兵器軽量化は兵器業界の研究重点であり、単兵の作戦能力を高める重要な手段である。現在、軍需産業分野ではエンジニアリングプラスチックが重要な役割を果たしており、兵器工業における代替品から新型兵器を発展させるために欠かせない材料に変わりつつある。

20世紀末、ハイテク材料技術の台頭は新たな軍事革命を巻き起こした。高新材料技術とは軽量化材料技術、機能材料技術、知能材料技術などを指し、それらは現代戦争に重大な影響を与え、軍隊の武器組み立ても変えた。軽量化材料技術は軽兵器の発展に大きく貢献し、兵器の軽量化、機能化、高性能化を高めると同時に、次世代の新型兵器の研究開発と設計にも全面的で深い影響を与えている。

軽兵器とは一般的に単兵または班が携行して戦う武器を指し、その種類は多種多様で、各種の基礎装備の上に組み立てることができ、使用範囲は比較的広く、歩兵作戦の主要な武器だけでなく、全軍の汎用性のある武器装備であり、その中で銃器と弾薬は最も一般的な軽兵器を使用している。

軽兵器の発展の必然的な趨勢は単兵総合作戦システムであり、このシステムは単兵の作戦能力を最大限に向上させ、兵士と兵器装備を有機的な全体に形成させ、さらに単兵の生存力、殺傷力、機動能力、指揮と制御能力及び耐久能力を全面的に増加させ、軽兵器の突破を実現することを目的としている

従来は武器装備のレベルを評価する際に、通常は単品武器の性能を主としていたが、現在の評価基準は単品武器装備と単一戦闘ユニット及び連合作戦体系が一体化できるかどうか、連通性と連動性があるかどうかである。一体化は単兵システム建設の内在的な要求であり、連合作戦システムに溶け込むための切実な需要でもある。

そのため、単兵軽兵器の「一体化」を実現するためには、新しい材料を絶えず開発し、軽兵器の性能を高めると同時に、適切な加工方法を見つけ、兵士の個性的な需要に応じて武器装備を効率的にカスタマイズする必要がある。エンジニアリングプラスチックを軽兵器に応用することで武器の軽量化を効果的に実現し、単兵軽兵器の「一体化」を促進することができ、20世紀半ばから国内外の研究者たちはすでに大量の探索を行っている。

銃器へのエンジニアリングプラスチックの主な応用

• 銃器へのエンジニアリングプラスチックの応用の利点と要求

銃器上の木製部品は使用してしばらくすると緩み、連続射撃時に木が焦げ、スペル時に折れやすく、熱帯地域でカビが生えやすく、雨に濡れて膨張して品質が大きくなるなど、木製部品の木材利用率が低く、加工技術が複雑で品質が重く、エンジニアリングプラスチック製部品を木製部品の代わりに使用することでこのような問題を効果的に解決することができる。エンジニアリングプラスチックの利点を図1に示す。

これらの特徴により、エンジニアリングプラスチックは銃器の各方面に広く応用されている。異なる部材では、図2に示すように、エンジニアリングプラスチックの性能について異なる要求がある。

力受け部材及び副力受け部材として使用する場合、エンジニアリングプラスチック製部材は耐摩耗性、耐食性及び耐老化性だけでなく、より高い強度、剛性及び靭性を備えなければならない。高周波受力部材として使用する場合、制子の受力状況は受力部材よりも過酷であり、受力が大きく頻繁である。

戦闘状態にあるハンマーは毎分数百発から数千発の銃弾を発射し、ハンマーは数百回から数千回の衝撃を受けることができ、しかも機構の動作の正確性に対する要求が高いため、材料の性能に対してより厳しい要求があり、このような製造物はまた優れた強度、剛性、靭性と耐衝撃疲労強度を持たなければならない。火薬ガスと直接接触する耐高温高周波受力部材として用いた場合、その作動条件は極めて劣悪であり、銃弾の発射時の温度は200 ~ 500℃に達した。

ピストン、銃器などの可動部材は1分間に数千回往復運動するため、熱変形温度も高い必要がある。一般的なエンジニアリングプラスチックはこれらの要求を達成することが困難であるため、炭素繊維複合材料を用いてこのような製造物を製造することが多い。

• 銃器へのエンジニアリングプラスチックの使用

1940年代から、エンジニアリングプラスチックが銃器の製造に使われるようになった。オーストリアのスタイル・マンリシャー社は、図3（a）に示すように、銃器応用工学プラスチックの模範となるAug 5.56 mmのライフル銃を開発した最初の工学プラスチックを銃器に用いた軽兵器メーカーである。

この小銃は大量の工事用プラスチック製部品を採用し、含有量は全銃部品総数の約20%を占め、そのグリップ、銃床、弾倉、引き金、ハンマーなどの部品はすべて工事用プラスチック製部品を採用した。

このほか、スタール社が開発した半自動拳銃SSP 9 mmと破壊資機材小銃AMR 15 mmもエンジニアリングプラスチックとその複合材料に広く応用されている。オーストリアが開発したグロック（CLOCK）17拳銃は34の部品からなり、そのうち14の部品はエンジニアリングプラスチック製で、プラスチック部品の割合は図3（b）に示すように40%に達した。そのスリーブシートは射出成形の方法で製造され、弾倉、底板、照準器、撃発機構、隙間スリーブなどの製造物もすべてエンジニアリングプラスチックである。

• 米国の銃器使用工程プラスチック事情

1944年、米国で開発された7.62 mmブラウニン半自動小銃用ガラス繊維強化フェノール樹脂を銃床と護木として図4（a）に示す。続いて＜strong＞木綿強化フェノール樹脂＜strong＞を用いてAR−10自動小銃の銃床、木材保護、グリップ、弾倉などの部品として使用した。

1957年、米軍はM 147.62 mm小銃を換装した。この銃はガラス繊維強化ポリエステル樹脂を銃床と護木として採用し、銃床の強度を高めると同時に、品質も30%低下した。連続射撃500発の銃弾のうち、木製銃床は燃焼と炭化が起こりやすいが、プラスチック銃床は図4（b）に示すようにほぼ無傷である。

M 14小銃の研究に基づいて、M 165.56 mm小銃の銃床、保護材、グリップはすべて織物強化高衝撃強度フェノール樹脂を用いて製造された。その後のM 16 A 1小銃はポリエステル型ポリウレタンエラストマーを銃床として使用し、ポリウレタンエラストマーにはカーボンブラック、酸化鉄、二酸化チタンフィラーが含まれており、その力学的性能と紫外線照射防止性能を高めることができ、しかも成形によって一次成形することができ、全体的な性能はフェノール樹脂銃床より明らかに強く、図4（c）に示すように。また、M 16 A 2小銃の銃床と護木は超靭性ナイロンで作られており、この銃床の力学的強度はM 16 A 1小銃よりはるかに高い。

図4（d）に示すように、AR−7運動銃はABS樹脂を使用して銃床、フロントブラケット、工具容器を製造し、M 60軽機関銃もこのプラスチックをグリップとして使用し、5.56 mmレミントン小銃の銃床はナイロン66を使用して一括射出成形により得られ、この兵器工場の「ナイロン」小銃の銃管を除くほとんどの部品は繊維強化ナイロン複合材料で製造されている。ASP 9 mm拳銃用ポリカーボネートを透明グリップとし、5.56 mmと4.32 mmライフル用ポリカーボネートを透明弾倉とし、M 86 LR 300ウィンチェスター大威力狙撃小銃とM 87 ELR 12.7 mm狙撃小銃の銃床はいずれもガラス鋼から製造された。

• ロシア及び一部のヨーロッパ諸国における銃器使用工程プラスチック事情

ロシアではエンジニアリングプラスチックの銃器への応用研究が遅れており、1970年代に開発されたAK-74突撃小銃の弾倉はガラス繊維強化熱硬化性樹脂で作られ、良好な力学性能を持ち、金属弾倉の質量より28.5%軽減され、図5（a）に示すようになった。

RPK-74軽機関銃用ガラス繊維強化プラスチックを用いて銃床を製造し、図5（b）に示す。AR−744.5 mm突撃銃の弾倉をガラス繊維強化ポリビニルアルコール変性フェノール樹脂を用いて製造した。

他の各国の代表的なエンジニアリングプラスチックを含む銃器には、ユーゴスラビアで開発された22 LR突撃銃は大量のエンジニアリングプラスチック複合材料を採用しており、その割合は他の突撃銃をはるかに上回っており、キャビネットは使い捨てプレス成形の方法を用いて製造され、176発の透明ドラムと大量の小型部品は繊維強化プラスチックから製造されている。ベルギーFN社が開発したP 90突撃銃もエンジニアリングプラスチックを十分に使用しており、銃全体に含まれる69個の部品のうち27個がエンジニアリングプラスチック製で、図5（c）に示すようになっている。

スイスのSTG 905.56 mm小銃銃床は合成発泡スチロールを充填したエンジニアリングプラスチックで作られ、弾倉は半透明プラスチック、フランスFAMAS 5.56 mm小銃中の銃床、発射機台など33の部品は30%と60%のガラス繊維強化ナイロン11で製造され、全銃本部件数の16%を占め、図5（d）に示すように、英国PM狙撃小銃とSAR-87突撃小銃の銃床とグリップはそれぞれガラス繊維とアスベスト強化フェノール樹脂から製造され、ドイツHK社の無殻弾先進戦闘小銃のケースはガラス繊維強化ナイロンプラスチック製で、銃管と照準器は高強度エンジニアリングプラスチックから使い捨て成形により得られる。

• 中国の銃器使用工程プラスチック事情

武器の質を減らし、木材を節約するために、中国は1960年代から軽兵器へのエンジニアリングプラスチックの応用研究を開始し、プラスチックを木に代え、プラスチックを金属に代えて力部材、次受力部材、高周波受力部材などの重要な部品を製造する道を歩んできた。

中国で開発された56式突撃銃[図6(a)]、56式半自動小銃、63式自動小銃の銃床はいずれもガラス鋼を使用しており、その保護材、グリップ、63式自動小銃の弾倉、油壺、グリップはいずれも高強度エンジニアリングプラスチックを使用している。54式7.62 mmピストルの代わりに、中国は92式ピストルを自主的に開発し、熱可塑性がよく、強度が高いエンジニアリングプラスチック全体のグリップ構造を伝統的な金属銃底グリップの代わりに使用し、加工技術は簡単で、射出成形は一次成形で、一致性、経済性は良い[図6（b）]。5.8 mm世代、2世代自動小銃の銃床、護木、グリップ、弾倉など11の部品はすべてガラス繊維強化改質ナイロン66とナイロン610から製造された。

1930年代にナイロン66が工業化されて以来、エンジニアリングプラスチックは急速に発展し、種類は増え続け、銃器にも広く応用され、図7に示すようになった。

1961年、米デュポン社は性能に優れたポリイミドの開発に成功し、特殊エンジニアリングプラスチックの発展の窓を開けた。しかし、特殊エンジニアリングプラスチックは銃器への応用は多くなく、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリベンゾイミダゾールなど良好な耐高温性、耐摩耗性、耐食性を有する高性能エンジニアリングプラスチックは銃器への応用は多くなく、将来的には就役銃器の改良と新型銃器の研究開発の過程で、このような高性能エンジニアリングプラスチック部品を適切に増加させ、極端な環境下での銃器の使用性能を高めることができる。

• 問題点と将来の発展傾向がある

エンジニアリングプラスチックは銃器に多くの利点を持っているが、いくつかの欠陥も露呈している。例えば、中国で初めてエンジニアリングプラスチックを大面積に使用した95式小銃は、使用中に摩擦後に白っぽくなったり、湿気を受けてカビが生えたりするなどの状況が発生する。これはエンジニアリングプラスチックにその力学的性能を向上させる補強繊維を添加したためであり、長時間の摩擦により繊維次元が露出し、俗に研磨毛が白っぽくなる現象と呼ばれる。

また、よく使われる5大エンジニアリングプラスチックには次のような問題がある。

上記の問題を解決するために、銃器上のプラスチック部材を比較的に過酷な化学、物理環境の中で長期的に使用することができ、エンジニアリングプラスチックを改質し、エンジニアリングプラスチック複合材料を製造することが最も一般的な方法である。同時に、総合性能がより高い新型エンジニアリングプラスチックを開発し、エンジニアリングプラスチック製部品の加工方法を改善することは、エンジニアリングプラスチック製部品の性能を向上させる重要な手段でもある。

参考資料：軽兵器へのエンジニアリングプラスチックの応用と発展[J]王沛、夏柳、蔡歓喜、等.科学技術とエンジニアリング、2022、22（13）：5095-5105.