概要
| 材料名 | エポキシ樹脂 |
|---|---|
| 略記号 | EP |
| 英語名 | Epoxy Resin |
| 分類 | 熱硬化性樹脂、接着・注型・複合材料用樹脂 |
| 構造・主成分 | エポキシ基を持つ樹脂を硬化剤で三次元架橋した樹脂 |
| 主な用途 | 接着剤、封止材、塗料、FRP、電子材料、床材 |
エポキシ樹脂は、エポキシ基を持つ樹脂を硬化剤で三次元架橋した樹脂である。接着性、電気絶縁性、耐薬品性、寸法安定性、低収縮性が良い。
材料選定では、硬く脆い場合があり、耐候性や耐熱衝撃に注意。用途、温度、荷重、薬品、成形方法に応じてグレードを選定する必要がある。
特徴
- 接着性、電気絶縁性、耐薬品性、寸法安定性、低収縮性が良い
- エポキシ樹脂は、不飽和ポリエステル樹脂と同じく常温、常圧でも成形できる。
- 接着力が大きい（特に金属やコンクリートなどに対する）
- 耐熱性が大きい
- 電気的特性にすぐれている。
- 機械的性質にすぐれている。
- 耐溶剤性、耐酸性、耐アルカリ性、耐水性にすぐれている。
- 硬貨の際の収縮がポリエステルなどと比較して非常に小さい。
- 硬く脆い場合があり、耐候性や耐熱衝撃に注意
- グレード、充填材、共重合成分、硬化条件により物性が大きく変化する。
- 実使用では温度、湿度、応力、薬品接触時間を含めて評価する必要がある。
長所
- 接着性、電気絶縁性、耐薬品性、寸法安定性、低収縮性が良い
- 用途に応じたグレード展開がある。
- 金属、ガラス、汎用樹脂の代替材料として使える場合がある。
短所
- 硬く脆い場合があり、耐候性や耐熱衝撃に注意
- 高温、応力、薬品、吸水、添加剤の影響で性能が変化する。
- 量産前にはメーカー物性表と実使用条件での確認が必要である。
成形加工
エポキシ樹脂の加工性は種類とグレードにより異なる。熱可塑性樹脂では射出成形・押出成形が中心となり、熱硬化性樹脂では注型、圧縮、積層、硬化成形が中心となる。
| 加工方法 | 適性 | 主な製品例 |
|---|---|---|
| 射出成形 | ○ | グレードにより成形部品、電気電子部品、機械部品に使用する |
| 押出成形 | ○ | シート、フィルム、チューブ、板材に使用する |
| 圧縮・注型・硬化成形 | △〜◎ | 熱硬化性樹脂や高粘度材料では主要加工法となる |
| 切削加工 | ○ | 丸棒、板材、試作部品、治具に使用する |
構造式
エポキシ基がアミン・酸無水物などで架橋した網目構造。構造中の官能基、結晶性、架橋密度、芳香族骨格、充填材の有無により、耐熱性、耐薬品性、機械的性質、成形性が変化する。
種類
標準グレード
| 名称 | 標準エポキシ樹脂 |
|---|---|
| 構成 | エポキシ基を持つ樹脂を硬化剤で三次元架橋した樹脂 |
| 特徴 | 接着性、電気絶縁性、耐薬品性、寸法安定性、低収縮性が良い |
| 主な用途 | 接着剤、封止材、塗料、FRP、電子材料、床材 |
特徴
- 標準的な物性バランスを持つ。
- 汎用的な成形・加工用途に使いやすい。
強化・改質グレード
| 名称 | 強化・改質エポキシ樹脂 |
|---|---|
| 構成 | ガラス繊維、炭素繊維、難燃剤、耐候剤、潤滑剤、共重合成分などで改質したグレード |
| 特徴 | 剛性、耐熱性、耐候性、難燃性、摺動性、寸法安定性などを改善する |
| 主な用途 | 電気電子部品、自動車部品、機械部品、構造部品、機能部材 |
特徴
- 標準グレードより特定性能を高めた材料である。
- 充填材により比重、成形収縮、異方性、耐薬品性が変化する。
代表的な物性値又は機械的性質
| 項目 | 単位 | 標準 エポキシ | GF強化 エポキシ | CF強化 エポキシ | 可とう性 エポキシ |
|---|---|---|---|---|---|
| 比重 | なし | 1.10〜1.30 | 1.50〜2.00 | 1.30〜1.60 | 1.05〜1.25 |
| 引張強さ | MPa | 50〜90 | 150〜400 | 400〜1500 | 20〜60 |
| 引張伸び | % | 1〜8 | 1〜4 | 0.5〜2.5 | 10〜80 |
| 曲げ強さ | MPa | 80〜140 | 200〜600 | 500〜1800 | 30〜100 |
| 曲げ弾性率 | GPa | 2.5〜4.0 | 8〜25 | 30〜140 | 0.05〜2.0 |
| 圧縮強さ | MPa | 100〜250 | 200〜600 | 300〜1000 | 20〜120 |
| アイゾット衝撃強さ ノッチ付き | kJ/m2 | 1〜5 | 5〜20 | 5〜30 | 5〜40 |
| ロックウェル硬さ | なし | M80〜M110 | M95〜M120 | M100〜M125 | M20〜M90 |
| ガラス転移温度 | ℃ | 80〜180 | 100〜220 | 120〜250 | -20〜80 |
| 連続使用温度 | ℃ | 80〜150 | 120〜200 | 120〜220 | 50〜100 |
| 荷重たわみ温度 | ℃ | 80〜180 | 120〜220 | 150〜250 | 40〜100 |
| 線膨張係数 | ×10-5/K | 4〜8 | 1〜3 | 0.2〜2 | 8〜20 |
| 成形収縮率 | % | 0.1〜0.8 | 0.05〜0.3 | 0.01〜0.2 | 0.2〜1.0 |
| 吸水率 | % | 0.1〜0.5 | 0.1〜0.4 | 0.05〜0.3 | 0.2〜1.0 |
| 体積固有抵抗 | Ω・cm | 1013〜1016 | 1012〜1015 | 100〜108 | 1012〜1015 |
| 絶縁破壊強さ | kV/mm | 15〜30 | 10〜25 | 導電性により低下 | 10〜25 |
| 比誘電率 | なし | 3.0〜4.5 | 3.5〜5.0 | 導電性により変動 | 3.0〜5.0 |
| 誘電正接 | なし | 0.005〜0.03 | 0.008〜0.04 | 導電性により変動 | 0.01〜0.05 |
| 熱伝導率 | W/m・K | 0.15〜0.30 | 0.3〜1.0 | 0.5〜10以上 | 0.15〜0.30 |
| 難燃性 | UL94 | HB〜V-0 | HB〜V-0 | HB〜V-0 | HB〜V-2 |
| 耐薬品性 | なし | ○〜◎ | ○〜◎ | ○〜◎ | △〜○ |
| 耐候性 | なし | △〜○ | △〜○ | △〜○ | △ |
| 透明性 | なし | 透明〜淡黄色透明 | 不透明 | 不透明 | 透明〜半透明 |
耐薬品性
硬化後は多くの溶剤に強い。強酸・強アルカリ・高温水に注意。
| 薬品・溶剤 | 耐性 | 備考 |
|---|---|---|
| 水 | ○ | 多くは常温で比較的安定であるが、吸水・加水分解型材料では注意する |
| 酸 | △〜○ | 強酸では劣化する材料がある |
| アルカリ | △〜○ | ポリエステル、PC、熱硬化性樹脂では高温・高濃度に注意する |
| アルコール | ○〜△ | 応力クラックや膨潤は材料により異なる |
| ケトン | △〜× | 非晶性樹脂や塗料系樹脂では膨潤・溶解に注意する |
| 芳香族溶剤 | △〜× | 膨潤、白化、クラックの可能性がある |
| 油・燃料 | ○〜△ | ポリアミド、POM、PBT、PPS、PEEKなどは比較的良好な場合が多い |
更に詳しくはプラスチックの耐薬品性一覧表を参照。
SP値（溶解度パラメータ）
エポキシ樹脂のSP値はグレード、結晶化度、架橋密度、充填材により変動する。溶解性はSP値だけでなく、温度、応力、薬品濃度、接触時間で判断する必要がある。
| 材料 | SP値（δ） | 特徴 |
|---|---|---|
| ビスフェノールA型エポキシ樹脂 | 約20〜23 MPa1/2 | 汎用性が高く接着性、電気絶縁性、耐薬品性に優れる |
| ノボラック型エポキシ樹脂 | 約22〜25 MPa1/2 | 耐熱性、耐薬品性、架橋密度が高い |
| 硬化後エポキシ樹脂 | 実質不溶 | 三次元架橋構造を形成し通常溶剤では溶解しない |
溶解性の目安
| Δδ | 挙動 |
|---|---|
| 0〜2 | 溶解しやすい |
| 2〜5 | 膨潤・軟化 |
| 5以上 | 溶解しにくい |
SP値から見た耐溶剤性
| 溶媒・薬品 | SP値（δ） MPa1/2 | 耐性 | 備考 |
|---|---|---|---|
| 水 | 47.9 | ◎ | 硬化後は耐水性が高い |
| 熱水 | 47.9 | ○〜◎ | 長期高温では加水分解する場合がある |
| エタノール | 26.0 | ◎ | アルコール類には比較的強い |
| IPA | 23.5 | ◎ | 一般的な洗浄用途に耐える |
| メタノール | 29.7 | ○〜◎ | 短期接触では安定である |
| アセトン | 19.9 | △ | 未硬化分があると膨潤する場合がある |
| MEK | 19.0 | △ | 長期では膨潤や軟化の可能性がある |
| 酢酸エチル | 18.6 | △ | 架橋密度によって差がある |
| THF | 18.5 | △〜× | 強い膨潤を起こす場合がある |
| クロロホルム | 19.0 | × | 塩素系溶剤では影響が大きい |
| ジクロロメタン | 20.2 | × | 膨潤やクラックを生じる場合がある |
| トルエン | 18.2 | ○ | 短期では比較的安定である |
| キシレン | 18.0 | ○ | 長期高温では影響を受ける場合がある |
| ヘキサン | 14.9 | ◎ | 脂肪族炭化水素には強い |
| ガソリン | 15〜18程度 | ◎ | 耐燃料性は比較的良好である |
| 鉱物油 | 15〜17程度 | ◎ | 耐油性に優れる |
| フェノール | 24〜25 | △〜× | 高極性芳香族化合物で影響を受けやすい |
| DMF | 24.8 | × | 高極性溶剤で膨潤する可能性がある |
| NMP | 23.1 | × | 高極性アミド系溶剤で影響が大きい |
| 希酸 | – | ◎ | 一般的な酸には比較的強い |
| 濃硫酸 | 高極性 | × | 分解や炭化の可能性がある |
| 弱アルカリ | – | ○ | 短期では比較的安定である |
| 強アルカリ | – | △〜× | エーテル結合やOH部位が劣化する |
| 次亜塩素酸ナトリウム | – | △ | 酸化劣化する場合がある |
| 過酸化水素 | – | △ | 高濃度酸化剤では注意が必要である |
◎：非常に良好 ○：概ね良好 △：注意が必要 ×：不適
実務上の注意
- SP値は溶解・膨潤予測の一次判断であり、耐久性そのものではない。
- 成形残留応力がある場合は、短時間の薬品接触でもクラックが発生する場合がある。
- 最終判断は実使用条件での浸漬試験、応力負荷試験、温度サイクル試験で行う。
製法
- エポキシ樹脂は、末端にエポキシ基を持ち、開環反応によって生成するもので、工業的に利用されているものは主としてエピクロロヒドリンと多価フェノール、多価アルコールなどとの反応性生物である。
- エピクロロヒドリンと多価フェノールとの反応は、60～120℃で水酸化ナトリウムその他の触媒を用いて行う。
- 反応は比較的温和な条件で行われ収率も高い。
- ビスフェノールＡ1モルとエピクロロヒドリン2モル以下で反応させる。（下図）
- エピクロロヒドリンとビスフェノールＡの配合量、反応条件などを変えることにより、平均分子量350～7,000の異なる樹脂が得られる。
エポキシの開環重合
エポキシの硬化反応
酸無水物によるエステル化
エポキシ樹脂の各種構造
エポキシ樹脂の各種構造
詳細な利用用途
代表用途
- 接着剤
- 封止材
- 塗料
- FRP
- 電子材料
- 床材
工業用途
- 電気電子部品
- 自動車部品
- 機械部品
- 耐熱・耐薬品部材
- フィルム、シート、塗料、接着、複合材用途
関連材料との比較
代表的なメーカー
| メーカー | 代表的な製品・商品名 | 備考 |
|---|---|---|
| 三菱ケミカル | 代表グレード又は関連製品 | 詳細はメーカー技術資料で確認する |
| DIC | 代表グレード又は関連製品 | 詳細はメーカー技術資料で確認する |
| Huntsman | 代表グレード又は関連製品 | 詳細はメーカー技術資料で確認する |
| Westlake | 代表グレード又は関連製品 | 詳細はメーカー技術資料で確認する |
| Kukdo | 代表グレード又は関連製品 | 詳細はメーカー技術資料で確認する |