身の周りのプラスチック製品~各用途における要求特性や材料をご紹介

この記事では、身の周りのプラスチック製品について紹介していきます。プラスチック材料の大きな特徴は金属材料に比べて軽く、自由に形状を変えることができることです。また、耐熱性や、電気的特性などの特徴をもつ素材もあるため、各産業分野において、もはや必要不可欠な材料となっています。
今回は、以下のプラスチックが利用されている様々な分野の中から、家電製品分野、輸送分野と建築分野に注目して具体例とともにプラスチック製品が各分野でどのように使われているのかご紹介します。

他の記事では、プラスチック材料の基礎知識について紹介していますので、そちらも合わせてご参考ください。

様々な分野で使われているプラスチック

プラスチックは、日常のあらゆる場所で使用されています。<表1>では、プラスチックの使用分野、要求特性、用途、材料をまとめました。

<表1>プラスチック材料が使われている主な分野

分野 主な要求特性 主な用途 主なプラスチック材料
農業 量産成形性
強度・耐候性
生分解性
ハウス用フィルム 塩化ビニルフィルム、農業用特殊ポリオレフィン系フィルム、フッ素フィルム
用水路用パイプ 直鎖状低密度ポリエチレン管、硬質塩化ビニル管
肥料・飼料用袋 直鎖状低密度ポリエチレン袋
農業用シート ポリプロピレン不織布、PVAフィルム、直鎖状低密度ポリエチレンシート
水産 量産成形性
強度・耐水性・耐候性
断熱性
漁船、釣竿 繊維強化プラスチック(FRP)
コンテナ ポリプロピレン、発泡スチロール
土木・建築 量産成形性
難燃性・耐候性
断熱性
着色性
屋根・外装材料 ポリカーボネート板、アクリル板、 FRP板、金属材料と樹脂の複合板、発泡樹脂
床材 硬質塩化ビニルシート・タイル、FRP板、金属材料と樹脂の複合板、発泡樹脂
土木用ネット・シート 高密度ポリエチレン、ポリウレタン
包装・容器 量産成形性
ガスバリヤー性
耐熱性
加飾性
リサイクル性
包装一般 各種ポリエチレン、エチレンビニルアルコール
食品用容器 ポリスチレン発泡シート
PETボトル ポリエチレンテレフタレート
特殊包装用フィルム ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、直鎖状低密度ポリエチレン、ポリオレフィン多層系
自動車 量産成形性
強度・耐熱性
加飾性
リサイクル性
バンパーとその周辺 ポリプロピレン、エチレンビニルアルコール、熱可塑性エラストマー、アイオノマー樹脂
ボディ部品 繊維強化プラスチック
内装部品全般 ポリプロピレン、熱可塑性エラストマー、ABS樹脂
ガソリンタンクとその周辺 高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド
鉄道 量産成形性
強度・耐候性
断熱性・難燃性
車両部品 硬質塩化ビニル、ポリカーボネート、ABS樹脂、発泡樹脂、繊維強化プラスチック
レール関連 合成枕木(繊維強化PP樹脂、繊維強化ウレタン樹脂)
駅舎関連 硬質塩化ビニル、繊維強化プラスチック
医療 量産成形性
人体への安全性
透明性・耐熱性
注射器 ポリプロピレン
輸液・輸血 塩化ビニル、ポリプロピレン、ABS樹脂
チューブ・カテーテル 塩化ビニル、熱可塑性エラストマー
電子部品 量産成形性
電気特性
難燃性
各種電子部品 繊維強化PP・PA樹脂、フッ素樹脂
レンズ部品 アクリル系樹脂、ポリメチルペンテン
プリント基板、封止材 エポキシ樹脂
家電製品 量産成形性
電気特性
難燃性
高周波用部品 高密度ポリエチレン
パッキン・ガスケット 熱可塑性エラストマー
その他 各種
スポーツ用品 量産成形性
強度・加飾性
ゴルフクラブ、テニスラケット、スキー板、サーフボード 繊維強化プラスチック

 

家電分野におけるプラスチック

まずは、日々の生活に最も身近な家電製品分野から説明します。大型家電製品と言われているテレビ、冷蔵庫、洗濯機、エアコンのすべてにプラスチックが使われています。
例えば、テレビでは、現在主流となってきている液晶テレビでのプラスチックの割合が大きくなっています。プラスチックを使うことで、大型テレビの軽量化が可能になりました。
テレビ以外の大型家電では、プラスチックは主に以下の部品に使われています。

<表2>大型家電で用いられるプラスチック部品

家電製品 プラスチックが用いられている部分
冷蔵庫 ファン、トレイ、内装部品、断熱材
洗濯機 洗濯槽の外側、洗濯羽、脱水層の内側
エアコン 室内機キャビネット、ファン

 

このように、家電製品分野では主にプラスチックの軽くて丈夫な性質や、電気絶縁特性を活かした利用法が用いられています。
次の段落では、輸送分野でのプラスチック利用について解説していきます。

輸送分野におけるプラスチック

今回は、輸送分野の中でも特に金属のプラスチック化が進んでいる、自動車と航空機のプラスチックについて解説します。

(1) 自動車におけるプラスチック

最近、自動車分野では様々な部品でプラスチック材料が金属材料に取って代わりつつあります。すでにプラスチックは自動車で、体積にすると約30%を占めてるほどになってきました。
当初は主に、バンパーやダッシュボード、ドアの内張り、天井等でしたが、最近ではガソリンタンクをはじめとして様々な部品で用いられています。例えば、プラスチックはガラスと比べて割れにくいので、ヘッドランプやリアランプのレンズ等にも使用されています。また、自動車ではいろいろな制御が電気で行われているので、ここでもプラスチックの電気的特性が活かされます。電気部品や配線、コネクター、バッテリーケース等にプラスチックは欠かせません。エンジンまわりでも、効率化のため、吸気管などにプラスチックが使われていて、最近では、自動車の燃費向上から、重量を軽くするために車体外板のフェンダーや後部ドア等、更なるプラスチック化が進展しています。

<図1>プラスチックを用いた製品例(自動車)
<図1>プラスチックを用いた製品例(自動車)

(2) 航空機におけるプラスチック

航空機でも自動車と同様に、様々な部分でプラスチックが使われています。航空機では、プラスチックの軽量、耐火性、絶縁性などを活かし内装だけでなく、機体にもプラスチックが使われています。 現代の航空機の内装材としては、以下のようにプラスチックが使われています。

<表3>航空機の内装材としてのプラスチック

使用部位 材質 特徴
客室用窓 アクリル樹脂板の3層構造 軽く、加工が容易
操縦席の窓 アクリル樹脂板とガラスの5層構造 視界と強度確保
座席 アラミド繊維と炭素繊維の不織布、発泡ウレタン樹脂 耐火性
内装壁材 アラミド紙とフェノール樹脂からなるハニカムコアを強化繊維シートでサンドイッチする 耐火性
ハニカムコア構造の使用
客室床面 繊維強化プラスチック 強度、軽量化
通信・電気・油圧系統の部品 ポリテトラフルオロエチレン(テフロン) 電気的性質、耐薬品性、耐熱性

 

また、機体に使用されるプラスチック材料は、各部位に使われる材料表を参考にしてください。

<図2>プラスチックを用いた製品例(飛行機)
<図2>プラスチックを用いた製品例(飛行機)

<表4>航空機の機体に用いられる材料

航空機構造部分 材料
主翼、尾翼、胴体、エルロン(補助翼) フェアリング、レドーム、スポイラ-、エンジンカウル CFRP
着陸装置 高張力鋼板
着陸装置格納扉等 アルミニウム、CFRP
エンジン チタン

 

このように、自動車や航空機などの輸送分野でも様々な部位にプラスチックは利用されています。

次の段落では、建築分野で用いられるプラスチックを紹介します。

建築分野におけるプラスチック

家電、自動車、飛行機同様に建築分野でも様々な個所でプラスチックは利用されています。以下は、使用箇所とその具体例および一般的に使用されるプラスチックの一覧です。

<表5>建築材料に用いられるプラスチック

使用箇所 具体例
壁・内装材 床材(塩化ビニル)、防湿気密シート(塩化ビニル、ポリエチレン)、プリント・ラミネート合板(塩化ビニル、ポリエステル、ポリオレフィン系、メラミン樹脂)、化学畳(ポリスチレン) 、等
屋根外装材 塩ビ波板、ポリカーボネート板、アクリル板、FRP板、雨樋(塩化ビニル)、防水シート(ウレタン防水)、等
開口部材 樹脂サッシ(塩化ビニル)、合わせガラス用中間膜(ポリビニルブチラール)、等
断熱材 ウレタンフォーム、発泡ポリスチレン、フェノールフォーム、高発泡ポリエチレン系断熱材、等
配管材 水道用樹脂管(PVC、PE)、ポリブテン管、ポリプロピレン管、下水用硬質塩ビ管、ガス用ポリエチレン管、等
その他 樹脂製浴槽(FRP・人工大理石)、FRP製貯水槽、人工芝(ポリエチレンポリプロピレン、ナイロン) 、等

 

上記の一覧の各使用箇所に対し、具体例を1つずつご紹介していきます。

(1) 壁・内装材(例:合板)

従来からのプラスチックを使用した合板としては、普通合板の表面に美観と耐久性を目的として、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、PVCシート、ポリオレフィン系シート等を貼ったものがあります。 また、芯材(ポリエチレン)をアルミ板でサンドイッチした構造のアルミ樹脂複合板(アルポリック等)も知られています。この複合板は、軽量性と高剛性、耐水性や防火性があるため、外装材、内装材、看板材等で使用されています。

(2) 屋根外装材(例:塩ビニル樹脂板、ポリカーボネート板)

プラスチックを用いる屋根用板としては、従来からのポリ塩化ビニル製と、最近ではポリカーボネートがあります。特に、ポリカーボネートは硬質板の中でも特に透明性、耐候性、耐衝撃性に優れていて、また難燃性であるため、これを波板として、屋根材料として用いられています。

(3) 開口部材(例:塩化ビニル樹脂サッシ)

樹脂サッシでは主に塩化ビニル樹脂が用いられています。塩ビ樹脂は長寿命、省資源型であり、生産コストや加工性にも優れていて、リサイクル性も期待できるので、樹脂サッシとしては現在の主流となっています。

(4) 断熱材(例:発泡プラスチック系断熱材)

建築用断熱材は「繊維系」と「天然素材系」、「発泡プラスチック系」に大きく分類されています。 「発泡プラスチック系断熱材」としては、押出し発泡ポリスチレン、ビーズ法ポリスチレン(発泡スチロール)、ウレタンフォーム、高発泡ポリエチレン、フェノールフォームがあります。
このうち、フェノールフォーム断熱材は、他の発泡材に比べて酸素指数が高く、また火炎を当てると表面に炭化層を形成して内部を保護するので耐燃焼性に優れた高性能断熱材なのです。
以下は、各発泡プラスチック系断熱材に用いられている樹脂の酸素指数の一覧です。酸素指数は、材料が燃えるのに必要な最小酸素量で、その値が高いほど燃え難くなっています。

<表6>各材料の酸素指数

材料 酸素指数
ポリスチレン 18
軟質ポリウレタン 18
硬質ポリウレタン 20~21
ポリエチレン 17
フェノール樹脂 35
木材(参考) 21.6

(5) 配管材(例:水道用樹脂管)

水道用樹脂管としては、ポリ塩化ビニル管(PVC)とポリエチレン管(PE)が使用されています。
ポリ塩化ビニル管は、赤さびなどが出ないため、水道管をはじめ下水道管・電線管・土木用など広範囲に使用されています。ポリエチレン管の場合、水道水用途には耐候性の高い外層と耐塩素水性の高い内層の二層構造からなっている、水道用ポリエチレン二層管を使用します。

(6) その他(例:人工大理石)

人工大理石は使用する樹脂で大きく次の3種類に分類されます。その特徴は以下のようになっています。

<表7>人工大理石の種類

材料 酸素指数
不飽和ポリエステル系
  • 高強度で耐薬品性や耐溶剤性に優れる。
  • 長期耐久性や耐候性(光による変色)、耐熱性(熱による変色)に欠点あり。
ビニルエステル系 不飽和ポリエステル系と同等。
メタアクリクリル系
  • 強度面では不飽和ポリエステル系、ビニルエステル系と同等。
  • 長期耐久性や耐候性、耐熱性に良好な特徴を有する。

 

まとめ

プラスチックは電気絶縁性、量産成形性、難燃性など様々な特徴を活かして、身近な家電製品から、輸送分野や建築分野まで幅広い分野で利用されています。この記事では、身の周りのプラスチック製品について紹介しました。身の周りのたくさんの製品に様々な種類のプラスチックが使われていること、お分かりいただけたかと思います。


他の記事では、プラスチック加工や計測についても解説しています。こちらも合わせて参照下さい。

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