高分子材料とは
高分子材料とは、高分子化合物という分子量が10,000を超える化合物で構成される材料のことです。高分子となる分子量の明確な基準はありません。
高分子材料は、低分子材料であるモノマーから高分子をつくる反応 (重合) を経てつくられ、モノマーが多数 (ポリ) 集まった化合物という意味でポリマーとも呼ばれます。
高分子材料の種類
高分子材料の種類には、天然高分子、既存の人工素材、合成高分子があります。高分子材料は合成高分子を指すことが一般的です。
合成高分子は、ポリエチレン、ポリプロピレン、スチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル、PET繊維、ナイロン繊維、エンジニアリングプラスチック (エンプラ) 、ポリウレタン、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、汎用/特殊合成ゴムなどの種類があります。
高分子材料の特徴
高分子材料 (合成高分子) の特徴は、加工性、軽量性、強度が挙げられます。
1. 加工性
金属やガラスに比べ、100～200℃の比較的低温で溶融できること、また溶剤に溶解したり、原料、半原料の段階で流動性があるので、成形時に加工し易いという特徴があります。
2. 軽量性
一般的に比重は1～1.5程度で、ポリエチレンやポリプロピレンの比重は、0.90～0.97で1を切る材料もあります。鉄鋼の比重が7.8、アルミが2.7と比較すると、高分子材料が軽量であることがわかります。高分子材料の強度をもたせるために充てん材を加えると比重が2を超えることもありますが、発泡製品にすると0.1になるなど、用途に応じて配合や製法を変えることで、重量を変化させることが可能です。
3. 強度
強度の指標はいくつかありますが、ここでは引張り強さを例に上げて説明します。プラスチック、ゴムといったものが代表されるように高分子材料そのものは、金属やガラスと比べると強度の大きい材料ではありません。
しかし、ガラス繊維や炭素繊維などの充てん材を加えることで、プラスチックの強度を数倍まで上げることが可能です。比重が小さいプラスチック材料が鉄鋼などの金属材料に匹敵する強度を得ることができ、特にFRPと呼ばれる炭素繊維強化プラスチックはマグネシウム合金やジュラルミンを凌駕する強度を持っています。