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フッ素樹脂の特性と用途例

フッ素樹脂の特性と用途例

耐熱性(熱に強い)

物質が固着しにくいという特性から、粘性のある物質を取り扱う器具などで使用されています。 ふっ素樹脂は連続使用可能温度が150~260℃で、樹脂の中では最高クラスの耐熱性です。 自動車業界では省エネルギー、気ガス規制など軽量化や高耐熱性への要求が高くなってきています。 フッ素樹脂の耐熱性、低摩擦性を生かして、自動変速機のシール材、ブレーキパッド、ベアリング、などに多く使われています。またPTFE被覆ケーブルは自動車の排気ガスのセンサー等に用いられています。溶融粘度が高いことにより、エンジンに近いところ で使用され、予期せず260℃を超える高温にさらされた場合おいても、機能を維持できます。 AT (オートマチックトランスミッション)等の油圧制御機器の電子化に伴い、電線には耐熱性、耐油性に優れたフッ素樹脂が使われています。

 
最高使用温度(連続)
PTFE
260
PFA
260
ETFE
150

フッ素の耐熱性を利用した用途例 ♦自動車用部品(ベアリング、オイルシール、ATセンサー電線、コントロールケーブル)

耐薬品性(薬品に強い)

半導体製造装置の中には多くのフッ素樹脂製品が使用されています。主に薬液容器・配管・配管継ぎ手・タンクライニング・ 角槽・ウエハーキャリア・バルブ・ポンプ・ベローズ・ダイヤフラム・フィルターハウジングなどがフッ素樹脂製品でできています。なぜたくさんのフッ素樹脂製品が半導体製造装置に必要なのかというと半導体の製造プロセスでは様々な種類の薬液を使用するから です。この薬液の中には強酸や強アルカリのものがあり、これらに接触する部品の材料として、耐薬品性を持つフッ素樹脂が使用されています。またここ数年、半導体デバイスの高集積化・微細化が進み、より小さな半導体を作る為には、半導体製造のプロセス中に混入される金属不純物を制御することが特に重要になってきています。薬液の不純物や純度の低下は、半導体の品質に影響を与え、歩留まりの低下を招くため、使用材料には純度の低下を起こしにくいフッ素樹脂製品が使用されるのです。

 
PTFE
PFA
ETFE
超優秀 超優秀 優秀
アルカリ
超優秀 超優秀 優秀
有機溶剤
超優秀 超優秀 優秀

超優秀:ほとんどの薬品、溶剤に過酷な状況下でも侵されない。
優秀:一部の薬品、溶剤には特定の状況下では使用を留意する必要がある。
秀:使用する薬品、溶剤、使用条件を詳細に検討する必要がある。
良:一部の溶剤に溶ける。

フッ素の耐薬品性を利用した用途例 ◆半導体製造装置(洗浄薬液ラインチューブ、薬液槽、薬液タンク、ウエハー搬送部材等)

耐摩耗性(滑りやすい)

フッ素樹脂はあらゆる個体の中で最小の摩擦係数なので、その特性を活かし、機械部品や自動車などに使用されています。 工作機械に組み込まれるレールなどのガイドには、余剰物が固着しないことやスムーズな摺動性が求められます。それらの部品に 低摩擦性を持つフッ素樹脂をコーティングすることで、低騒音かつスムーズな動きが実現します。エアコン部品では冷暖房を切り替える 部品(切替弁)に使用されています。弁がスライドしながら移動して冷媒ガスの流通ルートを切り替えるので滑りやすさが必要とされ ます。また、自動車にもたくさんのフッ素樹脂製品が使用されています。 自動車部品でも過酷な環境に耐えうる重要なところで使用 されていますが、目につかないところで使用されているものがほとんどです。低摩擦性を利用した部分ではベアリングやワッシャー等 で使用されています。しかし、フッ素樹脂だけでは、摩耗特性や荷重が掛った状態での変形(クリープ特性)に弱いところがあります。 この場合には樹脂に充填材を入れることで特性が改良されたものを使用します。

 
動的摩擦係数
PTFE
0.1
PFA
0.2
ETFE
0.4

フッ素の耐摩耗性を利用した用途例
◆潤滑材として他の素材への塗布(摩擦特性の向上用) ◆自動車用部品(ベアリング、自動変速機のシール材、ブレーキパッド、ショックアブソーバ部品等)

非粘着性(くっつきにくい)

物質が固着しにくいという特性から、粘性のある物質を取り扱う器具などで使用されています。 印刷機やコピー機部品などは印刷するためのインクや紙などが固まったり、つまったりすると動きが止まってしまいます。印刷機などは断続的に 動きつづけるものなので停止してしまうと大きなトラブルの元となります。そこで滑りのよい、非粘着性能の高いフッ素樹脂 を使用した部品を使うことでインクや接着剤、樹脂溶融物などの固着を防ぎます。滑りのよいフッ素樹脂の部品を使うと、機器のトラブル、メンテナンスの回数が減少するので機器のトラブルが起こってはいけない重要な部分やメンテナンスを行うことが 困難な部分などに使用されます。プリンターの中の部品では温度の高い定着部分などにフッ素樹脂の非粘着性が利用され、定着ロールには、PTFEやPFA塗料が塗られています。また、加圧ローラーにはトナーに固形物が付着しないようにフッ素ゴムやPFAチューブが使われていています。定着ロールから紙を剥がすための爪にも、フッ素塗料がコーティングされています。その他、原稿のスライド材、転写ロール、軸受けなどにも PTFE、PFA系のコーティング品等が使用されています。

 
水に対する接触角(度)
接着エネルギー
PTFE
114 43.1
PFA
115 42.0
ETFE
83 45

フッ素の非粘着性を利用した用途例
◆プリンター、コピー機の摺動部分(コピー機の定着ロール、コピー機の排紙用部品) ◆家庭用調理器具(フライパン、炊飯ジャー、ナイフ等)

絶縁性(電気を通さない)

フッ素樹脂製品は高い絶縁性が信頼され、各業界の厳しい規格にも認定されています。絶縁性が求められ、 且つ非常事態にも耐えうる性能や、メンテナンスフリーをキープしなければならない状況下で使用されます。 PTFE,PFAおよび FEPは分子構造が対称的であるため分極が極めて小さく、絶縁抵抗がプラスチック中で最も高いという特長を有しています。 その特性を生かし、フッ素樹脂は電気絶縁材料として電気、電子分野で多く使用されています。 また、フッ素樹脂は優れた難燃特性を持ち、災害に対して安全性が高いという特長もあります。特にPTFE被覆ケーブルは溶融粘度 が高いため、超高温にさらされた場合でも、燃えにくく導体の露出もなく機能を維持できます。 フッ素樹脂被覆ケーブルはその優れた特性により、家電製品から情報通信機器、自動車、航空、宇宙産業に至るまで、極めて低温から 高温域にわたって幅広く使用されています。 またフッ素樹脂は難燃性に優れ、かつ絶縁抵抗が大きいため導体径や絶縁体の厚みを軽減し、 細線化が図れます。その結果、省スペース化を可能とし、高速・高容量を要する情報通信機器の小型化に大きく貢献しています。 最近では携帯電話、ノートパソコンなどの身の回りのあらゆる電子機器に利用されています。

 
誘電率
PTFE
2.1
PFA
2.1
ETFE
2.6

フッ素の絶縁性を利用した用途例
◆電線被覆(ロボット、パソコン、通信、高周波対応、航空機電気系統等) ◆光ファイバーケーブル被覆

耐候性(屋外に強い)

フッ素樹脂は多くのプラスチックの中で最も耐候性に優れた樹脂です。太陽光線の紫外線などによる劣化はほとんどありません。 20年相当の耐候性促進試験でも強度変化が起きないことが確認されています。屋外で使用されるフッ素樹脂はコーティングで 用いられることが多いです。 ガラス繊維布にフッ素樹脂を加工した材料は、耐候性のみならず不燃性、透光性、自浄性などの特性をいかして建築物の屋根材 や壁材に活用されています。

ふっ素の耐候性を利用した用途例 ◆テント膜 ◆屋根材料