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塩ビ(ポリ塩化ビニル・PVC)とは?特徴・長所と短所・用途・加工方法

今回の記事では塩ビについての特徴・加工方法・用途などについて解説します。

塩ビ(ポリ塩化ビニル・PVC)は熱可塑性樹脂の一種で、五大汎用樹脂とも呼ばれるほど汎用性が高い材質です。

用途としては、上下水道管や波板などの建築資材や、家具のレザーなどに採用されており、私たちの身近なところでも、比較的見かけることが多いでしょう。

参考:樹脂加工とは?素材の種類と加工方法

塩ビとは?

塩ビとは、「塩化ビニル樹脂」または「ポリ塩化ビニル」の略称で、塩化ビニル(クロロエチレン)を重合させたプラスチックの一種です。英語ではPVC(Poly Vinyl Cloride)と表記します。また、軟質PVCはソフトビニールやソフビとも呼ばれています。

塩ビは、ポリエチレン(PE)・ポリプロピレン(PP)・ポリスチレン(PS)と同じく、五大汎用樹脂に分類される材料です。性能はあまり高くないものの、安価で生産量が多い特徴があります。また、製造過程において可塑剤の添加量を調整することで、硬質・軟質の製品が得られるのも特徴です。

塩ビは安価かつ大量に生産されているエチレンと塩素を原料としており、石油を原料とする他のプラスチック製品と比べて省資源で製造できます。

ポリ塩化ビニルと塩化ビニルの違い

モノマーである塩化ビニル(クロロエチレン)を、繰り返し結合したものをポリ塩化ビニルと呼びます。

ポリ塩化ビニルの「ポリ」という言葉は、ポリマー(重合体)からきたもので、「たくさん」という意味があります。しかし、一般的に呼ばれている「塩ビ」は塩化ビニルではなく、ポリ塩化ビニルを指しているケースが多いので注意が必要です。

軟質PVCと硬質PVC

塩ビには「軟質PVC」と「硬質PVC」の2種類があります。

軟質PVCは柔らかい素材で、多少厚みがあるものでも手で曲げられるほどの柔軟性があります。一方、硬質PVCは硬くて強度に優れています。

これらの違いは硬さだけでなく、物性や機械的性質にも違いがあります。

一例を挙げると、比重は軟質PVCで1.16~1.35、硬質PVCで1.30~1.58と値が異なります。

引張強さにおいても軟質PVCは6.9~25MPa、硬質PVCは34~62MPaと大きく違いがあります。

PVCの重合度(分子量)

比較的小さな分子であるモノマーが、繰り返し結合したものをポリマーと呼びますが、この繰り返し結合した度合いのことを「重合度」と呼びます。

PVCは以下の表のように、重合度を変えることでさまざまな用途に活用できます。

<PVCの重合度の違いによる分類>

平均重合度 用途別分類
150~400 接着剤
600~700 硬質射出成型品
700~800 硬質フィルム、シート、ボトル
1000 硬質パイプ、一般軟質品、波板
1300~1800 軟質フィルム、電線被覆
2000~4000 パッキン、床材表面層

引用元:ダイヤモンドホイール・ダイヤモンド砥石・CBN工具・CBN砥石と研削研磨の情報サイト ポリ塩化ビニル(PVC)の素材としての特徴|物性と用途、特性について

PVCは、クロロエチレンのみで重合したPVC-S(ストレートPVC)と、ほかの物質との共重合体であるPVC-Mがあります。PVC-Mには、プロピレンと塩ビとの共重合体、酢酸ビニルと塩ビとの共重合体などがあります。

塩ビの特徴(長所と短所)

ここでは主な塩ビの長所と短所についてご紹介します。

塩ビの長所

・耐薬品性:薬品に対しての耐性が強い。

・耐酸性、耐アルカリ性:酸やアルカリに強い。

・耐水性:水を通さない。

・電気絶縁性:電気を通しにくい。

・難燃性:酸素指数が45~49と高く、自己消火性樹脂に分類される。

・耐久性:通常の使用環境下での経年劣化が少ない。

・着色やプリント加工性:着色や柄のプリントが可能。

・価格が安価:他の材質に比べて価格が安価。重量も重たくないので、運送費や管理費なども抑えられる。

塩ビの短所(耐熱温度と融点)

・耐熱性:塩ビの耐熱温度は60~80℃、融点は85~210℃程度と、耐熱性に乏しい。

・耐衝撃性:他の五大汎用樹脂と比べて耐衝撃性に乏しい。特に低温環境だと衝撃値が低下する。

塩ビの加工方法

ここでは塩ビの加工方法として代表的なものである、押出成形・カレンダー成形・射出成形・熱成形・ディッピング加工・コーティング加工を解説します。

押出成形

押出成形は、押出機のなかに溶融した原料を入れ、口金から押し出して成形する加工方法です。

パイプなどのように、断面形状がシンプルな形状の製品を作るのに適しています。口金の形状を変えることで、押し出される製品も形を変えられます。

カレンダー成形

カレンダー成形は、シートやフィルムなどの平らな製品を成形するのに活用される加工方法です。

何本もある加熱したロールに、原料を通して圧延したあと、冷却ロールに通して厚みを調整し、材料を巻き取ることで、シートやフィルム状の塩ビを成形します。

射出成形

射出成形は、金型に溶融した原料を流し込んで固める成形方法です。

立体的な製品を成形可能で、押し出し成形よりも複雑な形状を生産できます。製品のサイズも小さいものから大きなものまで対応が可能です。

参考:【金型製作】金型の種類と基礎や流れについて徹底解説!!

熱成形

熱成形は、押出成形やカレンダー成形であらかじめ生産した板状の製品を加熱し、空気や気圧を利用して型の形に成形する加工方法です。

型のなかにある空気を吸い取り、大気圧で型に押し付ける手法を「真空成形」、大気圧ではなく圧縮空気で金型に押し付ける手法を「圧空成形」と呼びます。

ディッピング加工

引用元:塩ビ工業・環境協会 塩ビ樹脂の配合・加工方法

ディッピング加工は、ペンチなどの取っ手を保護するカバーのように、皮膜を形成する際に活用されている加工方法です。

塩ビ樹脂溶液に皮膜を形成したいものを浸漬し、熱乾燥することで皮膜を形成できます。

コーティング加工

引用元:塩ビ工業・環境協会 塩ビ樹脂の配合・加工方法

コーティング加工は、繊維材料などに樹脂溶液を塗布して熱乾燥処理する加工方法です。

上図はドクターナイフ法と呼ばれる方式で、厚みの調節が自由に行えます。表面に凹凸の模様を入れるエンボス加工にも対応が可能です。

塩ビの用途

塩ビは耐久性・耐薬品性・電気絶縁性などに優れている特徴から、幅広い用途で採用されています。建築資材で使われることの多い材料のため、塩ビの取扱いがない方でも目にする機会は多くあります。

軟質PVC 硬質PVC
床材
壁紙
家具や車などのレザー
人工皮革
テープ
上下水道・電線管などのパイプや継手
バルブ
波板やプリント合板などの建築資材
平板
排水マス

 

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