プラスチツ材料砂寄動特性の、誠験法と評価締果ノ〈〉安田武夫＊表1 2．プラスチックの各種試験法（続き） JIS C4003による電気絶縁の耐熱クラスおよび耐熱性評価適用範囲電気製品の絶縁耐熱クラスおよび耐熱性評価に耐熱クラス電気絶縁の耐熱クラスは，その電気製晶を定格負荷で運転したときに許容できる最高温度を基ついて規定している。 2−6．その他の耐熱試験，規格等（1）JISC40031〕上記のJIS規格では電気機器に用いる絶縁材料を7 段階の耐熱区分に分けている。適用範囲としては電気製品の絶縁の耐熱クラスおよび耐熱性評価について規定レている。その概要を表1に示す。そして，この規格で耐熱区分とそれに該当する代表的プラスチック材に決める。耐熱クラス温度（℃〕 Y 90 A 105 120 130 155 180 200 220 250 E B 料を表2に示す。 F 2−7．温度変化に伴う機械的性質の変化 H 200 220 250 （1）］般的特性すでに，機械的性質の項で述べたように，プラスチック材料の機械的な諸性質は周囲の温度の上昇ととも 250℃を超える温度は25℃間隔で増し，それにに変化する。たとえぱ，引張り，曲げ，圧縮などの強対応する温度の数値で呼称する。さや弾性率などは低下し，反対にひずみは増加する。また，衝撃強さはある温度まではかえって増加の傾向｝Takeo YASUDA，安田ボリマーリサーチ研究所所長〒螂一0082東京都杉並区久我山4−24−7 ・ポリプチレンフタレート（GF〕 150 、変性PPO（GF）絶縁材料と絶縁システムの区別絶縁システムの定義が与えられており，’明確で電気絶縁の耐熱雰囲気，負荷などによる影響を考慮している。性に及ぽす使用条件の影響絶縁材料および絶縁システムの選択および耐熱クラスの指定記適切な絶縁材料および絶縁システムを選択する責任は，その電気製品の製造業者にある。また適切な使用経験に基づき，または適切な試験を実施することによって，その絶縁の耐熱性を評価し耐熱クラスを指定する責任も，電気製品の製造業者にある。 ε 榊縄ある。また絶縁材料の組合せによる耐熱性へ及ぽす影響についても考慮している。ポリイミド（GF〕 100 生霜』．、、フェノール樹脂（GF〕、一、． PH−9600 絶縁材料の耐熱性評価方法＼、“ ジアリルフタ、』レートくGP） 50 ／＼ポリカーボネート（GF〕フェノール樹脂（木粉〕 20 70 120 170 220 温度（℃）絶縁材料の耐熱性評価方法としてIEC602161 1990を参照すること，また，耐熱グラフ，温度指数，相対温度指数および半減温度幅の定義が役立っことが述ぺられている。電気絶縁の耐熱クラスの指定電気製晶における絶縁材料または絶縁システムが，適切な試験または適切な使用経験によって，特定の用途において特定の温度で使用できることが検証されたなら，上記の中から，適切な耐熱クラスを指定できる。図1各種樹脂成形品の曲げ強さの温度依存性 102 プラスチックス表2絶縁材料の耐熱区分と使用される主要プラスチック材粋〕絶縁の種類許容最高温度（℃）絶縁の処理材料h〕絶縁材料画〕 Y 90 アクリル系樹脂，ポリエチレン，ポリスチレン，塩化ビニル樹脂セルロースアセテートフィルム，不飽和ポリエステル，エナメル線用ポリビニルホルマール A 105 E 120 B 130 F 155 H 180 セルロース系塗料エポキシ樹脂，不飽和ポリエステル，アルキド樹脂ガラスおよび石綿基材フェノール積層晶，無機質充損フェノール樹脂成形品，エナメル線用けい索樹脂およびポリエチレンテレフタレートエボキシ樹脂，不飽和ボリエステル，フェノール樹脂ガラス，アスベスト，マイカを基材にし，耐熱性エポキシ樹脂や不飽和ポリエステルを用いたもの，エナメル線用ポリエステルイミド耐熱性エポキシ樹脂および不飽和ポリエステル，変性けい索樹脂ガラス，アスペスト，マイカを基材とし，けい素樹脂を用いたもの。エナメル線用ポリアミドおよびポリイミドけい素樹脂ガラス，マイカを基材として，耐熱性けい素樹脂を用いたもの（225℃以下）。ポリテトラフルオロエチレン（250℃以下） C 耐熱性けい素樹脂（225℃以下〕 180以上注a）詳細についてはJIS C4003参照。 b）巻線および機器の処理に使用されるもの。を示すが，これもさらに温度がさらに上昇すれぱやはなり，機械的強さが低下するが，とくに衝撃に対してり低下してしまう。このほかではクリープ特性や疲れ著しく弱くなり，低温脆化の傾向を示す。特性などの長期間の荷重などを受ける機械的性質も温このような低温時，とくに氷点以下の温度における度の上昇につれて同様に低下する。低抗性を耐寒性と呼ぶ。ことに硬質PVC，PPではこ機械的性質の項で説明したものもあるかもしれないが，図1に各種エンプラ，熱硬化性樹脂の曲げ弾性率耐寒性の測定方法の一つとして，一定寸法のシートの温度依存性を，図2，3にスーパーエンプラの引張強状試験片を，ドライアイスなどに冷却’した低温度の浴さ，曲げ弾性率の温度依存性を示す。槽（通常，伝熱媒体は，エタノール，水などが用いら（2）耐寒性れる）に浸し，アイゾット衝撃試験に似た方法で一定の傾向が目立っ。プラスチック材料の高温時における諸性質の抵抗性の大きさの衝撃力を与えてこれを破壊し，その破壊しを耐熱性と呼んでいる。これとは反対に，周囲温度がたときの浴槽の温度（脆化温度）（℃）をもって耐寒性常温より低下して，さらに氷点以下の低温度に達するを表す方法’（JIS K72ユ6■1肌2〕（プラスチックの脆化温と，すべてのプラ’スチック材料は一様に伸びが小さく ×lOヨ 200 200 PAI（グラファイト繊維）／PAI（ガラス繊維） PA1（グラファイト繊維） PPS （GF40） 150 ￡ ε 汕超誰高 100 PPS ＾ 150 ど（GF40） ε 、＼＼薯議宗＼、’ 齢掌 I00 瞳、一一｝㌔、＞、＼〉・・1 ’漆、＼（無充填〕 50 ぐ、一＼ぐ、’・ PAI（ガラス繊維〕＼＼一i■i■1一一i1■一一i一一ふ遡辺アミド＼＼＼＼ b 橿 50 、．、 PA1（無掬、、、．、二＼＼＼芳香族ポリアミドー二’一・ 23 50 100 150 200 250 23 温度（℃）＝温度（℃〕図2スーパーエンプラの引張強さの温度依存性図3 スーパーエンプラ’の曲げ弾性率’と温度 Vo1．52，No．3 50 100 150 200 250 103 表3プラスチックの燃焼試験要求試験方法 A．各回のFlaming時間（F〕は10秒以下 B．5個の試験片合計のFは50秒以下 C．クランプまでFlamingあるいはGlowing（G〕しないこと 94V−0 D．下の綿を発火させないこと E．2回目のGは30秒以下バーナ：長さ101．6mmx内径9．5mm ガス：メタンガス3，7MJ・m一ヨ炎長：ユ9．05mm 試験片：12．7xユ27x各厚み熱処理1有（未処理もテスト）試験数：5個接炎時問：10秒を2回試験片 A．各回のFはいずれもが30秒以下 94V−1 ＼炎→ B．合計のFは250秒以下 C．，D．94V−Oと同じバーナー一’ E．2回目のGは60秒以下 94HB 3048 1博L、 A．，B．，C．，E．は94V一ユと同じ 94V−2 丁 127 一ポ D．下の綿発火OK A．燃焼速度38−1mm・min−1以下（試験片厚み3．05∼12．7mm）バーナ，ガス，試験片，熱処理については上記と同じ炎長：燃焼速度76．2mm・min■1以下（試験片厚み3．05mm以下）標識線に炎が達したときあるいは 25mm，試験数：3個，接炎時間：30秒あるいは25．4mmの 25，4 76，2 25．4 6．4 B．炎が102mmの標識線に達する前に消える 9．5 金網ホ網 A．各試験片は接炎5回後FあるいはGが50秒以下バーナ，ガス，熱処理は上記と同じ，試験数5個，炎長：127 B．滴下物がない mm（青色内炎38mm），接炎15秒接炎5秒休止を5サイク C．著しい破損がない 94−5V ル行う A法：試験片上記と同等，左図参照 B法：試験片152×1．52×各厚みバーナを20℃に傾け，青色炎の先端を以下のように当てる A試験片を垂直に，下端の角に B 〃，下端のふちに C ’ 〃，片面の中央に D試験片を水平に，下面の中央に E 〃度試験方法））がある’。 2−8．燃焼性試験自治体の法規制と業界や工業会その他の民間団体，企業等の定めている各種窺制を加えるとその数はきわめプラスチックは優れた物理的性質および化学的性質て多数に上る。また，試験方法も多種多様であるが，を有して．いるために，一家電製品，電気・電子製品，自プラスチックに関係するものは，電気用品安全法，IEC 孕車部吊・建材・電線等の各方面に使用され・その消（国際電気標準会議），UL，CSA（CanadianStandard 費を増大している。その大部分が主．とレて炭素，水素， Asociation），’’ISO（国際標準化機構），MVSS（Moter 酸素等から・なる有機物で，I可燃性の材料である且〕。各種 Vihicle Standard Society＝アメリカの自動車規格），の用途に応じて，火災を防いで，貴重な人命を守ると危険物取締法などがある。いう観点からプラスチジクの難燃化が図られている。これらの規制で種々の燃焼試験法が採用されておプラスチックの難燃性の法規制は電気・電子製品等り，世界的にはISOが標準試験法を検討しているヨ〕。の製品や部晶ごとに燃焼性の規格基準が設けられ，数これらの燃焼性試験の大部分は所定条件下で試料の多くの試験方法がある。・燃焼性に関する規制は国家，燃焼性を比較し，その程度によりクラス分けする方法 104 プラスチックスが採られている。その代表的なものがUL94に規定さ時間が3分以上か，燃焼長さが50mm以上に達するにれている燃焼試験法である4〕。必要な最低の酸素濃度を決定し，次式により酸素指数一方，燃焼できる最低の酸素濃度により，その燃焼（OI）を求める。性を表示する酸素指数法もある。ここでは，上記の2方 lO。〕法を中心に説明する。 OI＝ ×100 〔02〕十〔N2〕（1）UL94 ただし，lO・〕：酸素の流量（〃min）水平燃焼試験94HB，垂直燃焼試験法94V，94−5V lN。〕：窒素の流量（〃min）の三つの方法があり，難燃性材料には94V，94−5Vが適用される。その概要にっいて表3に示す5〕。酸素指数が21より大きいプラスチックは，空気（酸 i）94HB：いことを示す。一般に自消性といわれるプラスチック 5”×1／2”×1／8”の試験片の一端を保持して水平には，酸素指数が27以上であるとされている。このよう保ち，所定の位置に標線を引く。そして，試験片の先に酸素指数法は，任意の材料でも燃焼性をすべて数値端に所定のバーナーを用いた所定の炎を30秒問当てによって表示でき，異種材料問の比較が容易であると素含率21％）中で燃えにくく，小さいものは燃えやすて取り去り，標線問の燃焼時間を測定する。いう特徴をもつが，有炎滴下物による他の物質への延判定基準は表3に示したとおりである。焼効果についてはまったく測定できず，また，実火災 ii）94V：との相関が明確でないという欠点をもつ。験片を垂直に立て，滴下燃焼性粒による発火の判定のこのような酸素指数であるが，燃焼性に？いて数値で表せる特徴値であることには変わりはない。ために，外科用脱脂綿を真下に置き，試験片下端に着図5は主なプラスチックの酸素指数を示したもので 5”×1／2”xユ／2”以下（厚みは変えること可能）の試火後有炎燃焼時間を測定する。それが終わった後すぐにまた10秒問炎をあてて取り去り，有炎および無炎燃焼時間を測定し，表3の要求水準に照らして判定する。 iii）94−5V UL規格でもっとも厳しい難燃規格である。前号の最終表に示すような大型の試験片を長い炎を使用し試ある5〕。この図から以下のことがいえる。 i）分子の骨格が直鎖状の炭素一炭索結合で構成され，しかも炭化水素やそれに酸素が加わったポリオレフィン（PEやPP），POM，ポリメチルメタクリレーテト（PMMA）などは，酸素指数は低い値のものが多い。験を行う。この試験の評価方法は，表3に示したが， ii）芳香族が直鎖に入ったPCをはじめとするエンこの表が作成された後にこの試験により合格したもの、プラ系のボリマーは比較的酸素指数が高い。とくに，で，穴が空いたものは・94−5VB，穴が空かなかったも直鎖中の芳香族基の濃度が高い耐熱性のスーパーエンのは94−5VAと判定が二通りになった。プラの酸素指数は高く，ほとんどの材料が前項で述べプラスチックそのものの燃焼性は，各材料で共通とたUL規格では94V−Oである。恩われる。したがって，材料そのものでも難燃性を示しかし，芳香族が側鎖に入ったポリスチレン等の酸すものもある。スーパーエンプラの多くが94V−Oの難燃性を示す。しかし，現在市場で使用されている多素指数は，これと比べると低く，ポリオレフィンと同くのプラスチックは，その用途に応じて難燃剤を処方 iii）分子内に窒素やハロゲン系元素が入ったポリマ等である。したものが多い。この試験法とは直接関係ないが，従来難燃剤は，臭素系難燃剤が多く使用されてきた。しかし，環境問題圧力計点火器＼、圧力調整バルブ／で最近ではノンハロゲン系難燃剤の検討が盛んである／ガラス管ことをここでは付記しておく。試験片酸試料ホルダ素圧力計、（2）酸索指数法（JIS K7201）一19酬（酸素指数法にによる高分子材料の燃焼試験方法）金網図4に示すような試験装置を用い，試験片を試料ホルダーに垂直に取付け，酸素，窒素混合ガスを流しながら試験片の上端に点火する。着火後，点火器の炎をガラスビーズ窒圧力調整バルブ素取り去り，ただちに燃焼時間と燃焼長さの測定を開始する。酸素濃度を変化させて何回か試験を行い，燃焼 VoL52，No．3 図4酸素指数法燃焼試験装置ユ05 10 20 30 ’40 50 60％表4各種ポリマーの引火点と発火温度ポリオキシメチレン l l ポリメチルメタクリレー l l 物質名ポリオレフイン｛PE，PP）ボリエチレン引火点発火温度（℃〕（℃） 341 349 570 AS ポリプロピレンボリスチレンポリテトラフルオロエチレンポリ塩化ビニル 391 ポリ塩化ビニリデン 532 532 488∼496 ポリスチレン（粒状〕 345∼360 296 ボリスチレン（発泡体） 346 491 スチレンーアクリロニトリル共重合体 366 454 スチレンーメタクリル酸メチル共重合体 326 485 280∼300 450∼462 560 BS．ポリカーボ不一 ■ ポリスチレンナイロン66 ポリフェニレンオキサイドボリサルホン芳香1集ポリェス「ル（V・。t・）ポリエーテルサルホン lXyda・）ポリふっ化ピニリデンポリ塩化ビニルポリエーテルイミド（ULTEM）ポリフェニレンサルファイドポリ塩化ピニリデンポリ三ふっ化塩化エチレンポリ四ふっ化エチレン 5コポリメタクリル酸メチルアクリル繊維一 ■ 530 454 491 硝酸セルロースユ41 141 酢酸セルロース 305 475 エチルセルロースボリアミド6 291 296 421 424 532 ポリアミド6−6 （繊維〕 ■ フェノール樹脂（ガラス繊縫横層〕 520∼540 571∼580 メラミン樹脂（ガラス繊維積層）不飽和ボリエステル（ガラス繊維横層） 475∼500 346∼399 623∼645 10 20 30 40 50 60％〉95％酸素指数く％）けい素樹脂（ガラス繊維穣層） 490∼527 3ユO 550∼564 416 260∼300 400∼450 図5各種プラスチックめ酸素指数硬質ポリウレタン木材 483∼488 〔Hilad，F1ammability Hand Book，3rd ed．（1982）から転載〕一の酸素指数は高い。とくに，ポリエチレン中のすべての水素原子がふっ素に置換した形態のPTFEの酸く参考文献〉素指数は，95％を越え，ほとんど純粋な酸素中でなけれぱ燃えないほど高い値を示している。ユ〕JIS C4003（電気絶縁の耐熱クラスおよび耐熱性評価）（3）その他の燃焼試験 2）JIS K7216■1朋0（プラスチックの脆化温度試験方法〕前述したように，プラスチックの種類と用途に対応し，各種の試験方法に規定されている。たとえば，JISA 3）「新・エンプラの本」工業用熱可塑性樹脂技術連絡会 1993 年4月改訂版発行 4〕UL94資料ユ322には建築用薄物材料の難燃性試験方法が，また， 5〕「高分子材料の試験法と評価」高分子学会編昭和55年培風 JIS A95ユユにはポ・リスチレンフォームの保温用材燃館発行焼試験方法が規定されている。これらはいずれも炎を用いて着火し・試料の燃え方をみるものであるが，着火方法，評価方法がそれぞれ異なり，適用範囲も限定されており相互比較ができない。 6〕JIS K720ユ■1o05（酸素指数法による高分子材料の燃焼試験方法〕 7）「プラスチック成形加エデータブック」，p．34，（社〕日本塑性加工学会編日刊工業新聞社昭和63年3月25日初版第1 刷発行（4）各種ポリマーの引火点と発火点今回の記事の最後に燃焼に大きな関係をもつ各種ポリマーの引火点，発火点を表4に紹介する。プラスチック試料を一定条件下で徐々に加熱し生成した可燃性混合気体に火炎を近づけた．ときに，燃焼す □… ・・口る最低温度を引火点といい，また，外部炎がなくても燃焼し始める温度を発火点という。これらの温度は，着火性や燃焼性の目安となるのでここで紹介した。次回からは電気的性質について述べる。 106 プラスチックス