JPH11320797A - プラスチック積層体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐衝撃性に優れるポリカーボネート材を合理
的に組合わせ積層して大きな衝撃エネルギーに対応でき
るプラスチック積層体を提供する。 【解決手段】 厚みが６ｍｍ以下で平均分子量が２００
００〜４００００のポリカーボネート２板状材を複数
枚、中間接着層４（熱可塑性ポリウレタン樹脂）を介し
て一体に積層されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐衝撃性を高めた
プラスチック積層体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、耐衝撃性、耐貫通性に優れる透光
性を備えた材料としてポリカーボネートが知られてお
り、防弾ガラス，戦闘機のキャノピーなどに採用されて
いる。そのほかに、建設機械におけるキャビンの前面ガ
ラスや天窓など外部から岩石の破砕片などが飛来して破
損する危険性のある部位に、耐衝撃性や耐貫通性を考慮
して使用する試みもある。

【０００３】ポリカーボネートの耐衝撃性は、分子量，
材料に添加される可塑剤，肉厚などによって変わり、例
えば自動車の窓ガラスなどの用途では耐衝撃性が１００
Ｊ（ジュール）以下ではあまり問題にはならなかった。
また、特殊セキュリティ用途、例えば鉄鋼，重工業生産
工程における防爆や高速度飛散物防止などが要求される
場所、あるいは銀行，研究所，コンピュータルーム，金
庫室など高度の安全防護が要求される場所に用いられる
防弾ガラスでは、ポリカーボネートの厚さが９．５ｍｍ
または１２．７ｍｍの板を積層したものが採用され、市
販されている。このような防弾ガラスとしては、総厚み
が２７ｍｍ，３３ｍｍと異常に厚くなる上に平板状のも
のしか提供されていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、耐衝撃
性，耐貫通性に優れた材料として採用されているポリカ
ーボネートは、肉厚が厚くなる（５．５ｍｍ付近を越え
る）と、図８の計装化アイゾット試験の荷重／変位曲線
に与える試験片厚さの影響を表わすグラフ（著者：奥園
敏昭 高分子学会予稿集Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．１２ Ｐ
Ｐ４４７５〜４４７７（１９８９年））にて示されるよ
うに、耐衝撃特性が変わり、次第に脆性破壊を生じ易く
なる。また、図９の衝撃強さ，ピーク荷重に及ぼす試験
片厚さの影響と平均分子量（試験温度２３℃）を表わす
グラフ（ポリカーボネート樹脂ハンドブック 編者 本
間精一発行 日刊工業新聞社（１９９２年））にて示さ
れるように、平均分子量２６９００では５ｍｍ、平均分
子量２３２００では４〜５ｍｍで急激に耐衝撃特性が変
化する。

【０００５】このほか、図１０のアイゾット衝撃強さの
温度依存性と平均分子量の影響（試験片厚さ１／８イン
チ）のグラフ並びに図１１のアイゾット衝撃強さの平均
分子量依存性を表わすグラフ（いずれも 実用プラスチ
ック事典材料編 ＰＰ８６３産業調査会編（１９９７
年））によって示されるように、常温域において平均分
子量が２００００から４００００の範囲で衝撃強さが高
く、この範囲を超えると低下することが認められる。

【０００６】また、１００Ｊ程度の衝撃エネルギーでは
余り問題にならなかったが、８００Ｊ以上という大きな
衝撃エネルギーでは、ポリカーボネートの厚肉化で上述
のように脆性破壊が生じ、対応が困難であることがわか
る。

【０００７】要するに、耐衝撃性の高い材料として一般
的に取扱われているポリカーボネート材にあって、その
衝撃強さを確保する目的で板厚の厚いものを使用して
も、大きなエネルギーが急激に作用するような場合に
は、本来の機械的強度を確保することが困難である。し
たがって、その使用目的に応じてポリカーボネートの特
性をよりよく引き出すことが必要であると考えられる。

【０００８】本発明は、このような事情に鑑みて、その
問題点を解消するためになされたもので、耐衝撃性に優
れるポリカーボネート材を合理的に組合わせ積層して大
きな衝撃エネルギーに対応できるプラスチック積層体を
提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用・効果】前述さ
れた目的を達成するために、本発明によるプラスチック
積層体は、厚みが６ｍｍ以下で平均分子量が２００００
〜４００００のポリカーボネート板状材を複数枚、中間
接着層を介して積層されていることを特徴とするもので
ある。

【００１０】こうすることにより、ポリカーボネート材
をよりよい物性の下で組合わせることにより、単体のシ
ート材では得られなかった耐衝撃性の高いポリカーボネ
ートの板材を積層体によって得ることができ、肉厚の増
加により延性破壊から脆性破壊に急激に変化するポリカ
ーボネート特有の現象を避けて合理的な設計ができるこ
とになり、より一層有効な製品を得ることができるとい
う効果を奏するのである。特に、ポリカーボネートは耐
衝撃性が優れる平均分子量範囲である２００００〜４０
０００のものを用いることで、積層体として所望の肉厚
で最大の耐衝撃性を得ることができ、肉厚を薄くして使
用部の重量低減やそれに伴う付帯構造の簡易化によって
経済性が高められるという効果を奏する。また、多数枚
の積層が容易になると、その積層による遮音効果も高め
られ、環境改善に役立つという効果も併せ得られる。

【００１１】本発明における前記中間接着層は、ポリウ
レタン系材料により構成されているのがよい。こうすれ
ば、積層するポリカーボネートとの接着強度が強く耐衝
撃性を有し、しかもこの中間接着層によって積層板同士
が滑る変形を起させるので、大きな衝撃（例えば８００
Ｊ以上）の衝撃に対しても安全に保つことができる。積
層体が光透過性面構造体として使用される場合には、こ
の中間接着層の材料として透明なポリウレタン樹脂を使
用するのが好ましい。なお、透明性を求めない積層体で
あれば、着色されたポリウレタン樹脂であってもよい。

【００１２】また、前記複数枚積層された積層体の少な
くとも一方の面に、ガラスを積層されているのがよい。
あるいは前記複数枚積層された積層体の少なくとも一方
のポリカーボネートは、表面にハードコート層を形成さ
れているのがよい。また、前記複数枚積層された積層体
の一方の面にガラスが積層され、他方の面にハードコー
ト層を形成されたポリカーボネートを積層されているの
がよい。このように、積層体の表面に、ガラスを積層し
たり、またはハードコート層を形成されたポリカーボネ
ートを用いることで、表面の耐擦傷性を向上させて屋外
使用に耐えるものとすることができる。特に、粉塵や破
砕物小片の飛来するような環境で使用される設備や装置
の窓構成材として使用されるのに有効である。

【００１３】また、本発明にあっては、板状のポリカー
ボネート材を複数枚積層して積層体を構成するにあた
り、その板状のポリカーボネート材を別途成形により所
要の円弧に彎曲成形したものの組合わせとするのがよ
い。こうすると、円弧状の（彎曲した）積層体が得ら
れ、特に、厚肉の耐衝撃性を備える面構造体として従来
得られなかったものを提供することが可能になる、とい
う効果を奏する。しかも、その積層する各板状部材は前
述のように耐衝撃性が優れる条件に適合する厚みのもの
を組み合わせることで目的を達成でき、しかも中間接着
層を多く介在させることによる内外層間での外的要因を
その中間接着層によって緩衝させることにより、無理な
応力の発生を防止して安全に保たせることができる。な
お、この成形された板状部材を重ね合わせて立体的な積
層体を得るに際し、その積層される部材が肉厚のほぼ均
等なものであれば、円弧状のみならず積層可能な範囲で
その他の断面形状にすることも可能である。

【００１４】さらに、本発明によるプラスチック積層体
にあっては、積層するポリカーボネート材を成形によっ
て得ることができるので、その一部にボスやリブといっ
た造形部分を付帯させることが可能である。したがっ
て、積層体の一部に前記のようなボスやリブといった造
形構造部を設けることにより、従来予測されなかった各
種用途に適応したものが強度を高めて製作可能となると
いう効果を奏するのである。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明によるプラスチック
積層体の具体的な実施の形態につき、図面を参照しつつ
説明する。

【００１６】図１に本発明のプラスチック積層体として
の代表的なものの断面図が、図２に肉厚の異なる板材に
よる積層体の断面図が、図３に一方の面にハードコート
を施された板材を用いる積層体の断面図が、図４に一方
の面にガラスを積層された積層体の断面図が、図５に一
方にガラスを配して他方にハードコート層を施された部
材が配された積層体の断面図が、それぞれ示されてい
る。

【００１７】図１に示されるプラスチック積層体１は、
ポリカーボネートのシート２（以下、単にポリカーボネ
ート２という）を２枚中間接着層４によって接着されて
一体に積層形成されたものである。ここで用いられる各
ポリカーボネート２は、平均分子量が２５０００で板厚
が２．５ｍｍのものを用い、中間接着層４を構成する材
料として熱可塑性ポリウレタン樹脂を用いて積層成形さ
れている。なお、前記中間接着層４の厚みが１ｍｍにさ
れ、積層体としての厚みが６ｍｍになるようにされてい
る。

【００１８】このような複数枚のポリカーボネート２を
中間接着層４によって一体に積層するには、射出圧縮成
形機により積層する板材を成形型内に保持させて、それ
ら板材の間に溶融した熱可塑性ポリウレタン樹脂を射出
注入すると同時に圧縮して一体化する方式で成形するの
がよい。この場合、圧縮量を設定することで中間接着層
４の寸法を任意に決めることができる。

【００１９】こうして得られたプラスチック積層体１
は、前述のように、最適物性を示す肉厚のポリカーボネ
ート２を所望の厚みに積層して得ることができ、耐衝撃
性の格段に高い面構造体とすることができる。なお、前
記熱可塑性ポリウレタン樹脂（中間接着層４）に透明な
材料を用いることで、積層体は透明な面構造体に仕上げ
られる。

【００２０】前述のプラスチック積層体1について、そ
の耐衝撃性をテストした結果が、図7によって、積層体
として使用されたポリカーボネート２の板厚の異なるも
の（板厚２．５ｍｍ，３．５ｍｍ）、平均分子量の異な
るもの（平均分子量３００００，４００００）につい
て、いずれも中間接着層４の厚みを１ｍｍとし、積層体
としての厚みが６ｍｍと８ｍｍのものと、それぞれポリ
カーボネート単体で６ｍｍ，８ｍｍのものと併せて示さ
れている。なお、この耐衝撃試験については、下記の条
件で行われたものである。 試験片寸法 ６８０×４１５ｍｍ 落球重量 ４４．５Ｋｇ 落下高さ １．６ｍ 試験時の温度 ２３℃

【００２１】このテスト結果から見れば、ポリカーボネ
ート２の平均分子量が３００００の材料を用いて積層さ
れたものがもっともよい結果を示している。また、この
テストのデータによれば、平均分子量４００００の材料
でもよい結果を示しており、また、単体の材料としても
平均分子量が３００００〜４００００のものでは、厚さ
６ｍｍのものを使用して対応する積層体に比べて約４０
％の強度を呈することが判る。これに反して、板の厚み
が８ｍｍとなれば、平均分子量の如何に係らず到底使用
に耐えないものであることが明確になった。その結果、
平均分子量が２００００〜４００００で板厚が６ｍｍ以
下のポリカーボネートを使用すれば、積層することによ
り耐衝撃性の高い面構成材を得ることができる。

【００２２】このようなテスト結果から、肉厚の薄いポ
リカーボネート２を複数枚、中間接着層４を介して積層
して所望の厚さのプラスチック積層体１を構成すること
により、耐衝撃性の高い面構成材が容易に製作できるこ
とになる。したがって、図示省略するが、ポリカーボネ
ート２を３枚以上重ねて、それぞれ中間接着層４を介在
させれば、薄い板材を重ねて合計肉厚が薄くても高強度
の積層板が得られる。しかも、内外の条件が異なるよう
な使用状態であっても、それら中間接着層４であるポリ
ウレタン樹脂の部分においてその可撓性により積層板材
の内部歪みを緩衝して無理なく使用に耐えるものとする
ことができる。

【００２３】図２に示されるのは、厚みが異なる二枚の
ポリカーボネート２，２ａを中間接着層４によって一体
に積層されたプラスチック積層体１Ａである。このよう
なプラスチック積層体１Ａにあっても、好ましくは前記
テストの値からすれば、厚肉のポリカーボネート２ａ板
材に６ｍｍ程度のものを使用することにより高強度のも
のが得られることになる。

【００２４】図３に示されるプラスチック積層体１Ｂ
は、積層される一方のポリカーボネート２の表面にハー
ドコート層３を施したものである。なお、図中符号につ
いて、前記実施例と同一構造の部分には同一の符号を付
して、その詳細な説明を省略する（以下同様）。このよ
うな構成にされたプラスチック積層体１Ｂでは、透明な
ポリカーボネート２のハードコート層３を施した面を表
側にして使用することにより、耐擦傷性を要求される個
所、例えば建設機械の運転席前面ガラスなどに使用して
飛来する岩石の破砕小片などに対する防護用として、あ
るいは粉塵の飛散する個所の窓構成材として表面を保護
でき、透明性が損なわれないようにすることができる。

【００２５】図４に示されるプラスチック積層体１Ｃ
は、積層される複数枚のポリカーボネート２における一
方の面にガラス板５を、また他方のポリカーボネート２
の表面にハードコート層３が施されたものを、それぞれ
用いて中間接着層４によって一体に積層形成されたもの
である。このような構成のプラスチック積層体１Ｃにあ
っては内外表面がいずれも耐擦傷性を有する面構成材と
して使用できる。

【００２６】図５に示されるプラスチック積層体１Ｄ
は、６ｍｍ以下の厚みで図上両端の縁部２ｄ，２ｄが厚
肉に成形されたポリカーボネート２Ａに、一方の面にガ
ラス板５を中間接着層４により接着積層された薄肉のポ
リカーボネート２を、中間接着層４を介して一体に積層
されたものである。なお、前記成形されたポリカーボネ
ート２Ａの他方の面（外面）にはハードコート層３が施
されて積層部の内外両面を耐擦傷性のあるものとされた
積層体である。このような構成のプラスチック積層体１
Ｄでは、縁部２ｄを厚肉にされたポリカーボネート２Ａ
を基準にすることで、剛性を高めることができる。ま
た、成形されたポリカーボネートを使用すれば、その成
形部分の形状を任意に成形できるので、このようなプラ
スチック積層体を使用する個所の条件に合わせて製作す
ることが可能となる。したがって、プラスチック積層体
そのものが、透光性を要求されない部分で、例えば取付
を容易にするための縁部や取付座として所要の形状に成
形された部分を一体に備えたものとして便利に使用でき
るものが得られる。なお、この実施例では両面が耐擦傷
性を備えた構成にされているが、必要に応じて片面のみ
耐擦傷性を備えたものとすることができる。

【００２７】図６に示されるのは、彎曲構造にされたプ
ラスチック積層体１Ｅの断面図であって、予め所要の曲
率にて成形されたポリカーボネート２Ｂ，２Ｂ′を中間
接着層４によって接合されて構成されている。このよう
なプラスチック積層体１Ｅにあっても、前述のように使
用されるポリカーボネート２Ｂ，２Ｂ′の物性を選定し
て用いることにより、耐衝撃強度の高い彎曲した面構造
体が得られることになる。このようなプラスチック積層
体１Ｅによれば、曲面を有する建物などの構造物におけ
る透光性部材として、窓やその他光を取り入れる部分に
板ガラスに代えて採用することが可能になる。

【００２８】このように、本発明に係るプラスチック積
層体は、その構成ポリカーボネートの分子量と肉厚とを
選定することにより、延性破壊から脆性破壊に急激に変
化するポリカーボネート特有の現象を避けて、もっとも
有効な物性の肉厚のものを使用して設計することができ
る。しかも、積層体に使用されるポリカーボネートは板
材のみならず、金型で成形した成形体が使用できるの
で、曲面やリブ・ボスなどの成形構造に制約がなくな
り、工業的に利用範囲を広げることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明のプラスチック積層体としての
代表的なものの断面図である。

【図２】図２は、肉厚の異なる板材による積層体の断面
図である。

【図３】図３は、一方の面にハードコートを施された板
材を用いる積層体の断面図である。

【図４】図４は、一方の面にガラスを積層された積層体
の断面図である。

【図５】図５は、一方にガラスを配して他方にハードコ
ート層を施された部材が配された積層体の断面図であ
る。

【図６】図６は、彎曲構造にされたプラスチック積層体
の断面図である。

【図７】図７は、本発明に係るプラスチック積層体の耐
衝撃テストの結果をグラフで示す図である。

【図８】図８は、計装化アイゾット試験の荷重／変位曲
線に与える試験片厚さの影響を表わすグラフである。

【図９】図９は、衝撃強さ，ピーク荷重に及ぼす試験片
厚さの影響と平均分子量（試験温度２３℃）を表わすグ
ラフである。

【図１０】図１０は、アイゾット衝撃強さの温度依存性
と平均分子量の影響を表わすグラフである。

【図１１】図１１は、アイゾット衝撃強さの平均分子量
依存性を表わすグラフである。

【符号の説明】

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ プラスチック積層体 １Ｅ 彎曲したプラスチック
積層体 ２，２ａ ポリカーボネート ２Ｂ，２Ｂ′ 彎曲成形されたポリカ
ーボネート ３ ハードコート層 ４ 中間接着層 ５ ガラス

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 厚みが６ｍｍ以下で平均分子量が２００
   ００〜４００００のポリカーボネート板状材を複数枚、
   中間接着層を介して積層されていることを特徴とするプ
   ラスチック積層体。
2. 【請求項２】 前記中間接着層は、ポリウレタン系材料
   により構成されている請求項１に記載のプラスチック積
   層体。
3. 【請求項３】 前記複数枚積層された積層体の少なくと
   も一方の面に、ガラスを積層されている請求項１または
   ２に記載のプラスチック積層体。
4. 【請求項４】 前記複数枚積層された積層体の少なくと
   も一方のポリカーボネートは、表面にハードコート層を
   形成されている請求項１または２に記載のプラスチック
   積層体。
5. 【請求項５】 前記複数枚積層された積層体の一方の面
   にガラスが積層され、他方の面にハードコート層を形成
   されたポリカーボネートを積層されている請求項１また
   は２に記載のプラスチック積層体。