概要
| 材料名 | ポリアミド |
|---|---|
| 略記号 | PA |
| 別名 | ナイロン |
| 英語名 | Polyamide、Nylon |
| 分類 | エンジニアリングプラスチック、熱可塑性樹脂、結晶性樹脂、ポリアミド系樹脂 |
| 基本構造 | 主鎖中にアミド結合（−CONH−）を持つ高分子 |
| 主な種類 | PA6、PA66、PA46、PA11、PA12、PA610、PA612、PA MXD6、PA6T、PA9T、GF強化PA |
ポリアミド（PA）は、主鎖中にアミド結合を持つ結晶性の線状高分子である。 別名ではナイロンとも呼ばれ、これは米デュポン社が開発したポリアミドを「ナイロン」の製品名で上市したことに由来する。
ポリアミドは、アミド結合の繰り返し単位が主鎖を構成する結晶性高分子であり、既存ページではPA n型とPA nm型の2種類に分類されると整理されている。 PA6、PA11、PA12のように1種類のモノマーから得られるタイプと、PA66、PA610、PA612のようにジアミンとジカルボン酸から得られるタイプがある。
ポリアミドには、PA4、PA6、PA11、PA12、PA46、PA66、PA610、PA MXD6およびそれらの共重合体があり、ガラス繊維や炭素繊維を加えた強化グレードや、他ポリマーとのブレンドも存在する。
特徴
- アミド結合を主鎖に持つ結晶性の線状高分子である
- ナイロンとも呼ばれる
- PA n型とPA nm型に分類される
- PA6、PA66、PA11、PA12、PA46、PA610、PA MXD6など多くの種類がある
- 機械的強度、靭性、耐摩耗性、耐疲労性に優れる
- 摺動性が良く、ギア、軸受、ローラーなどに使われる
- 耐油性、耐燃料性が比較的良い
- ガラス繊維や炭素繊維で強化すると剛性、耐熱性、寸法安定性が向上する
- 吸水性が高く、吸水により寸法、強度、弾性率、電気特性が変化する
- 乾燥状態では硬く剛性が高いが、吸水により柔軟性や靭性が増す
- 強酸、強アルカリ、高温水、酸化剤には注意が必要である
- 成形前の乾燥が重要である
長所
- 機械的強度が高い
- 靭性が高い
- 耐摩耗性に優れる
- 耐疲労性に優れる
- 摺動性が良い
- 耐油性、耐燃料性が良い
- 耐熱性を高めたグレードが多い
- ガラス繊維強化により剛性と寸法安定性を大きく向上できる
- 繊維、フィルム、射出成形品に幅広く使用できる
短所
- 吸水性が高い
- 吸水により寸法変化が起こる
- 吸水により機械特性と電気特性が変化する
- 乾燥不足で成形不良や物性低下が起こる
- 強酸に弱い
- 強アルカリや高温水で劣化する場合がある
- 耐候性はグレードにより対策が必要である
- 透明性は基本的に低い
- 燃焼時に窒素含有樹脂特有の分解生成物を発生する場合がある
成形加工
ポリアミドは射出成形、押出成形、ブロー成形、フィルム成形、繊維紡糸などに対応する。 ただし吸湿しやすいため、成形前には十分な乾燥が必要である。 乾燥不足の場合、シルバー、気泡、分子量低下、機械強度低下が起こる。
| 加工方法 | 適性 | 主な製品例 |
|---|---|---|
| 射出成形 | ◎ | ギア、コネクタ、クリップ、自動車部品、電装部品、機械部品 |
| 押出成形 | ◎ | チューブ、フィルム、シート、丸棒、板材、モノフィラメント |
| ブロー成形 | ○ | 燃料チューブ、ダクト、特殊容器 |
| フィルム成形 | ◎ | 食品包装フィルム、バリアフィルム、ラミネートフィルム |
| 繊維紡糸 | ◎ | 衣料繊維、産業繊維、ロープ、タイヤコード、釣り糸 |
| 切削加工 | ○ | 板材加工品、丸棒加工品、治具、摺動部品 |
| 溶着 | ○ | 超音波溶着、熱板溶着、振動溶着部品 |
| 接着 | △ | 表面処理や専用接着剤が必要である |
構造式
ポリアミドは、主鎖中にアミド結合（−CONH−）を持つ高分子である。 アミド結合は水素結合を形成しやすく、これによりポリアミドは高い機械的強度、耐摩耗性、耐熱性を示す。
一方で、アミド結合は水分と相互作用しやすいため、ポリアミドは吸水性を持つ。 吸水により寸法、剛性、強度、衝撃性、電気特性が変化する。 この吸水性が、ポリアミドの最大の特徴であり、同時に設計上の注意点である。
種類
PA6
| 名称 | ポリアミド6、ナイロン6 |
|---|---|
| 構造 | ε-カプロラクタムの開環重合により得られるPA n型ポリアミド |
| 特徴 | 成形性、靭性、耐摩耗性のバランスが良い |
| 主な用途 | 自動車部品、電気部品、繊維、フィルム、機械部品 |
特徴
- 汎用性が高い代表的なポリアミドである
- 靭性と成形性に優れる
- 吸水率は比較的高い
- フィルム、繊維、射出成形品に多用される
PA66
| 名称 | ポリアミド66、ナイロン66 |
|---|---|
| 構造 | ヘキサメチレンジアミンとアジピン酸の重縮合により得られるPA nm型ポリアミド |
| 特徴 | PA6より耐熱性、剛性、機械強度が高い |
| 主な用途 | 自動車部品、電装部品、コネクタ、ギア、産業繊維 |
特徴
- 耐熱性と剛性に優れる
- 機械的強度が高い
- ガラス繊維強化グレードが多い
- 成形前乾燥が重要である
PA46
| 名称 | ポリアミド46、ナイロン46 |
|---|---|
| 構造 | テトラメチレンジアミンとアジピン酸からなる高結晶性ポリアミド |
| 特徴 | 耐熱性、結晶化速度、剛性に優れる |
| 主な用途 | 高温電装部品、コネクタ、摺動部品、自動車部品 |
特徴
- 耐熱性が高い
- 高温環境で剛性を維持しやすい
- 結晶化速度が速い
- 高温電気電子部品に適する
PA11
| 名称 | ポリアミド11、ナイロン11 |
|---|---|
| 構造 | 11-アミノウンデカン酸由来の長鎖脂肪族ポリアミド |
| 特徴 | 吸水率が低く、柔軟性、耐衝撃性、耐薬品性に優れる |
| 主な用途 | チューブ、燃料配管、粉体塗装、電線被覆、3Dプリンター材料 |
特徴
- 植物由来原料から製造されるグレードがある
- 吸水率が低い
- 低温衝撃性に優れる
- 柔軟チューブ用途に適する
PA12
| 名称 | ポリアミド12、ナイロン12 |
|---|---|
| 構造 | ラウリルラクタム由来の長鎖脂肪族ポリアミド |
| 特徴 | 低吸水、柔軟性、寸法安定性、耐薬品性に優れる |
| 主な用途 | 燃料チューブ、空圧チューブ、ケーブル被覆、3Dプリンター材料 |
特徴
- ポリアミドの中では吸水率が低い
- 柔軟性が高い
- 寸法安定性に優れる
- 燃料系チューブ用途に多い
PA610・PA612
| 名称 | PA610、PA612 |
|---|---|
| 構造 | 長鎖ジカルボン酸を用いたPA nm型ポリアミド |
| 特徴 | PA6、PA66より吸水率が低く、寸法安定性が良い |
| 主な用途 | ブラシ、チューブ、電気部品、機械部品、自動車部品 |
特徴
- 低吸水性が特徴である
- PA66より柔軟である
- 耐薬品性と寸法安定性のバランスが良い
- 湿度変化のある用途に適する
PA MXD6
| 名称 | ポリアミドMXD6 |
|---|---|
| 構造 | メタキシリレンジアミンとアジピン酸の重縮合体 |
| 特徴 | ガスバリア性、剛性、低吸水性に優れる |
| 主な用途 | ガスバリア包装、ボトル、フィルム、複合材料、GF強化材料 |
特徴
- 芳香族骨格を持つ特殊ポリアミドである
- 酸素バリア性が高い
- PETボトルのバリア改良にも使用される
- GF強化で高剛性材料となる
PA6T・PA9T
| 名称 | 半芳香族ポリアミド |
|---|---|
| 代表例 | PA6T、PA9T、PA10T |
| 特徴 | 高耐熱性、低吸水性、高剛性を持つ |
| 主な用途 | 高耐熱コネクタ、LED部品、自動車電装部品、SMT対応部品 |
特徴
- 耐熱性が高い
- 吸水率が比較的低い
- 電気電子部品に適する
- 高温リフロー工程に対応するグレードがある
GF強化PA
| 名称 | ガラス繊維強化ポリアミド |
|---|---|
| 構成 | PA6、PA66、PA6T、PA9Tなどにガラス繊維を配合した強化グレード |
| 特徴 | 剛性、耐熱性、寸法安定性、耐クリープ性が向上する |
| 主な用途 | 自動車部品、電装部品、コネクタ、機械部品、構造部品 |
特徴
- 剛性が大きく向上する
- 荷重たわみ温度が上がる
- 成形収縮が低下する
- 吸水による寸法変化は残るため注意が必要である
代表的な物性値又は機械的性質
| 項目 | 単位 | PA6 | PA66 | PA12 | PA MXD6 | GF強化PA66 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 比重 | なし | 1.12〜1.15 | 1.13〜1.15 | 1.01〜1.03 | 1.20〜1.22 | 1.35〜1.60 |
| 融点 | ℃ | 約220〜225 | 約255〜265 | 約175〜180 | 約235〜245 | 約255〜265 |
| 引張強さ | MPa | 60〜85 | 70〜90 | 40〜55 | 80〜100 | 120〜220 |
| 引張弾性率 | GPa | 2.0〜3.0 | 2.5〜3.5 | 1.0〜1.6 | 3.0〜4.0 | 6.0〜12.0 |
| 曲げ強さ | MPa | 90〜120 | 100〜140 | 50〜80 | 120〜160 | 180〜300 |
| アイゾット衝撃強さ | J/m | 50〜150 | 50〜150 | 高い | 40〜100 | 80〜180 |
| 吸水率 | % | 高い | 高い | 低い | 中程度 | 高い |
| 荷重たわみ温度 | ℃ | 60〜80 | 70〜90 | 50〜70 | 90〜120 | 200〜250 |
| 成形収縮率 | % | 0.8〜2.0 | 0.8〜2.0 | 0.5〜1.5 | 0.5〜1.5 | 0.2〜0.8 |
| 耐摩耗性 | なし | 良い | 良い | 良い | 良い | 良い |
| 寸法安定性 | なし | 吸水影響大 | 吸水影響大 | 比較的良い | 比較的良い | 吸水影響あり |
耐薬品性
ポリアミドは、油、燃料、潤滑油、弱アルカリ、多くの有機溶剤に比較的良好な耐性を示す。 一方で、強酸、酸化剤、高温水、フェノール類、強い極性溶媒には注意が必要である。 吸水により寸法と物性が変化するため、水や湿度の影響も耐薬品性と同時に評価する必要がある。
| 薬品・溶剤 | 耐性 | 備考 |
|---|---|---|
| 水 | △〜○ | 溶解はしにくいが吸水により寸法と物性が変化する |
| 熱水 | △ | 高温水では加水分解や物性低下に注意が必要である |
| 弱酸 | △ | 短期では使用可能な場合があるが、長期では劣化に注意が必要である |
| 強酸 | × | 分解や著しい物性低下を起こしやすい |
| 弱アルカリ | ○ | 比較的安定である |
| 強アルカリ | △ | 高温・高濃度では劣化に注意が必要である |
| アルコール | ○ | 比較的安定である |
| 油・潤滑油 | ◎ | 機械部品や摺動部品に適する |
| ガソリン | ○ | PA11、PA12などは燃料チューブ用途で使用される |
| アセトン | △〜○ | 短期では比較的安定な場合があるが、吸水・応力条件を確認する必要がある |
| MEK | △ | 条件確認が必要である |
| トルエン | ○ | 比較的安定である |
| フェノール類 | × | 強く影響を受ける |
| 塩素系溶剤 | △ | 溶剤種、温度、応力条件により影響が異なる |
| 酸化剤 | × | 酸化劣化に注意が必要である |
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）
ポリアミドはアミド結合を持つ極性高分子であり、水素結合性が強い。 そのためSP値は比較的高く、単純なHildebrand SP値だけでは溶解性を判断しにくい材料である。 水、アルコール、フェノール類、強酸などとの相互作用を考慮する必要がある。
| 材料 | SP値（δ） | 特徴 |
|---|---|---|
| PA6 | 約23〜27 MPa1/2 | 極性が高く、吸水性が大きい |
| PA66 | 約23〜27 MPa1/2 | 極性が高く、機械的強度と耐熱性が高い |
| PA11 | 約20〜22 MPa1/2 | 長鎖脂肪族で低吸水性である |
| PA12 | 約19〜21 MPa1/2 | 長鎖脂肪族で寸法安定性が良い |
| PA MXD6 | 約23〜25 MPa1/2 | 芳香族骨格を持ち、ガスバリア性が高い |
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 | SP値 | 挙動 | 備考 |
|---|---|---|---|
| 水 | 約47.9 MPa1/2 | △（吸水） | 溶解ではなく吸水による寸法変化が問題となる |
| エタノール | 約26.0 MPa1/2 | ○〜△ | 比較的安定だが、グレードと条件に依存する |
| アセトン | 約19.9 MPa1/2 | △〜○ | 短期では比較的安定な場合がある |
| トルエン | 約18.2 MPa1/2 | ○ | 比較的安定である |
| フェノール | 高極性 | ×（溶解・劣化） | ポリアミドの強溶媒側である |
| ギ酸 | 高極性 | ×（溶解） | PA6、PA66の溶媒として用いられる場合がある |
| 強酸 | 条件依存 | × | 加水分解や分解が起こる |
◎：非常に良好 ○：概ね良好 △：注意が必要 ×：不適
実務上の注意
- ポリアミドは吸水により寸法と機械特性が変化する
- PA6、PA66は吸水影響が大きい
- PA11、PA12は比較的低吸水で寸法安定性が良い
- 強酸とフェノール類には弱い
- SP値だけでなく、水素結合、結晶性、吸水性を考慮する必要がある
製法
ポリアミドは、ラクタムの開環重合、アミノ酸の重縮合、ジアミンとジカルボン酸の重縮合などにより製造される。 PA6はε-カプロラクタムの開環重合、PA66はヘキサメチレンジアミンとアジピン酸の重縮合により製造される。
| 製法 | 特徴 | 主な対象材料 |
|---|---|---|
| ラクタム開環重合 | 環状アミドを開環してポリアミドを得る | PA6、PA12 |
| アミノ酸重縮合 | アミノ酸型モノマーを重縮合する | PA11、PA12系材料 |
| ジアミン・ジカルボン酸重縮合 | ジアミンとジカルボン酸を反応させる | PA66、PA610、PA612、PA MXD6 |
| 半芳香族化 | 芳香族ジカルボン酸を導入して耐熱性を高める | PA6T、PA9T、PA10T |
| コンパウンド | ガラス繊維、難燃剤、耐候剤、潤滑剤などを配合する | GF強化PA、難燃PA、摺動PA |
詳細な利用用途
自動車用途
- エンジンルーム部品
- インテークマニホールド
- ラジエータータンク
- 燃料チューブ
- コネクタ
- クリップ
- ギア
- ベアリング保持器
電気・電子用途
- コネクタ
- スイッチ部品
- リレー部品
- 端子台
- LED部品
- SMT対応部品
- 絶縁部品
機械・摺動用途
- ギア
- カム
- ローラー
- 軸受
- スライダー
- ブッシュ
- 搬送部品
繊維用途
- 衣料用ナイロン繊維
- タイヤコード
- ロープ
- 漁網
- カーペット
- 産業繊維
包装・フィルム用途
- 食品包装フィルム
- ナイロンフィルム
- 多層バリアフィルム
- レトルト包装
- 真空包装
チューブ・配管用途
- 燃料チューブ
- 空圧チューブ
- 油圧チューブ
- 薬液チューブ
- ブレーキチューブ
3Dプリンター用途
- PA12粉末造形材料
- PA11粉末造形材料
- ナイロンフィラメント
- GF・CF強化ナイロンフィラメント
関連材料との比較
| 比較材料 | PAとの違い | 選定ポイント |
|---|---|---|
| POM | POMは吸水が少なく寸法安定性に優れる。PAは靭性、耐衝撃性、耐摩耗性に優れる | 寸法安定性ならPOM、靭性と耐摩耗性ならPA |
| PBT | PBTは吸水が少なく電気特性が安定しやすい。PAは靭性と耐摩耗性に優れる | 電装部品ならPBT、機械的靭性ならPA |
| PET | PETは剛性、フィルム性、ガスバリア性に優れる。PAは靭性と耐摩耗性に優れる | 包装フィルムならPET、耐摩耗部品ならPA |
| PC | PCは透明性と耐衝撃性に優れる。PAは耐摩耗性と耐油性に優れる | 透明・高衝撃ならPC、機械部品ならPA |
| PP | PPは軽量で耐薬品性が良い。PAは機械的強度と耐熱性に優れる | 軽量・耐薬品ならPP、高強度部品ならPA |
| ABS | ABSは外観性、塗装性に優れる。PAは耐摩耗性、耐疲労性、耐油性に優れる | 筐体ならABS、機構部品ならPA |
| PEEK | PEEKは耐熱性、耐薬品性、機械特性が非常に高い。PAはコストと加工性に優れる | 高性能用途ならPEEK、コスト重視ならPA |
| PPS | PPSは耐熱性、耐薬品性、寸法安定性に優れる。PAは靭性と成形性に優れる | 高温・薬品環境ならPPS、靭性ならPA |
代表的なメーカー
| メーカー | 代表的な製品・商品名 | 備考 |
|---|---|---|
| DuPont | Zytel | PA66、PA6、特殊PA、強化グレード |
| BASF | Ultramid | PA6、PA66、半芳香族PA、GF強化PA |
| 旭化成 | レオナ | PA66、PA6、特殊グレード |
| 東レ | アミラン | PA6、PA66、強化グレード |
| ユニチカ | ユニチカナイロン | PA6、PA66、フィルム、樹脂材料 |
| UBE | UBEナイロン | PA6、PA12、共重合PAなど |
| Arkema | Rilsan | PA11、PA12、バイオベースPA |
| Evonik | VESTAMID | PA12、PA612、特殊PA |
| EMS-Chemie | Grivory、Grilamid | PA MXD6、透明PA、長鎖PA |
| クラレ | ジェネスタ | PA9T、高耐熱ポリアミド |
| 三菱ガス化学 | MXナイロン | PA MXD6、ガスバリア材料 |
| Ensinger | TECAMID | PA板材、丸棒、切削加工用素 |