル樹脂板

(透明) しな合板

着火時間(s) 61 14

燃焼盛期における煙濃度 (吸光率%)

14 14

1.5.7.3 燃え広がりやすさ

ASTM E 84(UL 723と同じ)による。

表21 メタクリル樹脂の燃え広がりやすさ

トンネル炉内の火炎伝播速度(指数) メタクリル樹脂板 190

木材(合板 厚さ 5mm) 170

1.5.7.4 引火温度及び発火温度

表 22に他材料との比較を示す。

表22 メタクリル樹脂などの引火・発火温度

材 料 引火温度(℃) 発火温度(℃) PMMA 290~300 450~462 PVC 320~340 435~557 PE 341 349 もみ 260 - 木綿 230~266 254

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May, 2008 69

1.5.7.5 酸素指数

メタクリル樹脂の酸素指数は 3mmで 18.8、2mmで 18.6である。メタクリル樹脂キャストシートは酸素指数の標準物質として扱われている(化学技術戦略推進機構(旧高分子素材セン

ター)で販売)。

表23 各種プラスチック及び繊維の酸素指数

プラスチック 厚さ(mm) 酸素指数 メタクリル樹脂 3 18.8 メタクリル樹脂 2 18.6 ポリアミド 6 3 26.3 PE 3 19.3 PE 2 18.8 PP 3 19.0 難燃 PP-A 3 28.1 難燃 PP-B 3 31.9 軟質 PVC 3 26.5 硬質 PVC 3 53.0 ポリオキシメチレン 3 16.1 AS樹脂 2 19.8 透明 ABS樹脂 2 20.0 ABS樹脂板 2 20.0 PS(GF 10%) 3 19.3 ポリカーボネート 3 28.0 フッ素樹脂 3 95.0 綿 21.0 麻 20.5 羊毛 28.1 アクリル繊維 21.4

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May, 2008 70

1.5.7.6 燃焼熱及び燃焼生成ガス

スミペックス(スミペックスおよびスミペックス E)の燃焼による生成ガスは、完全燃焼すると二酸化炭素と水になり、塩化水素などの有害ガスは生じない(表 24)。酸素不足の場合は、一酸化炭素が発生することがあるが僅かであり、またメタクリル酸メチルのモノマーがごく僅

か発生することもあるが毒性は極めて弱い。

表24 各種材料の燃焼熱及び燃焼生成ガス

燃焼生成ガス g/試料 1g 燃焼熱 (kcal/kg) CO CO2 塩化水素HCl

PMMA 6,200 0.08 2.28 0.00 PVC 4,300 0.24 0.38 0.38 PS 9,600 0.39 1.21 0.00 ABS 8,400 0.00 木材 4,400 0.15 2.41 0.00

各種プラスチックの燃焼熱を表 25に示す。

表25 プラスチックの燃焼熱

材 料 燃焼熱(kcal/kg)軟質ポリエチレン 11,140 硬質ポリエチレン 10,965 ポリプロピレン 10,506 発泡スチレン 9,800 ポリスチレン 9,604 ABS樹脂 8,424 AS樹脂 8,320 ポリアミド(ナイロン) 7,371 ポリカーボネート 7,294 メタクリル樹脂 6,265 クロロプレンゴム 6,000 セルロースアセテートブチレート 5,659 FRP 4,494 塩化ビニル樹脂 4,315 ポリウレタン 4,440 セルロイド 4,134 ポリアセタール 4,046 ポリイソブチレン 3,833 フェノール樹脂 3,219 塩化ビニリデン樹脂 2,600 四ふっ化エチレン樹脂 1,004 都市生ごみ 700~2,000 木材 約 4,500 木炭 3,000~4,000 石炭 5,000~7,500 灯油 約 10,500

(物性;プラスチック,22,5,P.41,1971)

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May, 2008 71

1.5.7.7 各種プラスチックの熱的性質と燃焼、燃焼分解物

(財)プラスチック処理促進協会(S59.5刊)

表26 高分子の燃焼生成ガス a

燃焼生成ガス mg/試料 1g 試料(0.1g)

空気 供給量 l/時間 HCI CO2 CO COS SO2 N2O NH3 HCN メタン エチレン アセチレン ガス化率 b(%)

ポリエチレン c 100 50

738502

210195

72 65

185 187

34 9.5

62.5 51.2

ポリスチレン 100 50

619590

178207

6.56.5

18 16

13 6.4

30.0 29.7

ポリ塩化ビニル 100 50

286279

657594

177207 6.5 2.3

11 6.4

69.3 68.8

ナイロン-66 100 50

590563

205194

9.83.5

31 26

40 39

94 82

15 7.4

60.7 55.7

ポリアクリル酸 アミド

100 50

796738

157173

17 32

18 21

16 20

10 13

8.5 4.2

63.3 62.1

ポリアクリロ ニトリル

100 50

556630

108132 56

59 5.97.8 7.4

4.2 37.7 42.7

ポリウレタン d 100 50

666625

173160 3.3

1.121 17

43 37

14 6.4

51.4 44.5

ポリフェニレン スルフィド

100 50

1,7961,892

161219

2.52.5

423451 2.1

1.1 85.1 92.7

エポキシ樹脂 e 100 50

1,138961

153228 2.2

3.316 33

2.34.6

7.4 6.4

52.9 52.7

尿素樹脂 100 50

1,193980 80

22 96.7 92.5

メラミン樹脂 f 100 50

576702

194190

3427

84 136

96 59 81.8

86.6

杉 100 50

1,5731,397

1665 2.0 1.1 2.1

90.6 86.1

a:加熱温度:700℃、但し尿素樹脂のみ 800℃。 b:ガス比率:〔(定量された全成分中の尿素の重量/試料中の尿素の重量)×100〕。 c:ベンゼン及びプロピレンが検出された。 d:ポリエステル系ポリウレタン(トリレンジイソシアナート系)。 e:ジアミノジフェニルメタン(30phr) 硬化エポキシ樹脂。 f:メラミン樹脂の場合燃焼しなかったので、熱分解生成ガスの組成を示している。

Page 72: Pmma 技術資料(物性編)mt01

May, 2008 72

表27 各種プラスチックの熱的性質と燃焼性

分解温度 項目

プラスチック

比熱

cal/g℃

熱伝導率

kcal/mh℃

発熱量

kcal/kg

引火温度

着火温度

℃ 第 1次

第 2次

酸素指数

理論

空気量

Nm3/kg

ポリエチレン 0.55 0.30~0.45 11,000~

11,100 340~350 350 335~450 17.4~19.3 11.5

ポリプロピレン 0.46~0.50 0.07~0.14 10,500~

11,100 340 470 328~410 17.4~19.0 11.6

ポリスチレン GP 0.32 0.04~0.12

〃 HI 0.32~0.35 0.04~0.11

9,600~

9,700 350~370 488~496 300~400 17.8~19.0 10.3

ポリ塩化ビニル硬質 0.20~0.28 0.11~0.25 4.35

〃 軟質 0.30~0.50 0.11~0.14

4,300~

5,000 390 454 200~300 300~610 53.0~26.5

ABS 0.30~0.40 0.16~0.27 8,500~

9,800 - - - 18.8~20.0 -

AS 0.32~0.34 0.10 9,700 370 455 - 19.8 -

ポリ塩化ビニリデン 0.32 0.11 2,000~

2,600 532以上 532以上 225~275 60.0 3.65

メタクリル樹脂 0.35 0.14~0.22 6,300~

7,700 280~300 450~462 170~300 17.3~18.8 -

ポリアミド 0.38~0.40 0.21 7,400 420 424 310~380 24.0~24.3 -

不飽和ポリエステル 0.25 0.36~0.58 ~5,400~ - 483~488 307~370 465~508 - -

ポリウレタン 0.40~0.45 0.06~0.27

〃 フォーム - 0.017~0.33 4,500 310 415 3.6

メラミン樹脂 0.35~0.40 0.25~0.35 4,000~

4,600 - 623 307~380 440~604 31.3~32.0 4.9

フェノール樹脂 0.38~0.42 0.11~0.22 7,600 - - 280~470 30.0 8.0

ユリア樹脂 0.40 0.25~0.36 3,900~

4,400 - - 244~320 320~560 - 5.0

出典:「各種プラスチックの熱的性質および熱分解時の生成物について」

(社)プラスチック処理促進協会(1984)

Page 73: Pmma 技術資料(物性編)mt01

May, 2008 73

1.5.8 耐クレージング性

メタクリル樹脂は他の透明プラスチックと同じく、環境条件によって表面に(まれに内面にも)

クレージングが発生する。 クレージングは硬質材料に、比較的小さな毛髪状のひび割れや、亀裂-クレーズが起こる現象

のことをいう。硬質の材料には「クラック」も発生する。これはクレーズの大きなものというこ

とができる。また、クラックが発生すると材料の機械的性質が大きく損なわれ、使用に耐えない

状態になることがある。 クレージングの状態では一応使用には耐えるが、外観や応力が加わった場合は、破壊する恐れ

があり、透明な材料にとっては大きな問題であり、クレージングは極力避けなければならない。

従って耐クレージン性のよい板、またはこれが起こりにくい環境で使用することが望ましい。 クレージングは、プラスチックの内面に応力があり、または外から応力が加わった場合に起こ

り、化学薬品の浸入や分子量の低い残留モノマーの逸散などで分子間力の配列が限界に達して、

新たな界面を発生させて(破壊)、その応力を緩和させる現象ということができる。すなわちクレー

ズを発生させるクレージングには、直接要因としてのスミペックスに加わる応力とこれに接触す

る化学薬品などの環境要因が関係している。 応力は、機械加工時や熱成型時の内部に発生するもの(分子や急冷による)や取り付けや使用

状態で発生する外部から加えられるものがある。 環境要因としては、化学薬品や溶剤に加え水などの吸収、拡散及び逸散がある。特に接着剤の

使用が多い板の加工では、これによるクレーズの発生が起こりやすく、機械加工した部分、すな

わち端面やバフ仕上げ部では注意が必要である。また印刷や塗装の際の溶剤には注意が要る。ま

れには、シートに貼る装飾シートの粘着剤の残留溶剤でクレーズが発生することもあるので、粘

着シートの選択にも留意する必要がある。 さらに、長期の屋外暴露により板が劣化して解重合によるモノマーが発生し、これが大気中に

逸散して体積収縮を起こし、クレーズを発生させることもあるので注意が必要である。 クレージングを避けるには分子量の大きい板を選ぶ。すなわち、スミペックス Eよりはスミペックスがクレーズの発生が少ない。また、機械加工では加工中の発熱をできるだけ少なくして発

生ストレスを抑えることである。また、熱成形では急速な冷却を避けるなどの注意が必要である。 さらに、汎用のスミペックス及びスミペックス E以外の板、すなわち耐衝撃性や耐擦傷性のスミペックスを使用条件や使用環境に応じて選ぶ。 クレーズの発生要因 クレーズの発生は次の三つの要素に分けられる。

材料 × 直接要因 × 環境要因

組成 射出成形残留ストレス 薬液

分子量 外部ストレス 温度

不純物 二次加工ストレス 湿度

成形品形状

Page 74: Pmma 技術資料(物性編)mt01

May, 2008 74

1.5.8.1 シート材料要因としての分子量と吸水の影響

クレージングは分子量が大きいほど発生しにくく、従って、スミペックス Eよりは分子量の大きいキャストシートのスミペックスが発生しにくい。また含水率が大きくなるとクレージン

グが起こりやすくなる。図 65は、分子量による影響を含水率との関係で示したものである。 試験方法:片持ちはりによる曲げ応力下(最大スキンストレス 14.7MPa)にイソプロピルアルコール塗布。

図65 スミペックスとスミペックス Eの含水率と クレージング発生の関係

Page 75: Pmma 技術資料(物性編)mt01

May, 2008 75

1.5.8.2 化学薬品(環境要因)のクレージング発生応力

スミペックスへの純化学薬品との接触によるクレージング発生ストレスを図 66に示す。また工業用薬品や接着剤などとの接触による場合を図 67に示す。 クレージングの起こりやすさは、スミペックスとスミペックス Eではやや異なる。例えばスミペックス Eに対するイソプロピルアルコールの 10秒後のクレージングストレスは 18MPa、スミペックスでは 26MPaで、スミペックスの方がクレージングが起こりにくい。

50

40

30

20

10

0

(MPa)

スミペックス E

(スミペックス MH )

50

CH2Cl2

CH2Cl2

グリセリンDIDP DOP

グリセリン DIDP DOP DOA エチレングリコール DBP

MEK 酢酸、酢エチ、C2H4Cl2 クロロホルム アセトン、酢酸 MMA、THF トルエン ベンジルアルコール スチレン ベンゼン メタノール キシレン エタノール n-プロパノール イソプロピルアルコール

n-ブタノール

CCl4

DBP

DOA

エチレングリコール

MEK アセトン、C2H4Cl2

酢酸

酢エチ、MMA THF

クロロホルム

スチレン メタノール

エタノール

n-プロパノール

イソプロピルアルコール

n-ブタノール

ベンジルアルコール ベンゼン

トルエン

キシレン

CCl4

10 秒 後 の ク レ | ジ ン グ ス ト レ ス

スミペックス

図66 スミペックスの各種溶剤によるクレージングストレスの比較(1)

Page 76: Pmma 技術資料(物性編)mt01

May, 2008 76

ポリケアーS 15%エタノール水 アクリレン

テトロシンDAN

石油ベンジン

LDA3084A

プロパノールTN

セメント1

セメント7

スミユニG-4

ダイフロンS-3E

43%エタノール水

石油エーテル

10 秒 後 の ク レ | ジ ン グ ス ト レ ス

ダイフロンS-2

石油エーテル

ダイフロンS-3 灯油

IPA-20

セメント7

セメント1,3

LDA3084 スミユニG-4

セメント3

石油ベンジン

灯油 IPA-20

ダイフロンS-2

ポリケアーS 15%エタノール水 アクリレン プロパノールTN LDA3084A ダイフロンS-3

コルコート ダイフロンS-3E

43%エタノール水 ガソリン

コルコート LDA3084

ガソリン テトロシンDAN

(MPa)

スミペックス E

(スミペックス MH ) スミペックス

50

40

30

20

10

0

50

図67 スミペックスの各種溶剤によるクレージングストレスの比較(2)

注 1. 熱を伴った成型加工や実使用条件(組み付け外力、熱応力)で生じた内部応力下で、溶剤接触や湿熱サ

イクルを受けるとクレ-ジングが発生しやすい。 2. アクリル樹脂に親和性のある有機溶剤の影響を受けやすく、接着剤用のプライマーに含まれる酢酸エチルなどは、低応力でもクレージングが発生しやすい。この場合は、プライマーの種類やその乾燥工程の

均一化、安定化が必要である。 3. スミペックスキャストシートの方が、スミペックス E押出板より 3倍~5倍の耐クレージングがある(スミペックスが分子量大きいため)。

Page 77: Pmma 技術資料(物性編)mt01

May, 2008 77

1.5.8.3 温度の影響

クレージングは高温ほど発生しやすくなる。図 68にスミペックス Eの、図 69にスミペックスの例を示す。従って接着や印刷、塗装の作業温度に注意が必要である。

図68 スミペックス E(MH)のクレージングの温度依存性

図69 スミペックスキャストシートのクレージングの温度依存性

Page 78: Pmma 技術資料(物性編)mt01

May, 2008 78

1.5.8.4 表面応力の影響

表面応力が大きいほどクレージングは発生しやすい。片持ちはり応力によるスミペックス Eのクレーズ発生時間を図 70と図 71に示す。

図70 スミペックス Eの表面応力と溶剤クレージング

図71 スミペックス Eの表面応力と溶剤クレージング

Page 79: Pmma 技術資料(物性編)mt01

May, 2008 79

1.5.8.5 クレージングと応力緩和

機械加工や熱成型加工品の応力は加工時間の経過と共に緩和減少するので、次第にクレージ

ングの発生が少なくなる。また、高い温度では応力緩和が起こるので、発生しにくくなる。 アニーリング(熱処理)すると、加工によって発生した応力を緩和し、クレージングの発生

を抑えることができる。

1.5.8.6 スミペックスのアニーリングの一般条件

スミペックスシートのクレージングを抑えるには、スミペックスに発生している応力の緩和

が必要であり、アニーリングが有効である。 スミペックスシートの種類や発生ストレス、使用条件によって異なるが、アニーリングの一

般的なステップは次の通り。アニーリングは空気循環炉(±3℃に調節可能のもの)で行う。 ① 18℃/h以下の昇温速度でアニーリング温度まで昇温 ② 70℃~80℃で T時間保持 T=8t/25 t:板厚 ③ 室温まで T時間冷却 T=6.5t/25 t:板厚

1.5.8.7 スミペックスと耐衝撃性スミペックスの耐クレージング性の比較

スミペックスキャストシートと耐衝撃性スミペックス、ES、GT および耐衝撃改良キャスト(旧品 IT)のイソプロパノールに対するに耐クレージング性の比較を図 72に示す。 耐衝撃改良キャスト(旧品 IT)は、スミペックス ES、スミペックス GTより耐クレージング

性に優れる。

試験方法:定応力―薬液接触法(イソプロパノール使用、25℃ RH50%)

図72 スミペックスキャストシートと耐衝撃性スミペックスの耐クレージング性

Page 80: Pmma 技術資料(物性編)mt01

May, 2008 80

1.5.9 耐薬品性

1.5.9.1 スミペックスとスミペックス Eの耐薬品性

分子量の大きいスミペックスの方がスミペックス E(押出板)より一般的に耐薬品性がよい。 例えば酢酸(30%)や一部のアルコール類、可塑剤(DBP など)では、キャストシートの変化は少

ないが、スミペックス Eではグレーズ発生などをきたす傾向である(表 30、表 33参照)。 スミペックスキャストシートの有機薬品に対する常温及び 60℃の耐薬品性を表 28に示す。無

機薬品への常温及び 60℃耐薬品性を表 29に示す。表 33と表 34は、同じくキャストシートのデータで、表 29や表 30に含まれていない薬品の濃度、浸漬時間や温度のものであり、これらの表から使用条件における耐薬品性を知ることができる。 これらの耐薬品性データは、試験条件(浸漬日数など)や判定基準が異なるため、表記のデータについては同一に扱えないところもあるので参考資料とすること。 スミペックス Eの常温における耐薬品性は表 30に、60℃における耐薬品性を表 31に示す。ま

たスミペックスキャストシートとスミペックス Eの外観から見た常温と 60℃の耐薬品性を表 32に示す。

表28 スミペックスキャストシートの有機薬品に対する耐薬品性(常温と 60℃)

薬 品 名 濃 度 ・ 条 件 状 態 判定

酢 酸 10% 20℃ 5 年間変化なし ◎

100% 20℃ 1 日で膨潤する ×

無 水 酢 酸 20℃ 表面が侵される △

修 酸 飽和溶液 20℃ 5 年間変化なし ◎

60℃ 半年間 〃 ◎

ギ 酸 10% 20℃ 5 年間 〃 ◎

60℃ 半年間で侵される ×

90% 20℃ 1 週間 〃 ×

青 酸 液体 20℃ 1 日で溶解する ×

ガス 20℃ 表面が侵される ×

乳 酸 20℃ 3 年間で表面が僅かに侵される ○

酒 石 酸 飽和溶液 20℃ 5 年間変化なし ◎

60℃ 半年間 〃 ◎

ク エ ン 酸 飽和溶液 20℃ 5 年間 〃 ◎

60℃ 半年間 〃 ◎

現 像 液 ( M Q ) 20℃ 〃 〃 ◎

アセトアルデヒド 100% 20℃ 侵される ×

60℃ 〃 ×

ホ ル マ リ ン 40% 20℃ 5 年間変化なし ◎

◎ 実用上問題なし、○ 実用上差支えなし、△ 実用上差支えあり、× 実用不可

Page 81: Pmma 技術資料(物性編)mt01

May, 2008 81

表29 スミペックスキャストシートの無機薬品に対する耐薬品性(常温と 60℃)

薬 品 名 濃 度 ・ 条 件 状 態 判 定

塩 酸 10% 20℃ 半年間で表面が僅かにくもる ○

60℃ 〃 ○

31% 20℃ 〃 ○

60℃ 〃 ○

硫 酸 10% 20℃ 1 年間で変化なし ◎

60℃ 〃 ◎

30% 20℃ 1 年間で周辺部が僅かに侵される ○

60℃ 〃 ○

98% 20℃ 1 日で膨潤する ×

60℃ 〃 ×

硝 酸 10% 20℃ 5 年間変化なし ◎

60℃ 半年間 〃 ◎

100% 20℃ 1 日で膨潤する ×

憐 酸 10% 20℃ 5 年間変化なし ◎

60℃ 半年間 〃 ◎

弗 酸 濃弗酸 20℃ 1 日で膨潤する ×

塩 素 水 2% 20℃ 5 年間で表面が僅かにくもる ○

過 酸化水素水 10% 20℃ 変化なし ◎

ア ン モ ニ ア 水 35% 20℃ 〃 ◎

60℃ 表面が侵される △

液体アンモニア(100%)

加圧 20℃ 〃 ×

60℃ 〃 ×

苛 性 ソ ー ダ 濃厚溶液 20℃ 5 年間変化なし ◎

60℃ 半年間 〃 ◎

苛 性 カ リ 20℃ 5 年間 〃 ◎

60℃ 半年間 〃 ◎

炭 酸 ソ ー ダ 20℃ 5 年間 〃 ◎

60℃ 半年間 〃 ◎

明 バ ン 飽和溶液 20℃ 5 年間 〃 ◎

塩 化 ア ンモン 〃 20℃ 〃 〃 ◎

塩化カルシウム 〃 20℃ 3 年間 〃 ◎

塩 化 第 二 鉄 10% 20℃ 1 年間 〃 ◎

塩 化 カ リ 飽和溶液 20℃ 〃 〃 ◎

重 クロム酸 カリ 10% 20℃ 〃 〃 ◎

過マンガン酸カリ 1/10 規定液 20℃ 〃 〃(汚染される) ◎

次亜塩素酸ソーダ 飽和溶液 20℃ 〃 〃 ◎

60℃ 半年間 〃 ◎

チオ硫酸ソーダ 40% 20℃ 5 年間 〃 ◎

◎ 実用上問題なし、○ 実用上差支なし、△ 実用上差支あり、× 実用不可

Page 82: Pmma 技術資料(物性編)mt01

May, 2008 82

表30 スミペックス E(3mm厚)の常温における耐薬品性

試薬類 判定

硫酸 30% ○ NaOH 30% ○ 酢酸 30% △~×(0.5年でグレーズ) エタノール 20% △(1年でグレーズ) ガソリン ○ 水 ○ 塩酸 conc (1ヶ月) 硝酸 30% 3ヶ月 修酸 ○ 蟻酸 30% 1ヶ月 乳酸 <1ヶ月 アンモニア水 28% ○ KOH 50% ○ Na2CO3 飽和溶液 ○ Ca(OH)2 〃 ○ CaCl2 〃 ○ NaHCO3 〃 ○ Fe2Cl3 20% ○ カリ明バン 飽和溶液 ○ KMnO4 <1/5N> △(着色) ヘキサン ○ グリセリン ○ DBP <1ヶ月 DOP ○~△(60℃) メタノール 20% <約 1年 エチレングリコール ○ プロピレングリコール ○ 灯油 <約 1年 重油 (出光 A1号) ○ シリコン油 (信越 KF54) ○ 現像液 (フジフィルムミクロファイン) ○ コーヒー ○

試薬類 判定

醤油 ○ 洗剤 (全温度チアー) ○ スピンドル油 ○ ホルマリン <6ヶ月 DMP <10日 ジアセトンアルコール <2日 流動パラフィン ○ m クレゾール <2日 ナフタリン <接触> ○ 整髪剤 (MG5) <1ヶ月 紅茶 ○ 砂糖水 飽和溶液 ○ 食塩水 〃 ○ ソース(イカリ) ○ ミリン(日の出) ○ バター(雪印乳) ○ マーガリン(明治乳) ○ サラダ油(日清製粉) ○ ゴマ油(かどや) ○ スキンクリーム(ニベア) ○~△ヤヤ波ウチ

テレビン油 <3ヶ月 アルキルベンゼン油 <30%> ○ ○印は2年間問題なし

Page 83: Pmma 技術資料(物性編)mt01

May, 2008 83

表31 スミペックス E(3mm厚)の 60℃における耐薬品性

試薬類 判定 1年後の曲げ強度

(たわみ率)

硫酸 30% ○ ○ (○)

酢酸 30% <1 ヶ月

苛性ソーダ ○ <- (○)

Ca(OH)2 ○ - (<-)

NaHCO3 ○ - (<-)

グリセリン ○ ○ (○)

DOP <1 ヶ月

エタノール 20% <1 ヶ月

エチレングリコール ○ <- (<-)

重油 ○ ○ (○)

シリコン油 ○ <- (<-)

洗剤 ○ - (<-)

コーヒー ○ -~-- (-)

醤油 ○ -~-- (<-)

流動パラフィン ○ ○ (○)

砂糖水 ○ - (<-)

食塩水 ○ - (<-)

サラダ油 ○ ○ (<-)

水(湯) ○ -- (-)

AB添 Oil

(アルキルベンゼン)

○ ○ (<-)

○印は2年間問題なし

Page 84: Pmma 技術資料(物性編)mt01

May, 2008 84

表32 スミペックス(キャスト)及びスミペックス E(3mm厚)の耐薬品性-外観変化による分類(常温と 60℃)

-各種物質による経時変化の分類- 分 類 常温浸漬 (20~30℃) 60℃浸漬 備 考

2年間 変化しない物質

硫酸 30% 苛性ソーダ 30% 水 アンモニア水(28%) KOH50%Na2CO3 Ca(OH)2 CaCl2 重ソウ 塩化第二鉄 20% カリ明バン 現像液ガソリン ヘキサン メタノール20%* エタノール 20%* グリセリン エチレングリコール プロビレングリコール 修酸 コーヒー 醤油 洗剤 紅茶 砂糖水 食塩水 ソース ミリン マーガリン バター サラダ油 ゴマ油 (スキンクリーム スコシ膨潤アリ) 重油(A1号) スピンドル油 アルキルベンゼン含潤滑油 流動パラフィン シリコン油 ナフタリン(接触ノミ) ホルマリン***

(1年間変化なし) 硫酸 30% 苛性ソーダ 30% 水(湯) Ca(OH)2 重ソウ グリセリン エチレングリコール DOP** コーヒー 醤油 洗剤 砂糖水 食塩水 サラダ油 重油(A1号) 流動パラフィン シリコン油 アルキルベンゼン含潤滑油

* スミペックス Eはクレーズ発生 ** スミペックス Eは 1か月で肌アレ***スミペックス Eは 0.5~1年でクレーズ発生

6ヶ月程度 変化しない物質

酢酸 30%* テレピン油 灯油 * スミペックスEは0.5~1年でクレーズ多発

1ヶ月程度 変化しない物質

(塩酸 conc*) 硝酸 30%(KMnO4)

DBP** 少し着色

酢酸 30%*** エタノール 20%***

* スミペックス Eは曇り ** スミペックス Eは肌アレ状態 *** スミペックス Eは曇り多い

初期に変化して 使用不可 (供試々薬の内において)

蟻酸 乳酸 DMP ジアセトンアルコール m クレゾール 整髪剤(MG5)

経時変化:重量変化(別紙)と外観観察であるが、上記の結果は主として外観変化からまとめた。

Page 85: Pmma 技術資料(物性編)mt01

May, 2008 85

表33 スミペックスキャストシート(3mm厚)の常温における耐薬品性

試薬類 判定

硫酸 30% ○ NaOH 30% ○ 酢酸 30% <約 1年(○~△)エタノール 20% ○ ガソリン ○ 水 ○ 塩酸 conc (1ヶ月) 硝酸 30% 3ヶ月 修酸 ○ 蟻酸 30% 1ヶ月 乳酸 <1ヶ月 アンモニア水 28% ○ KOH 50% ○ Na2CO3 飽和溶液 ○ Ca(OH)2 〃 ○ CaCl2 〃 ○ NaHCO3 〃 ○ Fe2Cl3 20% ○ カリ明バン 飽和溶液 ○ KMnO4 <1/5N> △ (着色) ヘキサン ○ グリセリン ○ DBP 3ヶ月 DOP ○ メタノール 20% ○ エチレングリコール ○ プロピレングリコール ○

試薬類 判定

灯油 <約 1年 重油 (出光 A1号) ○ シリコン油 (信越 KF54) ○ 現像液 (フジフィルムミクロファイン) ○ コーヒー ○ 醤油 ○ 洗剤 (全温度チアー) ○ スピンドル油 ○ ホルマリン ○ DMP <10日 ジアセトンアルコール <2日 流動パラフィン ○ m クレゾール <2日 ナフタリン <接触> ○ 整髪剤 (MG5) <1ヶ月 紅茶 ○ 砂糖水 飽和溶液 ○ 食塩水 〃 ○ ソース(イカリ) ○ ミリン(日の出) ○ バター(雪印乳) ○ マーガリン(明治乳) ○ サラダ油(日清製粉) ○ ゴマ油(かどや) ○ スキンクリーム(ニベア) ○~△ヤヤ波ウチ テレビン油 <約 1年 アルキルベンゼン油 <30%> ○ ○印は2年間問題なし

Page 86: Pmma 技術資料(物性編)mt01

May, 2008 86

表34 スミペックスキャストシート(3mm厚)の 60℃における耐薬品性

試薬類 判定 1ヶ月 3ヶ月 6ヶ月 1年後 1年後の

曲げ強さ たわみ率

硫酸 30% ○ <+ <- ≒0 ○ (○-)

酢酸 30% <3ヶ月 ++ +++

やや白濁 膨潤

――― ―――

苛性ソーダ ○ <+ <+ + <- (○-)

Ca(OH)2 ○ ++ ++ ++ - (<-)

NaHCO3 ○ + ++ ++ - (<-)

グリセリン ○ <- - - ○ (○)

DOP ○ <- - -

エタノール

20%

<3ヶ月 ++ ++~+++

やや膨潤

―――

(+++

周辺膨潤多)

―――

エチレン

グリコール

○ <- - - <- (○)

重油 ○ <- <- - <- (○)

シリコン油 ○ <- <- - <- (○)

洗剤 ○ + ++ ++ - (<-)

コーヒー ○ + ++ ++ - (○)

醤油 ○ + +~++ ++ - (<-)

流動パラフィン ○ <- <- - <- (○)

砂糖水 ○ + ++ ++ - (<-)

食塩水 ○ <+ <+ + <- (<-)

サラダ油 ○ <- - - <- (○)

水(湯) ○ +~++ ++ ++ - (<-)

AB添 Oil

(アルキルベンゼン)

○ <- - - - ○ (<-)

注 1. 表 33, 表 34データは原シートの結果であり、熱成形や使用条件でクレージング発生等これらより悪くなるこ

とがある。 2. 60℃では、常温に比べて酢酸、エタノール 20%で外観変化に加速性がある。 3. 60℃ 1年後の外観変化の目立たないものについての曲げ強さは、数%から 10%程度の低下する。 4. 高沸点油類より水(湯)を主成分とするものの方が強さの低下が大きい。 5. 耐薬品性の変化 <-, <+ ; 0.5%以下の重量変化 - , + ; 0.5~1.0%の重量変化 --,++ ; 1.0~2.5%の重量変化

Page 87: Pmma 技術資料(物性編)mt01

May, 2008 87

1.5.9.2 スミペックスと耐衝撃性スミペックスの耐薬品性の比較

スミペックスキャストシートと、耐衝撃性スミペックス、ES、GTおよび耐衝撃改良キャスト板(旧品 IT)の耐薬品性の比較を表 35に示す。押出板はキャストシートより劣る。 スミペックス ITは、スミペックスキャストシートとほぼ同じ耐薬品性がある。ESと GTはやや弱い。

表35 汎用スミペックスと耐衝撃性スミペックスの耐薬品性の比較

薬 品 スミペックス

ES

スミペックス

GT

スミペックス

耐衝撃キャスト板

(旧品 IT)

スミペックス

塩酸(36%)

硫酸(98%)

酢酸(20%)

酢酸(100%)

カセイソーダ(15%)

×

×

×

×

×

×

×

×

メタノール

エタノール

イソプロパノール(20%)

イソプロパノール(100%)

エチルエーテル

酢酸エチル

トルエン

n-ヘキサン

ガソリン

タービン油

ブレーキ油

×

×

×

×

×

×

×

×

サラダ油

食塩水(5%)

砂糖水(10%)

洗剤

コーヒー(10%)

評価方法:テストピースを室温で 24時間浸漬し、状態を観察。 試験片:20×60×3mm 評 価:◎…変化無し ○…僅かに表面白化 △…表面白化 ×…溶解

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May, 2008 88

1.5.9.3 スミペックスとスミペックス ASの耐薬品性

スミペックス ASの耐薬品性は、スミペックスキャストシートと同じである(表 36)。押出板はやや劣る。

表36 スミペックスとスミペックス ASの耐薬品性

(室温 24時間浸漬)

色調

板厚

薬品

帯電防止板

スミペックス AS

クリア 3mm

一般品

スミペックス

クリア 3mm

メタノール(10%) 〃 エタノール i-プロパノール(10%) n-ブタノール 酢酸エチル フタル酸ジ-n-オクチル メチル-i-プチルケトン エチルセロソルブ n-ヘキサン トルエン 酢酸(10%) 〃 (100%) リン酸(30%) ホウ酸(飽和) 塩酸(10%) 〃 (36%) カセイソーダ(飽和) アンモニア(29%) 不凍液 ブレーキオイル アセトン

〇 △ × 〇 × × 〇 × × 〇 × 〇 × 〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇 × ×

〇 △ × 〇 × × 〇 × × 〇 × 〇 × 〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇 × ×

評価(外観を肉眼判定):〇 変化なし △ 白化 × 溶解またはクラック ※ 濃度が書いてないものは 100%濃度

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May, 2008 89

1.5.9.4 スミペックス E MRの耐薬品性

スミペックス Eとスミペックス E MRの耐薬品性の比較では表 37に示すようにスミペックス E MRが大きい。

表37 スミペックス E MRの耐薬品性

(3時間接触法)

スミペックスE MR

クリア

スミペックス E

クリア

アルコール (メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール)

○ ○

ケトン(アセトン、メチルエチルケトン) ○ × 芳香族類(トルエン、キシレン) ○ × エステル類(酢酸エチル) ○ × ハロゲン類(塩化メチレン) ○~△ × 硫酸(濃度 30%) ○ ○ カセイソーダ(濃度 30%) ○ ○ 洗剤(酸性、アルカリ性、中性) ○ ○ ガラスクリーナー ○ ○ ○:外観変化無し。 ×:膨潤などの影響を受ける。

1.5.9.5 スミエレックⅡの耐薬品性

スミエレックⅡは表面ハードコートしているため、ほとんどの有機溶剤に侵されない。スミ

ペックス Eと比べた耐薬品性を表 38に示す。

表38 スミエレックⅡの耐薬品性

(3時間接触法)

薬 品 名 濃度(%) スミエレックⅡ スミペックス E

塩酸 36 ○ ○ 硫酸 30 ○ ○ 硝酸 30 ○ ○ リン酸 98 ○ ○ 酢酸 99 ○ × 苛性ソーダ 30 △(やゝ白化) ○ 苛性カリ 30 ○ ○ 過酸化水素 30 ○ ○ アンモニア 99 ○ ○ アルコール (エタノール・メタノール)

99 ○ ○

イソプロピルアルコール 99 ○ ○ ケトン(アセトン) 98 ○ × 芳香族類(トルエン) 99 ○ × エステル類(酢酸エチル) 99 ○ × ハロゲン類(塩化メチレン) 99 ×~△ × 水 - ○ ○

○:外観及び帯電性ともに変化なし △:一部膨潤などの影響を受ける ×:表面コート溶解、全面クラックなどの影響を受ける

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May, 2008 90

1.5.9.6 スミペックスの溶解性

スミペックスは一部の有機薬品に溶解し、また表面が侵される。一般に使用できないものを

表 39 に、常温で侵されないものを表 40 に示す。溶解する溶剤は接着剤などに使われる。溶解性は押出板の方がキャストシートより大きい。

表39 スミペックスの有機溶剤に対する溶解性-1

常温で溶解するもの

* 溶剤型接着剤になるもの

常温で溶解し難いが、表面が侵されたり、曇ったりするもの

(使用できない)

クロロホルム*

アセトン

トルエン

キシレン

二塩化エチレン*

二塩化メチレン*

三塩化エチレン

氷酢酸*

酢酸エチル

テトラヒドロフラン

ジブロムエチレン

ピペリジン

ベンゼン

MEK

(メチルエチルケトン)

フェノール(石炭酸)

MIBK

(メチルイソブチルケトン)

メチルアルコール(10%,50%,100%)、クレゾール、

エチルアルコール(10%,50%,100%)、ソルベントナフサ、ナフタリン、

インプロピルアルコール、テトラリン、デカリン、ブチルアルコール、

モノクロルベンゼン、メチルナフタリン、アリルアルコール、

ジクロルベンゼン、シクロヘキサン、アミルアルコール、塩化ベンゾイル、

シクロヘキセン、ベンジルアルコール、四塩化炭素、シクロヘキサノール、

乳酸エチル、二臭化エチレン、シクロヘキサノン、安息香酸メチル、

パークロルエチレン、メチルシクロヘキサノール、サリチル酸メチル、

四塩化エチレン、ニコチン、酢酸アミル、塩化ブチル、燐酸エステル類、

酢酸ブチル、アセトニトリル、丁子油、酪酸、アニリン、シリコン油類、

ブチルアルデヒド、ニトロベンゼン、ベンズアルデヒド、エチルアニリン、

二硫化炭素、トルイジン、アセトフェノン

表40 スミペックスの有機溶剤に対する溶解性-2

常温で侵されないもの(長期間の使用で表面が僅かに侵されるものも含む)

ヘキサン グリセリン フタル酸エステル類

ケテン エチレングリコール 非イオン系洗剤

石油エーテル メチルアミン 石油(芳香族成分の少ないもの)

パラフィン ステアリン酸エステル 変圧器油

食用油 ジーゼル油 オリーブ油

1.5.10 遮音性能(音響透過損失)

スミペックスシートの遮音性は音響透過損失で表される(表 41)。ガラスに比べて低音は少し小さいが、高音に対しては大きい。

表41 スミペックスの音響透過損失

板厚 (mm) 音響透過損失(1,000Hz/dB)

3 23

6 29

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May, 2008 91

1.5.11 加工性

スミペックスの一般的な加工性は次の通りである。 機械加工性及び熱成型加工性は分子量の大きいキャストシートとこれより小さいスミペック

ス E(押出板)は、若干異なる。 分子量が高いスミペックスは、機械加工における刃先との摩擦熱に対して強く、刃への粘着

が少ない。また刃先による切り欠け(チッピング)が小さい。 熱成形性では、分子量の小さい押出板のスミペックス E が成形は容易であり、半径が小さな鋭いコーナーの成形ができる。

1.5.11.1 スミペックス Eとスミペックス GTの加工性の比較

スミペックス E とスミペックス GT の機械加工、線曲げ加工、真空成形や印刷・塗装性などの加工性の比較を表 42に示す。またスミペックスとスミペックス E及びスミペックス GTの真空成形性の比較図を図 73に示す。真空成形時のコーナーの曲率半径 Rは、スミペックスEとスミペックス GTはほとんど同じであるが、スミペックスでは Rが大きい。

表42 スミペックス Eとスミペックス GTの加工性の比較

項 目 スミペックス GT スミペックス E 備 考

機械加工性 切削性 ○ ○ 打抜き加工 ○ × 板厚 1mm 孔あけ加工(3枚重ね) ○~△ △ 欠けの程度 線曲げ加工性 最小加熱時間 (s) 15 15 丸パイプヒーター(160℃) 加工性 △ ○ 外観(表面) △ △~× 肌荒れの程度(180℃) 真空成形性 コーナー半径 図 73 図 73 延伸部ヘーズの増加 (%) 150℃ 1.4 0.3 面積展開率(2.2倍) (%) 165℃ 2.0 0.3 面積展開率(2.2倍) 印刷・塗装性 インキ(東洋インキ) ○ ○ クロスハッチ及びクレー 塗料(藤倉化成) ○ ○ ズ発生で判定 接着強さ (Mpa) 2.1 2.1 ジクロルメタン、2日後 接着作業性 ○ ○ 溶剤汚点性 ジクロルメタン 1 s △ △ ○:なし ジクロルメタン 10 s × △ △:白濁 シンナー ○ ○ ×:少し汚点あり

<使用上の注意>

① スミペックス GTは、打抜き、シェアリング切断、曲げ加工などで、加工条件によってはシートが白化することがある。

② スミペックス GTは、衝撃強さを高めるためのゴム成分を含んでいるので、弾性率が少し小さくなっており、荷重がかかった場合の変形はスミペックス Eより大きいい。

③ スミペックス GTは、荷重たわみ温度が 95℃であるが、実用耐熱温度は 70~80℃である。 ④ スミペックス GTの印刷・塗装加工では、従来の汎用アクリル用インキ・塗料では耐衝撃性を低下させる場合があるので、強さが必要な場合は予め検討が必要である。

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May, 2008 92

真空成形機:スライド型輻射加熱法

板厚:2mm (真空度:720mmHg)

金型:170mm角 4mmR

図73 スミペックス GT、スミペックス E及びスミペックスの真空成形性

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May, 2008 93

1.5.11.2 スミペックスと耐衝撃性スミペックスの加工性比較

① 真空成形性 スミペックスキャストシートと耐衝撃性スミペックス ES、GTおよび耐衝撃改良キャスト板(旧品 IT)の真空成形性の比較を図 74に示す。

図74 スミペックスキャストシートと耐衝撃性スミペックスの真空成形性の比較

試験方法:コーナー半径 4mmの金型で、温度を変え真空成形により試験、板厚 2mm

② 接着加工性 スミペックスキャストシートと耐衝撃性スミペックスの溶剤による接着加工性の比較を表

43と図 75に示す。 耐衝撃改良キャスト板(旧品 IT)は、スミペックスより L字型の溶剤(塩化メチレン)接着性に優れ、スミペックス Eに近い。

表43 スミペックスキャストシートと耐衝撃性スミペックスの塩化メチレンによる接着加工性

接着強さ(MPa) 破断状態 項目・板厚

2mm 5mm 2mm 5mm 耐衝撃改良キャスト板(旧品 IT) 1.8 3.3 スミペックス 1.4 1.7 Ⅱ Ⅱ スミペックス ES 2.4 3.3 Ⅰ~Ⅱ Ⅰ~Ⅱ スミペックス GT 2.2 3.4 Ⅰ~Ⅱ Ⅱ

試験方法:サンプルサイズ: 30mm×60mmを L字型に塩化メチレンで接着。23℃、RH 63% 室温で 24h以上風乾 破断状態:Ⅰ: 一部材破

Ⅱ: 界面剥離

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May, 2008 94

図75 スミペックスキャストシートと耐衝撃性スミペックスの 塩化メチレンによる接着強さ比較

1.5.11.3 スミペックスキャストシートとスミペックス Eの強制曲げ加工性

スミペックスはガラスと異なり、可撓性があり、冷間で曲面加工(強制曲げ)ができる。常

温で強制的に湾曲させて施工し、使用できる。このとき表面に発生する最大応力は、次の式で

表される。

σmax=Eh

2(1-ν2)R ≦7~10

σmax :許容応力(MPa)

ν :ボアソン比(0.39) E :弾性率(2744MPa) R :曲率半径(mm) h :板厚(mm)

スミペックスの許容応力(設計応力)は、キャストシートと押出板のスミペックス Eで異なる(スミペックス E はスミペックスキャストシートの約 0.7)。それぞれの値に応じて安全を見込んだ用途別の強制曲げの曲率半径を表 44 に示す。板厚がきまれば許容される曲率半径が求まる。

例:屋外でスミペックス 3mmの場合:許容される曲率半径 R>3×240=720 mm

この例では施工にあたって、曲率半径を板厚の 720mmR 以上になるように施工または枠を設計する。

表44 スミペックス強制曲げ曲率半径

屋内用途 屋外用途 許容応力(MPa) 曲率半径 許容応力(MPa) 曲率半径

スミペックス 8.8 板厚の 180倍 6.9 板厚の 240倍 スミペックス E 6.1 板厚の 270倍 4.8 板厚の 340倍

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May, 2008 95

なお、上記の曲率半径は安全施工を重視した基準であるが、定ひずみ施工法での応力緩和

効果もあることから、実際のエクステリア用途において、スミペックス(キャスト板)では

板厚の 200 倍、スミペックス E(押出板)では 240 倍程度まで施工された実績があり、使用(環境など)条件を確認の上設計されるとよい。

1.5.11.4 フリーブロー半球熱成形

スミペックスとスミペックス Eのフリーブロー半球成形品の各部の肉厚を図 76に示す。

成形品断面:下図

D:直径 H:高さ d :元厚 d ’:成形部厚

図76 スミペックスフリーブロー半球の高さに対する厚み変化

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May, 2008 96

1.6 スミペックスのオパール(乳半)シート

1.6.1 スミペックスオパールシートの特徴

照明用、看板地板として特に用途の多いのがオパール(乳半)板で、内部の光源から出る光を

均一に外部に出すという目的を持っている点が透明板と異なる大きな点である。このオパール

シートの性質を示すために透過率、反射率、拡散係数の 3つの特性を用いる。一般的にいってオパールシートは透明板に比較すると光をよく拡散するために透過率は若干低下する一方反射率は

大きくなる。この透過率と反射率の関係は板厚によっても差がある。拡散係数は光の散乱の具合

を示すもので、照明器具のカバー、照明看板の地板に使用した場合に均一に輝いて見えるかどう

かの尺度となる。完全に拡散する場合の理論的には表 45の通りで、030以外は殆んど完全拡散に近くなっている。

表45 スミペックス(キャスト)オパールシートの光学的性質

品種 特徴 主用途 厚さ

(mm)

光 線 透過率

(%)

光 線 反射率

(%)

光拡散 係 数

スミペックス

030

光線透過が最も大きく、照明効

果が大きい。ただし内部光源が

ややすけやすいので灯間隔を

小さくする。

照明 看板 窓(スリガラスに代る) ディスプレイ

2 3 5

86 79 66

13 19 27

0.23 0.41

スミペックス

032

スミペックス040とほとんど同じ。ただし厚さが変っても光

線透過はほとんど変らない。乳

半板の代表品種。

一般照明 看板 ディスプレイ その他

2 3 5

58 60 56

41 39 40

0.80 0.75

スミペックス

040

光線透過、反射のバランスがと

れている一般用で乳半板とし

て代表的なもの。

照明 看板 ディスプレイ その他

2 3 5

56 49 40

43 50 55

0.79 0.87

スミペックス 深絞りグレード

(旧名 043)

深絞り成形用で、成形によりう

すくなっても光源がすけない。

成形によって裏がやや艶消し

になる。成形ののびがよく成形

しやすい。

深絞り成形の照

明カバー 看板、ディスプ

レイ用(真空成形に適する)

2 3 5

59 52 43

40 44 51

0.64 0.86

スミペックス

055 高拡散で白く明るく見える。

照明 看板 その他

2 3 5

37 28 20

61 70 78

0.88 0.88 0.91

(注)JIS B法測定値(JIS K 7105-1981)

光拡散係数:自動変角光度計による

θ:光の受光角度、Tθ:θ度の光線透過率、Bθ:θ度のブライトネス

D = B20 + B702 × B5

⎝⎛

⎠⎞Bθ = Tθ

cosθ

スミペックスオパールシートの中で特長的な品種は、深絞りをして板が薄くなった時それに比

例して白化し、光源がすけるのを防止する効果(ストレッチ白化型)のある深絞りグレード(旧

名 043)と、反射率が大きく看板地板として使用した場合きわだって白く見えるスミペックス 055

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May, 2008 97

である。 オパールシートの性質としては、

① 光源の効率をできるだけ損なわない

② 光源の拡散性がよい

③ 光源の色を損なわない

④ 明るい白色である

⑤ 材料の劣化がない

⑥ 加工性がよい

などの特徴があり①~④までは照明、看板の効果に関するもの、⑤,⑥はメタクリル樹脂として

の材料の性質によるものである。 それぞれのスミペックスオパールシートの照明、看板に使われる場合の特長は次の通り。

一般用スミペックスキャストシート

030、032、040、055 の 4種類があり、機械的性質、強度面では透明板(スミペックス 000)と同じであり、光線透過率(内部に照明を入れた時の明るさ)で分類されている。 ●030 特に高い光線透過率を持っており、これを照明及び看板の地板として使用すると、照明の効果が大きくなる。しかし内部に入れた光源が若干すけて見える傾向があるので、均一に光ら

せるためにはランプの間隔をつめるか、あるいはランプとスミペックスの距離を若干大きくす

る必要がある(1.6.5参照)。また消灯した際、若干くらく感じられる傾向がある。 ●032 照明、看板用として汎用されるもので、光線透過と反射のバランスがとれている点では

040 とほぼ同じであるが、他のオパールシートと異なり板厚が増大しても透過率はほとんどかわらない。

●040 一般照明、看板用として光線透過、反射のバランスがとれており、広く使用する場合使いやすい板である。 ●055 040にくらべて反射率が大きく、白く明るく見えるのが特長で、看板地板に使用した場合、上に貼った文字や絵がはっきりと引立つほか、昼間は特にその白さがあざやかで、人目をひく

ことができる。但し、透過率が 040 にくらべて若干低いので内部に入れる照明は少し明るいものを入れるほうがよい結果が得られる。

●深絞り加工用スミペックス(旧名 043) 特殊な成形、あるいは深しぼり用として、上記一般用グレードにくらべて加工性がよく、加工

温度も 20~30℃低く、塩ビ板より 10℃程度高い程度ですむ。 しかもこのグレードは深しぼりができ、肉厚が薄くなっても他のオパールシートのように透過

率が大きくなって光源がすけるようなことがない特長を持っている(図 77)。また成形によっ

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May, 2008 98

て片面が若干つや消しになる。しかし加工性がよいということは機械的強度が若干低下するの

で、大形成形品の場合は、たれや変形を防ぐには、一般グレードより厚目の板を使うほか、加

工時のひずみの影響をうけやすいので、成形を特に注意してやる必要がある(従って光り天井

や大型看板には一般グレードの 032、040を使用する方が好ましい)。加工性のよさを生かして使う用途には、043 が適している。なおこの 043 の光学的性質は 040 とほとんどかわらない。(旧品名 スミペックス 043は、’07年に廃番化された。)

1.6.2 スミペックスオパールシート熱成形品の光線透過率

スミペックス(キャストシート)オパールシートの半球熱成形品の光線透過率の変化を図 77に示す。

図77 スミペックスオパールシートの 成形品の肉厚と光線透過率

(2mmまたは 3mmの板を半球状にフリーブロー成形した時の各部の肉厚)

1.6.4 スミペックスオパールシートを利用した内部照明器具の蛍光灯光源の不可視限界距離

スミペックスオパールシートは、照明カバーや内部照明をした看板に使用される。 これらの内部に光源を入れた用途では光源がすけて見えず、均一な明るさを持つことが必要と

なるが、その使用データをここにまとめた。 スミペックスシートの面が均一な明るさを得るために必要な蛍光灯の間隔、蛍光灯とスミペッ

クスシートまでの距離、すなわち不可視限界距離を表 46に示す。 この表は 40W(120cm l)の昼光色蛍光灯を用いた場合であるが、出力や色の異なる他の蛍光灯を用いてもほとんど変わらない。

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May, 2008 99

表46 スミペックスオパールシートの蛍光灯光源の不可視限界距離

単位(cm)

照明方法 片面照明 両面照明

乳半品番

ランプ

間隔

厚み

10 20 30 10 20 30

2m/m 26 >30 >30 >30 >30 >30

3 19 >30 >30 24 >30 >30 オパール 030

5 14 24 >30 19 30 >30

2 9 16 21 11 19 23

3 9 16 21 11 18 23 オパール 032

5 9 15 21 11 18 23

2 8 15 20 11 16 20

3 8 15 19 10 16 20 オパール 040

5 8 14 19 9 16 20

2 8 14 18 10 16 19

3 8 14 18 9 16 19 オパール 055

5 8 14 17 9 16 19

表の使いかた

使用するスミペックスオパールシートの種類、板厚をきめ、表のランプ間隔を

取れば均一な照明効果を得るためのスミペックスと蛍光灯の中心までの距離の

最小の値が求められる。

片面照明とは照明カバー、軒先看板のようにランプの一方の側にスミペックスが

あり、一方だけに光が出る場合である。両面照明とはつき出し看板のようにラン

プからの光が両側に出る場合を示す。

スミペックスは品種及び板厚によって不可視限界距離は変わるが、スミペックス 030を除けば

板厚の影響は小さいので、一般的には 2mm~5mmの板厚では 3mmの場合をグラフ化した図 78を用いると便利である。

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May, 2008 100

図78 ランプ間隔と蛍光灯光源の不可視限界距離

(スミペックスオパール 2mm~5mm、かっこ内は板厚、030は板厚により異なる)

図 78には、押出のオパールシートと片面マットのMTオパールシート(039, 037)も加えてあ

り、これらはすべて直管蛍光灯についてのものである。丸型蛍光灯に対する不可視限界距離につ

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May, 2008 101

いては、直管蛍光灯を含めてMTオパールシートと汎用の 030の値を表 47に示す。

表47 スミペックス マットオパールと汎用オパールシートの 直管蛍光灯と丸型蛍光灯の不可視限界距離

(cm)

蛍光灯 灯間隔(cm) 片面マット

MT 039

汎用オパール

032

片面マット

MT 037

汎用

030

直 管 10 9 9 21 26

20 15 16 ( >30 ) ( >30 )

丸 型 15 15 ( >30 ) ( >30 )

図 79は測定装置の略図である。

(片面照明の場合) (両面照明の場合)

図79 不可視限界距離の測定法

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May, 2008 102

1.7 スミペックスの耐候性・耐熱性及び光学的性質(キャストシート色板など)

スミペックスシートは、種々の優れた性質を持っており、照明・看板・ディスプレイをはじめ、

建築・車両・一般工業用・家庭用・その他我々の生活のあらゆる分野で活躍している。 スミペックスは、従来のメタクリル樹脂板としての優れた性質をそなえているほかに、色板は色

彩があざやかで、大部分の品種はその色が長期間の使用において変色したり退色したりせず、また、

熱成形のために加熱しても変色・退色することはほとんどない。 スミペックス(キャストシート)の各色板の耐候性と耐熱性及び光学的性質は表 48の通りである。

この表の耐候性はサンシャインウエザオメーターによる実験室光源(促進)試験を行い、JIS 変退色用グレースケールと比較して変色・退色の有無、あるいは変色・退色の程度を肉眼で判定したも

のである。また耐熱性は温度 180℃の空気循環炉中で 30 分間加熱し同様の判定をしているので、実際の熱成形加工よりもきびしい条件で試験を行っている。

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May, 2008 103

表48 スミペックス(キャストシート)の耐候性・耐熱性及び光学的性質(板厚 3mm)

光学的性質 光学的性質

品種 名 称 耐候性

耐熱性

透過

%反射

%品種 名 称

耐候性

耐熱性

透過

%反射

%

030 オパール ○1) ○ 79 19 464 ゼラニウム ○ ○ 4 10032 オパール ◎ ○ 60 36 581 バーントシェンナー ○ ○ 1 6 040 オパール ◎ ○ 49 50 589 ブラウン ◎ ○4) 0 -

オパール

055 オパール ◎ ○ 28 70 590 チョコレート ◎ ○4) 0 -

200 レモン △ ○ 90 - 625 エメラルド ○ ○ 21 12300 オレンジ △ ○ 45 - 669 クロームグリーン ○ ○ 8 45352 蛍光オレンジ △ ○3) 41 11 695 ピリジャン ○ ○ 7 -

400 カーマイン ○ ○ 7 - 725 ブルー ◎ ○ 12 4 451 蛍光ピンク × ○3) 33 11 735 ネービーブルー ○ ○ 7 -

600 グリーン ○ ○ 10 - 743 コバルトブルー ○ ○ 7 -

651 蛍光グリーン × ○3) 91 4 755 ウルトラマリン ◎ ○ 2 -

700 ライトブルー × ○ 68 - 881 バイオレット ○ ○ 2 -

702 スカイブルー △ ○ 34 -

960 ブラック ◎ ○ 0 -

703 コバルト ○ ○ 9 - 006 クリア ◎ ○ 93 -

912 ブルースモーク △2) ○ 21 - 010 クリア ○ ○ 93 -

915 ブラウンスモーク △ ○ 40 - MT007 クリア(マット) ◎ ○ 925) 8

色 透 明

919 ミスティースモーク △ ○ 60 - MT037 オパール(マット) ◎ ○ 825) 21 068 ホワイト ◎ ○ 8 83 305 オレンジマダー ○ ○ 15 23

165 アイボリー ◎ ○ 9 71 415 ローズピンク ○ ○ 2 24250 シトロンイエロー ○ ○ 40 42 452 蛍光レッド △ ○3) 25 15265 クロームイエロー ○ ○ 21 50 715 マリンブルー ○ ○ 2 6 302 マンダリンオレンジ △ ○ 21 13

815 マゼンダ ◎ ○ 3 6 403 クリムソン ○ ○ 9 -

405 スカーレット ○ ○ 5 - 備考

1) オパール 030は屋外使用 5年相当程度で僅かに黄色味をおびるが、それ以後は変色は僅かである。 2) ブルースモーク912は屋外使用3年相当程度で若干青味がかった色となるが、それ以後は変色は目立たない。 3) 蛍光オレンジ 352、蛍光ピンク 451、蛍光レッド 452、蛍光グリーン 651は長時間加熱すると僅かに蛍光がおとろえる。

4) ブラウン 589、チョコレート 590の裏面は加熱、成型により艶の消えることがある。 5) フラット面に光を照射した場合の数値である。

耐候性の表示方法 サンシャインウエザオメーター(SWOM)による実験室光源の試験 ◎:600時間の試験で変退色が認められないもの ○:600時間の試験であきらかな変退色*が認められないもの △:300時間の試験であきらかな変退色*が認められないもの ×:屋外での使用には勧められないもの

* あきらかな変退色とはグレースケールの 3号に相当する変退色で、屋外での使用に実用上さしつかえないとされている。 なお、この実験室光源による試験では一般的に 100時間~150時間が屋外使用の 1年分に相当すると考えられている。 耐熱性の表示方法(180℃の空気循環炉中で 30分加熱) ◎:変退色及び表面状態の変化がほとんど認められない程度 ○:変退色及び表面状態の変化が一見して認められない程度 △:変退色及び表面状態の変化が一見して認められる程度