ふっ素樹脂の特性


製品特長

ふっ素樹脂は耐熱性、耐薬品性、摩擦特性、非粘着性、電気特性等にすぐれた特長を持つ高機能樹脂である。最近は、アウトガスや抽出成分のほとんどない点も注目され、クリーン環境を要求される半導体分野等にも多用されている。ここでは、ふっ素樹脂の基本的な特性および特にこの樹脂の使用を検討する際にも参考になると思われる特性データについて紹介する。また、ふっ素樹脂のなかでも最も使用量の多いPTFEと溶融タイプ（射出成形できるタイプ）のPFAをメインに紹介する。


(1)種類と分子構造
(2)特性一覧表
(3)耐化学薬品性
(4)ＰＴＦＥの特性　〈熱膨張〉
(5)ＰＴＦＥの特性　〈機械的特性〉
(6)ＰＴＦＥの特性　〈電気的特性〉
(7)ＰＴＦＥの特性　〈気体透過性〉
(8)ＰＴＦＥの特性　〈純粋性〉
(9)ＰＴＦＥの特性　〈摩擦特性〉
(10)ＰＴＦＥの特性　〈非粘着性〉
(11)ＰＴＦＥの特性　〈難燃性〉
(12)ＰＴＦＥの特性　〈耐放射線性〉
(13)ＰＴＦＥの特性　〈接着性〉
(14)ニューバルフロン
(15)充填剤入ＰＴＦＥ　〈種類と特長〉
(16)充填剤入ＰＴＦＥ　〈特性一覧表〉
(17)充填剤入ＰＴＦＥ　〈特性一覧表２･･･新タイプ〉
(18)ＰＦＡの特性　〈機械的特性〉
(19)ＰＦＡの特性　〈電気的特性〉

■ 種類と分子構造

名   称 分   類 分子構造式
PTFE 四ふっ化エチレン樹脂 　
PFA 四ふっ化エチレン－パーフロロアルキルビニルエーテル
共重合樹脂		 　　　　　
FEP 四ふっ化エチレン－六ふっ化
プロピレン共重合樹脂		 　　
ETFE 四ふっ化エチレン－エチレン
共重合樹脂		 　  
CTFE 三ふっ化塩化エチレン樹脂 　　
PVDF ふっ化ビニリデン樹脂 　　

■ 特性一覧表

■ 耐化学薬品性

各種ふっ素樹脂の耐化学薬品性
名   称 耐 化 学 薬 品 性
PTFE ほとんどの化学薬品に対して非常に安定した性質を保有しており、わずかに 溶融アルカリ金属やそれらの溶液および高温のふっ素、三ふっ化塩素等に 侵される。
PFA PTFEと同じ
FEP PTFEと同じ
ETFE PTFEとほとんど同じであるが、濃硝酸に侵される。
CTFE PTFEに比べてやや劣る。溶融アルカリ金属、高温のふっ素、三ふっ化塩素 に侵されるほか、高温で塩素ガスやアンモニアガスにも若干侵される。さらに、 特殊なハロゲン化有機溶剤には、高温で膨潤ないし溶解する。
PVDF 発煙硫酸、100℃以上のか性ソーダに分解、アセトン、酢酸エチル、DMF、 ケトン、エステル、環状エーテル、アミド類には膨潤ないし溶解する。


充填材の種類と特長

充填材の種類 充填材識別記号 特   長
グラスファイバー 15％…2K0
20％…2N0
25％…2T0		 耐摩耗性が良好。
電気的特性が良好。
アルカリに侵される。
水中摩耗に弱い。
グラスファイバー＋グラファイト 20％＋5％…2N1 耐クリープ性が良好。
しゅう動特性を改善する。
グラスファイバー＋MoS2 15％＋5％…2K7 耐クリープ性、圧縮強さが良好。
しゅう動特性を改善する。
電気絶縁性が良好。
グラファイト 15％…1K0 しゅう動特性が良好。 軟質相手材を攻撃しない。
ブロンズ 60％…3M0 耐クリープ性、圧縮強さが良好。 熱伝導性がよい。
ブロンズ＋炭素繊維 3U8 油中でのしゅう動特性が良好。
カーボン・グラファイト 25％…6T0
33％…6P0		 耐クリープ性、高温耐荷重性が良好。
炭素繊維 10％…8H0 水中でのしゅう動特性が良好。 耐クリープ性が良好。
有機系充填材 9A1
9A2
9B1		 軟質相手材を攻撃しない。
安定したしゅう動特性。
耐クリープ性、圧縮特性が良好。

 

■ ＰＴＦＥの特性　〈熱膨張〉

PTFEは一般の樹脂と同レベルの熱膨張係数を示す。
23℃付近に特有の転移点が存在し、寸法変化が大きくなるので注意が必要である。

■ ＰＴＦＥの特性　〈機械的特性〉

PTFE、FEPおよびPFAの低温特性

性 質 温度（℃） PTFE FEP PFA
引張降伏点
（MPa）		 -253 123 164 －
-196 91 130 129
-129 53 78 －
-79 32 38 －
25 12 14 15

引張強さ（破断時）
（MPa）

 -253 123 164 －
-196 102 124 129
-129 63 83 －
-79 40 45 －
25 29 29 29
引張弾性率
（MPa）		 -253 4300 5100 －
-196 3200 4000 －
-129 2100 3300 －
-79 1400 2100 －
25 600 500 －

伸び　
（％）

 -253 3 5 －
-196 7 7 8
-129 13 15 －
-79 31 33 －
25 300 350 260
曲げ弾性率
（MPa）		 -253 5100 5300 －
-196 4700 4700 5800
-129 3100 3900 －
-79 1600 2300 －
25 600 700 700
アイゾット 衝撃強さ
（ノッチ）（J/m）		 -253 75 98 －
-196 70 92 64
-129 -80 － －
-79 　 ＞480 －
25 101 破壊せず 破壊せず
圧縮強さ
（MPa）		 -253 219 246 －
-196 145 206 412
-129 110 161 －
-79 51 91 －
25 26 11 25
圧縮弾性率
（MPa）		 -253 6200 7000 －
-196 5500 6300 4700
-129 4000 5100 －
-79 2000 2600 －
25 700 600 690

■ ＰＴＦＥの特性　〈電気的特性〉

PTFEはすぐれた電気的特性を持つ。
誘電率と誘電正接は樹脂のなかで最も小さく、温度・周波数にほとんど影響されない。
絶縁抵抗も最も大きく、耐アーク性にもすぐれる。



■ ＰＴＦＥの特性　〈気体透過性〉

PTFEの気体透過は温度、圧力、接触面積とともに増加し、フィルムの厚さに反比例する。



PTFEフィルムのガス透過係数（25℃）
O2 H2 N2 CO2 CH4 C2H6 C3H8
4.2×10－10 9.8×10－9 1.4×10－10 1.17×10－9 3.64×10－5 3.34×10－5 1.23×10－4
（単位：cm3・cm・cm-2・s-1・cmHg-1）

■ ＰＴＦＥの特性　〈純粋性〉

ふっ素樹脂は薬液と接した場合に不純物の溶出がほとんどなく、また耐食性にすぐれるため、長期にわたって純度が保持されるすぐれた特性を持っている。
ふっ素樹脂のなかでも、PTFEやPFAは特に耐食性にすぐれ、クリーン度の要求される半導体産業や微量分析分野で多用される。
表にPTFEおよびPFAのチューブの硝酸溶出テスト結果を示す。


■ ＰＴＦＥの特性　〈摩擦特性〉

PTFEは樹脂のなかで摩擦係数が最も小さい。
PTFEの摩擦挙動で特長的なのは、摩擦することにより相手材に移着する現象がみられることである。
摩擦とともにPTFEが相手材に移着しはじめ、定常化するとほぼPTFE同士の摩擦となり低摩擦で推移する。
注意しなければならないのは、PTFE単体では摩耗が大きいことである。
そのため、しゅう動材用途ではPTFE単体では実用的でなく、充填材入りにして耐摩耗性や耐クリープ性等を向上させて使用される。

■ ＰＴＦＥの特性　〈非粘着性〉

PTFEやPFA、FEPは他の樹脂に比べ接触角が非常に大きく、濡れにくい性質を持っている。
したがって樹脂表面に接する物質が粘着したり、接着することはまずない。
これらの性質を利用して、家庭用品や事務機（例えば定着部ロール）等に多用されている。

濡れ特性

材料の種類 水の接触角 水との接着エネルギー 臨界表面張力（γc）
（度） （×10－5N/cm） （×10－5N/cm）
FEP 115 42 16.2
PTFE 114 43.1 18.5
PFA （FEPやPTFEと同レベル）
シリコーン樹脂 90～110 47.8～72.7 －
パラフィン 10.5～10.6 52.7～53.8 23
ポリエチレン 88 75.2 31
ナイロン 77 97.7 46
フェノール 60 109 －

■ ＰＴＦＥの特性　〈難燃性〉

限界酸素指数（LOI）と燃焼カロリー


　 PTFE ETFE シリコーンゴム 塩化ビニール ポリエチレン
LOI（％） 95以上 30 25～40 40 18
燃焼発熱量
（J/g）		 約4,200 約15,700 約19,000 約18,000 約46,500

■ ＰＴＦＥの特性　〈耐放射線性〉

PTFEの耐放射線性は、空気中においては酸素による分子鎖の切断反応が促進され、
0.2～0.7×104Gyで破壊がはじまる。
表は放射線照射による機械的強度の変化を示したものである。


■ ＰＴＦＥの特性　〈接着性〉

PTFEは非粘着性にすぐれているために、他の材料と接着し組み合わせて使用する場合に接着しづらい問題がある。そこで接着の前処理として表面処理が行われる。
化学的な表面処理法としてはアルカリ金属の溶液による処理があり、物理的な表面処理法としてはスパッタエッチング法やプラズマ処理法等がある。
PTFE同士の接着の場合は、PFAやFEPを介した融着法、PFAビードを用いた溶接法等がある。

■ ニューバルフロン

従来のPTFEの耐熱性、耐薬品性、非粘着性、低摩擦特性等のすぐれた特性を持ちながら、耐クリープ性、２次加工性、耐屈曲疲労性等を向上させた、新しいタイプのPTFE （ニューバルフロン）が開発された。
下図に耐クリープ性を示す。従来のPTFEは、高温になるとクリープが大きくなる欠点があったが、ニューバルフロンは高温でも変形しにくい特長を持っている。したがってガスケットや自動車ほかのシール材、バルブシート等において、 従来より苛酷な条件下でより高い耐久性を得ることができる。
また、耐屈曲疲労性については、従来のPTFEに比べMIT試験で数倍の寿命が得られている。
ベローズやダイヤフラム、シール材などの用途において、より信頼性を向上させることができる。 その他に、電気絶縁性の向上や、透明性にすぐれている点も特長として挙げられる。


■ 充填剤入ＰＴＦＥ　〈種類と特長〉

充填材
識別記号		 主充填材 色相 特性　　◎：優れている　○：使用可能　△：用途に応じて使用可能　×：使用しない方が良い
低摩擦性能 耐摩耗性能 耐クリープ 電気絶縁 帯電防止 圧縮強さ 耐熱性 耐薬品性 切削加工性 その他特長
純PTFE － 乳白色 ◎ △ △ ◎ × × ◎ ◎ ◎ 　
2K0 グラスファイバー 白 ○ ○ ○ ◎ × ○ ◎ ○ ○ アルカリに侵される
水中磨耗に弱い
2N0 グラスファイバー 白 ○ ○ ○ ◎ × ○ ◎ ○ ○
2T0 グラスファイバー 白 △ ○ ○ ◎ × ○ ◎ ○ ○
2N1 グラスファイバー＋
グラファイト		 黒 ○ ○ ◎ ○ × ○ ◎ ○ ○ 　
2K7 グラスファイバー＋
MoS2		 黒 ○ ○ ◎ ◎ × ○ ◎ △ ○ 　
1K0 グラファイト 黒 ○ ○ ○ △ ○ ○ ◎ ○ ○ 軟質相手材を攻撃しない
3M0 ブロンズ 黄土 ○ ○ ◎ × ○ ○ ◎ △ ○ 熱伝導性良い
6T0 ｶｰﾎﾞﾝ・ｸﾞﾗﾌｧｲﾄ 黒 ○ ○ ◎ × ○ ◎ ◎ ○ ○ 油中での摺導特性良い
6P0 ｶｰﾎﾞﾝ・ｸﾞﾗﾌｧｲﾄ 黒 ○ ○ ◎ × ○ ○ ◎ ○ ○ 　
8H0 炭素繊維 黒 ○ ○ ○ × △ △ ◎ ○ ○ 水中での摺導特性良い
9A1 有機系充填材 黄白 ○ ○ ○ ○ × ○ ◎ ○ ○ 軟質相手材を攻撃しない
9A2 有機系充填材 黄白 ○ ○ ○ ○ × ○ ◎ ○ ○ 軟質相手材を攻撃しない
9B1 有機系充填材 黒 ○ ○ ◎ △ × ○ ◎ ○ ○ 軟質相手材を攻撃しない
3U8 ﾌﾞﾛﾝｽﾞ+炭素繊維 黒褐色 ○ ○ ○ △ △ ○ ◎ △ ○ 　
４Y0 導電性ｶｰﾎﾞﾝ 黒 ○ △ △ × ◎ × ◎ ○ ◎ 　

■ 充填剤入ＰＴＦＥ　〈特性一覧表〉

■ 充填剤入ＰＴＦＥ　〈特性一覧表２･･･新タイプ〉

■ ＰＦＡの特性　〈機械的特性〉

PFAは室温付近での機械的強度は、PTFEと同様高いレベルとはいえないが、高温領域 での強度や耐クリープ性はPTFEに比べすぐれている。
特　性 ASTM試験法 温度℃ PFA ＰＴＦＥ(1) ＦＥＰ
340－Ｊ 350－Ｊ Ｔ－160
引 張 強 さ   MPa D 1708 23 27 31 27－34(2) 31
250 12 14 10 2
引張降伏点   MPa D 1708 23 14 15 10 14
250 3.4 4 2 1.5
伸 び ％ D 1708 23 300 300 300 300
250 480 500 350 350
曲げ弾性率   MPa D 790 23 660 690 270-620(2) 690
250 55 70 27 21



■ ＰＦＡの特性　〈電気的特性〉




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