プラスチック製のパティオチェアを数夏の間屋外に放置し、1～2シーズン後にひび割れたり、色あせたり、もろくなったりしたことがあるなら、私がここ樹脂供給スポットで毎日質問されるのとまったく同じ問題に遭遇していることになります。本題に入りましょう。私の名前はサムです。私は 7 年以上、UV 耐性のある PC/ABS 樹脂をメーカーに販売してきました。その中で最もよく出てくる質問が 1 つあります。「UV 耐性のある PC/ABS は実際に屋外での使用に十分ですか?」
まず、初めての方のために PC/ABS とは何なのかを詳しく説明しましょう。これは、ポリカーボネート (PC、丈夫で飛散防止素材) とアクリロニトリル ブタジエン スチレン (ABS、非常に手頃な価格の硬くて成形可能なベース) の混合物です。これらを混合すると、どちらか一方を単独で使用するよりも、衝撃強度、耐熱性、加工性のバランスが優れた樹脂が得られます。獲物は？通常の PC/ABS は、一般的なグレードの PC/ABS 樹脂としても販売されているごく平均的な既製のものですが、直射日光が当たるとすぐにジャンクになってしまいます。 ABS のブタジエンは紫外線によって分解されます。古い車のダッシュボードが屋外で 5 年間放置されると白っぽくなって色あせてくるのと同じです。応力の高い部分にある場合は、ひび割れ、色落ち、構造全体の破損につながります。
そこで耐紫外線性 PC/ABS の出番ですよね?しかし、待ってください。「耐紫外線性」は画一的なラベルではありません。非常に多くの企業が、色褪せしにくい樹脂に対してその用語を平手打ちしているのを目にします。ここで科学的に考えてみましょう。耐紫外線性 PC/ABS の実際の役割は 2 つあります。UV 安定剤と、場合によっては顔料です。安定剤は主に 2 つのタイプに分類されます。1 つはポリマー鎖を破壊する前に有害な UV-B および UV-A 光線を吸収する UV 吸収剤 (UVA)、もう 1 つは紫外線がプラスチックを損傷したときに形成されるフリーラジカルを中和するヒンダードアミン光安定剤 (HALS) です。一部のブレンドには、物理的バリアとして機能するカーボン ブラックやその他の光安定性顔料も添加されており、UV が材料の奥深くまで浸透するのを防ぎます。
さて、実際の屋外でのパフォーマンスについて話しましょう。ラボの結果は、現実の世界で起こっていることと一致する場合にのみ重要であるためです。当社では、すべての耐紫外線性 PC/ABS 樹脂を独自の耐候性試験室でテストします。フロリダの太陽光 (ちなみに、地球上で最も厳しいものの 1 つであり、高湿度と強烈な紫外線) を 5 年間シミュレートして、それがどの程度耐えられるかを確認します。私たちが確認しているのは、適切に配合された UV 安定化 PC/ABS は、3,000 時間の促進耐候性の後でもその衝撃強度の 80% 以上を保持するということです。これを一般グレードの PC/ABS 樹脂と比較すると、通常、同じ時間枠で衝撃強度が 50% 以上失われますが、その差が見え始めます。
ただし、すべての屋外での使用が同じというわけではありません。 1 日のほとんどが日陰になるパティオのサイドテーブルは、1 日 10 時間直射日光にさらされる遊び場の滑り台や、冬に紫外線と道路塩の両方にさらされるバス停の標識ブラケットよりも、樹脂の加工がはるかに簡単です。ここで、樹脂を用途に適合させるかどうかが勝負を左右します。園芸工具、屋外収納箱、または装飾的な屋外備品などの適度な屋外使用には、標準の耐紫外線性 PC/ABS が最適です。海洋部品、遊具、自動車の外装トリムなど、絶えず太陽の光や温度変化にさらされる過酷な条件の場合は、追加の HALS と高配合量の光安定剤を配合した抗 UV PC/ABS 樹脂を検討することをお勧めします。
ガラス繊維強化PC/ABS樹脂は屋外でも使用できるのかという質問がよくあります。多くのメーカーは強度を高めるためにグラスファイバーを使用していますが、ブレンドが安定していないとグラスファイバーは実際に紫外線ダメージを悪化させる可能性があります。多くのメーカーは強度を高めるためにガラス繊維を使用していますが、ブレンドが適切に安定化されていない場合、ガラス繊維入り PC/ABS は実際には紫外線による損傷に対してより脆弱になります。ポリマーと繊維の界面は光酸化や亀裂の発生に好都合な場所であり、表面樹脂が浸食されると、露出したガラス繊維が湿気を逃がして界面の劣化を促進し、時間の経過とともにガラスがポリマーマトリックスから分離する可能性があります。ただし、ガラス繊維強化 UV PC/ABS をテストしたところ、安定剤を豊富に含む樹脂でガラス繊維を適切にカプセル化すると、未充填の UV 耐性 PC/ABS 樹脂とほぼ同様に耐えられます。そのため、混合物が屋外用に特別に配合されている場合にのみ、屋外での使用にガラス繊維強化ガラスを推奨します。ここではスタビライザーに手抜きはありません。
もう 1 つのよくある誤解: 樹脂が「耐紫外線性」を備えていれば、それを心配する必要はありません。いいえ。最高の耐紫外線性 PC/ABS であっても、永久ではなく数十年で劣化します。樹脂が「永久耐紫外線性」であると主張するサプライヤーから 15 年前の部品を持ち込まれたお客様がいらっしゃいますが、それらの部品にはひどい亀裂が生じていました。安定剤は時間の経過とともに分解しますが、通常の樹脂よりも分解が遅いだけです。幸いなことに、ほとんどの屋外製品の寿命 (パティオ用家具、家電製品の筐体、または屋外看板の平均である 5 ～ 10 年) では、当社の耐紫外線性 PC/ABS で十分であるということです。雨、雪、100°Fの夏の日、さらには通常のプラスチックでは欠けてしまうような時折のひょうが降っても、その色、強度、形状を保ちます。
これを裏付けるために実際の例について話しましょう。昨年、私たちは屋外用のスマート メーター エンクロージャを製造する会社と協力しました。以前は別の樹脂を使用していましたが、2 年以内にユニットの 12% が太陽が最も当たる上部に亀裂が入り、水が浸入して電子機器が破損してしまいました。当社の耐紫外線性 PC/ABS 樹脂に切り替えたところ、18 か月にわたる現場テストの後、故障はゼロになりました。別の顧客は公共公園用の遊具を製造していますが、そこでは部品が絶え間ない太陽、乱暴な遊び、強力な洗浄剤に耐える必要があります。費用を節約するために最初は一般グレードの PC/ABS 樹脂を試しましたが、色あせがひどく、公園に苦情が寄せられるようになりました。当社の耐紫外線ブレンドに交換したところ、現在、機器は 3 年経っても問題なく色と強度を維持しています。
ところで、難燃性のPC/ABS樹脂はどうでしょうか？それらは屋外での使用にも適していますか？多くのメーカーは、屋外電動工具や照明器具用の耐火性と屋外定格の電気エンクロージャの両方を備えた部品を必要としています。難燃剤ブレンドに UV 安定剤が配合されていれば、簡単に答えます。一部の古い難燃剤配合では、紫外線に対して安定ではない添加剤が使用されており、劣化が早まっていました。しかし、当社の難燃性 PC/ABS 樹脂には UV 安定剤が組み込まれているため、難燃性と屋外性能の両方を維持します。これは、製品のさまざまな部分に 2 つの異なる樹脂を使用したくないメーカーにとって大きな利点です。
それでは、屋外での使用に耐紫外線性 PC/ABS を実際に正しく使用していることを確認する方法の詳細に入りましょう。まずはウェザリング仕様を確認します。サプライヤーが樹脂の加速耐候性の評価を正確に何時間も伝えられない場合、それは危険信号です。当社の耐紫外線性 PC/ABS 樹脂は、重要な性能特性を失うまでに 3,000 時間以上紫外線にさらされると記載されています。独立したサードパーティのテストでもそれが裏付けられています。次に、アプリケーション固有の応力を考慮します。部品に一定の張力や衝撃がかかる場合は、一般的なものではなく、より高い耐衝撃グレードの UV 安定化 PC/ABS を選択してください。第三に、顔料を過剰に使用しないようにします。多くの企業は、UV をカットするために黒色の顔料を追加していますが、顔料が多すぎると実際に樹脂が脆くなる可能性があるため、色と安定剤のレベルのバランスを取る必要があります。
また、通常の代わりに耐紫外線性の PC/ABS を使用することにマイナス面があるのかとよく尋ねられます。はい、初期費用は少し高くなります。通常、一般グレードの PC/ABS 樹脂よりも 10 ～ 15% 高くなります。しかし、それをリコール、保証請求、または早期に故障した部品の交換にかかるコストと比較すると、それは簡単なことではありません。当社の UV レジンに切り替えたことで、返品の減少から 1 年間で 10 万ドル以上節約できたというお客様の声もいただいています。さらに、通常の PC/ABS と同じように処理できるため、新しい金型や設備が必要ないため、切り替えのために新しい機械に投資する必要がありません。
元の質問に対する簡単な答えでこれを締めくくりましょう: 耐紫外線性の PC/ABS は屋外での使用に適していますか?適切な UV 安定剤が適切に配合され、特定の用途の条件に適合していれば、それは間違いありません。通常の PC/ABS よりもはるかに耐久性があり長持ちし、強度、加工性、耐候性のバランスが取れており、パティオ用の家具から電気部品に至るまで、幅広い屋外製品に使用されています。
現在、屋外でプラスチック部品の破損に対処している場合、または新製品を設計していて、それが風雨に耐えられるかどうかを確認したい場合は、私たちがお手伝いします。当社では、耐紫外線性 PC/ABS 樹脂、耐紫外線性 PC/ABS 樹脂、ガラス繊維強化 PC/ABS 樹脂、一般グレードの PC/ABS 樹脂、難燃性 PC/ABS 樹脂など、さまざまなグレードをご案内し、お客様のニーズと予算に合った正確なブレンドを見つけることができます。ラインを送って、あなたが取り組んでいることを共有してください。屋外用部品が本来の寿命を維持できるようお手伝いいたします。
参考文献:
- プラスチックの風化と劣化: 実践ガイド、プラスチック工学会、2021 年
- 「屋外用途における PC/ABS ブレンドのパフォーマンス」、Journal of Applied Polymer Science、Vol. 118、No.3、2010
- 熱可塑性プラスチックの UV 安定化、欧州プラスチックコンバーター協会、2022 年
- 外装ポリマーコンポーネントのフィールド耐久性、米国材料試験協会 (ASTM) インターナショナル、2019 年