スーパーエンプラの種類一覧をご紹介!

スーパーエンプラ

2022.06.03

スーパーエンプラの種類一覧をご紹介!|樹脂切削 試作量産センター .com

近年は特に、「金属の樹脂化」という言葉がよく聞かれるようになり、特に耐熱性や強度が必要な部品に関しては、スーパーエンジニアリングプラスチックへの代替を検討される方が多くなってきました。そうした方々から多くのご相談をいただいておりますが、特に多いのが、どのようなスーパーエンプラの加工ができるのか、また加工性やコストはどうか、といったお問い合わせです。

 

ここでは、エンプラとスーパーエンプラの概要と違いから、スーパーエンプラの種類一覧まで、まとめて解説いたします。

 

 

エンプラとは?

エンジニアリングプラスチックとは、汎用プラスチックと比較して機械的強度や耐熱性に優れた特性をもつプラスチックの分類の総称名です。略してエンプラとも呼ばれます(以後、エンプラと称します)。また、後述のスーパーエンプラとの区別をするために、汎用エンプラとも呼ばれます。

エンプラに明確な定義はありませんが、一般的には下記のような区分がされています。

 

  • 耐熱性:100℃以上
  • 強度:49~50MPa以上
  • 曲げ弾性率:2.4GPa以上

 

汎用プラスチック(ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンなど)に関しては、使用可能温度の上限が約80℃です。一方でエンプラに関しては、使用可能温度が約80℃~150℃となります。その一方で、エンジニアリングプラスチックは熱可塑性樹脂となるため、射出成形が可能となります。この特性から、シートやフィルム状に加工することも可能で、またブロー成形にも用いることができます。このためエンプラは、従来の汎用プラスチックの弱点を克服した、画期的な高機能プラスチックと言えます。

 

>>エンプラの種類一覧をご紹介!

 

 

スーパーエンプラとは?

一方でスーパーエンジニアリングプラスチックとは、特殊エンジニアリングプラスチックとも呼ばれる、エンプラの中でも特に耐熱性に優れたエンプラを総称してスーパーエンプラとされています。エンプラと同様にスーパーエンプラに関しても明確な定義はありませんが、およそ耐熱性が150℃以上の高温環境で長期間使用することができるのが、スーパーエンプラの特徴です。なかには260℃以上で使用可能なスーパーエンプラもあります。またスーパーエンプラにはフッ素を含むものも多いため、溶剤や薬品に対しても高い耐性を示すことが特徴としてあげられます。

 

より高温の環境下でも使用することができるスーパーエンプラは、エンプラが用いられる用途はもちろんのこと、下記のような用途でも使用されています。

 

  • 軸受け部品
  • 医療機器部品
  • 航空機部品

 

特に医療機器向けに関しては、透明性が高く、かつ蒸気殺菌の高温にも耐えることができるスーパーエンプラが採用されています。

 

ただしスーパーエンプラについては、高機能樹脂である一方で、高いコストがデメリットとして働きます。汎用プラスチックであるPP(ポリプロピレン)は、1㎏200円程度です。一方でスーパーエンプラの代表格であるPEEK(ポリエーテルケトン)は、1㎏で2~3万円程度になるため、およそ100倍程度の価格差が生じてしまいます。

 

しかしそれ以上に、金属からスーパーエンプラに変更することでのコストメリットの方が大きくなる場合が多いため、高温環境かつ強度が必要な部品で軽量化やコストダウンを検討される際に、スーパーエンプラによる金属の樹脂化が、現在活発に検討されています。

 

>>金属の樹脂化ニーズが高まっている理由とは?

 

 

スーパーエンプラの種類一覧

続いて、代表的なスーパーエンプラの種類と特徴の概要を以下に示します。

 

PPS(ポリフェニレンサルファイド)

PPS樹脂(ポリフェニレンサルファイド、英:Polyphenylenesulfide)は、代表的なスーパーエンプラの一つで、PPS樹脂単体では非常に脆いためガラス繊維や炭素繊維を充填したフィラー強化グレードが使用されることが多いです。

 

主な特徴としては、①非常に高い耐熱性(280~290℃)、②強度・剛性が高い(高温強度も高い)、③耐薬品性、④寸法安定性、⑤電気絶縁性、⑥加工性、⑦UL94V-0の規格に適合した優れた難燃性(自己消化性) 等があります。

 

ただしPPS樹脂は、加工性は良好なものの、接着性が悪いため塗装・メッキに不向きであり、曲げ加工にも向きません。またPPS樹脂は結晶性樹脂であり、成形時の金型温度が低くなってしまうと、結晶化が進まなくなってしまうのが欠点としてあげられます。

 

主な用途としては、高温環境で燃えにくく、強度が高いことを活かして、自動車のエンジン部品・電装部品、家電、スマートフォン、浴室・洗面所の混合水栓やポンプ、半導体 等があります。また、耐薬品性も考慮して、ガソリンのような燃料が付着しても使用することができる、自動車のエンジン部品での活用が見込まれています。その他、射出成形の用途としても、また繊維やフィルムとしても使用されます。

 

なお、耐衝撃性や靭性を強化したPPSジュライファイドは、1980年代に株式会社クレハが開発し、ポリプラスチックス株式会社が販売を行っています。

 

 

PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)

PEEK樹脂(ポリエーテルエーテルケトン、英:Polyetheretherketone)は、代表的なスーパーエンプラの一つで、熱可塑性樹脂として最高クラスの融点をもつ優れた材料です。別名ピークとも呼ばれます。炭素繊維やグラファイト、ガラス繊維等を配合して摺動性や強度、耐摩耗性を向上させたグレードもよく使用されています。ケトロンという商品名で展開しているメーカーも一部ございます。

 

PEEKの主な特徴としては、①耐熱性が高い(連続使用温度240~250℃、融点334℃)、②機械的特性(高温強度も高い)、③耐薬品性、④難燃性(UL94V-0規格の適合、燃焼時に煙や有毒ガスが発生しにくい)、⑤耐熱水性(高温水蒸気下でも加水分解を起こしにくい)、⑥電気絶縁性、⑦耐放射線性、⑧加工性、⑨耐衝撃性 等があります。

 

ただしPEEK材は、生産量が増えている一方で、生産コストが非常に高いのがデメリットとして上げられます。

 

PPEKの主な用途としては、優れた耐熱性と機械的特性を利用して、ギヤやワッシャ、ベアリング等自動車業界から電気・電子、医療、航空宇宙、食品業界、半導体まで幅広い業界で使用されています。特にEVシフトの潮流により軽量化やコストダウンが急務の自動車業界では、近年金属部品の代替として需要が高まっています。またPEEKは射出成形も押出成形も可能のため、フィルム、シートの製造にも使用されています。

 

 

PTFE樹脂(ポリテトラフルオロエチレン)・テフロン

PTFE樹脂(ポリテトラフルオロエチレン、英:Polytetrafluoroethylene)は、フッ素樹脂の一つで、四フッ化エチレン樹脂もしくはデュポン社の登録商標であるテフロンと呼ばれることもあります。フッ素樹脂の総称をテフロンと呼称する場合もありますので、使い分けには使い分けには注意が必要です。PTFE樹脂はフッ素樹脂の中では最も需要が高く、フッ素樹脂全需要の約60%を占めています。樹脂全体の中では、一般的にスーパーエンプラに分類されます。

 

PTFEの主な特徴としては、①優れた耐薬品性(ほとんどの化学薬品・溶剤に対して不活性で化学的に安定)、②樹脂の中で最高クラスの電気絶縁性、③あらゆる物質の中で最高クラスの摺動性、④耐熱性(融点327℃、連続使用温度260℃)、⑤耐寒性(-253℃)、⑥難燃性(UL94V-0規格に適合)、⑦非粘着性・撥水性 等があります。

 

その一方でPTFEには、①吸水性が高く寸法安定性が低い、②高価、③溶融時の粘度が低くゴム状の弾性体になるため成形が難しい(通常圧縮成形法を用いるが、充填剤を加えれば機械加工可能)、④耐摩耗性が低い、⑤耐放射線性が低いといった欠点もあります。

 

主な用途としては、耐薬品性を利用した半導体製造装置部品、耐熱性を利用した自動者部品・食品製造装置部品、電気絶縁性を利用した電気・電子部品、パッキンやガスケット等のシール材、産業機械の摺動部品、その他ケーブル、保護コーティング材 等があります。

 

 

PSF・PSU(ポリスルホン)

PSF樹脂(ポリスルホン、英:Polysulfone)は、耐紫外線性には劣ってしまうのがデメリットとしてあげられますが、その耐熱性や難燃性、耐薬品性、孔の大きさのコントロールの容易性を活かして、電気・電子、医療分野で、特に医療や食料用フィルターの分離膜材として、多く使用されています。ポリスルホンは、PSFとも略されますが、PSUとも略されます。

 

 

このほかにも、下記の様なスーパーエンプラの種類がございます。

  • LCP(液晶ポリマー)
  • PEI(ポリエーテルイミド)
  • PAI(ポリアミドイミド)
  • PI(ポリイミド)
  • PAR(ポリアリレート)
  • PES(ポリエーテルサルホン)
  • PEN(ポリエーテルニトリル)
  • その他フッ素系樹脂(PFA、PVDF、ETFE)

 

 

エンプラとスーパーエンプラの違いとは?

エンプラとスーパーエンプラの大きな違いは、耐熱性や機械的強度にあります。

 

汎用プラスチック:100℃で溶融

エンプラ:100~150℃で溶融

スーパーエンプラ:150℃以上でも連続使用可

 

もちろん高機能になればなるほど、価格も高騰します。しかし部品の使用用途において耐熱性や機械的強度が必要な場合には、試作段階からスーパーエンプラを採用する方が最善な選択となります。一方で、コストを抑えたいという場合は、汎用プラスチックの方が適していると言えます。

 

>>エンプラとスーパーエンプラの違いとは?

 

 

スーパーエンプラの加工事例をご紹介!

続いて、実際に当社が製作したスーパーエンプラの加工事例をご紹介いたします。

 

加工事例①:接続ブロック(PPSジュラファイド切削品)

 

こちらは、可動部分どうしを繋ぐための接続ブロックになります。

本製品のサイズは40x40x45で、材質はスーパーエンプラのPPSジュラファイドです。

突出している2つのプレート部分の穴を、軸状の相手部品が貫通するため、位置寸法と径の嵌め合い公差の実現が重要でした。

>>事例の詳細はこちら

 

加工事例②:PTFE製 ハイスピードカメラ用ホルダー

 

こちらは、ハイスピードカメラ用ホルダーになります。

サイズは3×10×50で、全体的に公差が厳しい製品になります。

スーパーエンプラのPTFE(通称テフロン)をマシニングセンタで加工いたしました。

>>事例の詳細はこちら

 

 

金属部品の樹脂化やスーパーエンプラの切削加工なら、サクラテックまで!

当サイトを運営する株式会社サクラテックは、従来はアルミを中心とした複雑形状部品の量産切削加工をメインに手掛けてまいりました。しかし現在の「金属の樹脂化」ニーズの高まりを受けて、なんとしてもお客様の想いに応えるべく、樹脂切削サービスにも取り組み始めています。

 

当社は、従来は金属を中心に加工をしていた「金属切削メーカー」です。そのため、金属の特性に近いエンジニアリングプラスチックなどの高機能性樹脂の切削加工に、長年培ってきた金属加工のノウハウを取り入れることで、他者と差別化された樹脂切削加工品をお届けすることができます。

 

またサクラテックは、マシニングセンタや5軸加工機といった工作機械を50台以上保有している、量産加工メーカーです。一般的に樹脂加工の場合は、切削加工や3Dプリンターにより試作が行われ、量産時は射出成形という手法が取られています。しかし場合によっては、射出成形で金型を起こすには費用対効果が合わないものの、ある程度のロット数が必要となるという、複雑形状の樹脂部品の製造が必要となる場合があります。当社ではそのような、「射出成形金型を作るにはコストが高すぎるが、複雑形状の量産部品のため製造対応しづらい」という樹脂製品の製造を快くお受けいたします。

 

さらにサクラテックでは、様々なお客様より金属の樹脂化に関するご相談をいただいております。当社は金属も樹脂も切削できるハイブリッドな切削加工メーカーとして、金属の樹脂化に関する様々な技術提案を行っております。既存の金属部品の図面のままに樹脂化をすることは困難な場合が多いため、お客様の部品用途や費用感、納期などを考慮した上で、最適な技術提案をいたします。

 

金属の樹脂化のことでお困りの方は、まずはサクラテックまでご相談ください!

樹脂/プラスチックの切削加工のことなら、
試作から量産まで柔軟に対応いたします。

お気軽にご相談ください 電話 メールでお問い合わせ
お問い合わせイメージ

あなたにおすすめの技術コラム

技術コラムの一覧に戻る