| 材料名 | ポリエーテルエーテルケトン |
|---|---|
| 略記号 | PEEK |
| 英語名 | Polyether Ether Ketone |
| 分類 | 結晶性スーパーエンプラ、PAEK系樹脂 |
| 構造・主成分 | 芳香族エーテル結合とケトン結合を持つ高耐熱樹脂 |
| 主な用途 | 航空宇宙、医療インプラント、半導体、摺動部品、ギア |
ポリエーテルエーテルケトンは、芳香族エーテル結合とケトン結合を持つ高耐熱樹脂である。融点約334℃、連続使用温度高い、耐薬品性、耐摩耗性、難燃性、耐放射線性が良い。
材料選定では、高価で高温成形が必要。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
- 融点約334℃、連続使用温度高い、耐薬品性、耐摩耗性、難燃性、耐放射線性が良い
- 高価で高温成形が必要
- 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
- 融点約334℃、連続使用温度高い、耐薬品性、耐摩耗性、難燃性、耐放射線性が良い
- 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
- 高価で高温成形が必要
- 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
ポリエーテルエーテルケトン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 |
加工条件
| 項目 | 射出成形 | 射出成形 | 押出成形 |
|---|---|---|---|
| 標準 | 30％ガラス入り | ナチュラル | |
| 乾燥 | 150℃ × 3時間 | 150℃ × 3時間 | 150℃ × 3時間 |
| 成形温度（℃） | 370 | 390 | 390～410 |
| 成形圧力（MPa） | 100 | 100 | |
| 金型温度（℃） | 170 | 170 | |
| 成形収縮率（％） | 1.1 | 0.5 |
構造式
−Ar−O−Ar−O−Ar−CO−を基本とするPAEK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 | 標準ポリエーテルエーテルケトン |
|---|---|
| 構成 | 芳香族エーテル結合とケトン結合を持つ高耐熱樹脂 |
| 特徴 | 融点約334℃、連続使用温度高い、耐薬品性、耐摩耗性、難燃性、耐放射線性が良い |
| 主な用途 | 航空宇宙、医療インプラント、半導体、摺動部品、ギア |
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・改質ポリエーテルエーテルケトン |
|---|---|
| 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
| 性質 | 単位 | 標準 | 30％ガラス 繊維強化 | 30％炭素 繊維強化 |
|---|---|---|---|---|
| 比重 | 1.30 | 1.52 | 1.44 | |
| 引張強さ | MPa | 99 | 176 | 241 |
| 引張伸び | % | 80 | 4 | 5 |
| 曲げ強さ | MPa | 145 | 235 | 335 |
| 曲げ弾性率 | GPa | 3.8 | 10.1 | 21.6 |
| アイゾット衝撃強さ (ノッチ付き) | kJ/m² | 6 ～ 10 | 7 ～ 12 | 5 ～ 9 |
| ロックウェル硬さ | Mスケール | M95〜M100 | M100〜M105 | M102〜M108 |
| ロックウェル硬さ | Rスケール | R120〜R126 | R126〜R130 | R128〜R132 |
| 荷重たわみ温度 (1.82MPa) | ℃ | 152 | 300 | 300 |
| 線膨張係数 （流動方向） | ×10⁻⁵ /K （= µm/m・K） | 4.5 ～ 5.5 | 1.5 ～ 2.5 | 0.5 ～ 1.5 |
| 線膨張係数 （直交方向） | ×10⁻⁵ /K （= µm/m・K | 4.5 ～ 5.5 | 3.0 ～ 5.0 | 2.0 ～ 4.0 |
| 難燃性 | UL94 | V-0 | V-0 | V-0 |
| 体積固有抵抗 | Ω・cm | 10¹⁵ ～ 10¹⁸ 高絶縁 | 10¹⁴ ～ 10¹⁷ ほぼ絶縁 | 10⁻¹ ～ 10³ 導電～半導電 |
耐薬品性
ほとんどの薬品に強い。濃硫酸など特殊強酸には注意。
| 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）
ポリエーテルエーテルケトンの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。
| 項目 | SP値（δ） MPa1/2 | 備考 |
|---|---|---|
| PEEK（標準グレード） | 22.5 ～ 23.5 | 非常に高い耐薬品性を持つ。酸・アルカリ・炭化水素系に対して安定。 |
| PEEK GF30 （ガラス繊維30%） | 22.5 ～ 23.8 | ガラス繊維添加により寸法安定性向上。耐溶剤性は標準PEEKと同等レベル。 |
| PEEK CF30 （炭素繊維30%） | 22.0 ～ 23.5 | 炭素繊維添加で耐摩耗性・剛性向上。溶剤浸透がさらに低下する傾向。 |
| PEEK 高結晶化グレード | 22.8 ～ 23.8 | 結晶化度向上により耐薬品性がさらに高い。高温溶剤環境向け。 |
| PEEK 低結晶化グレード | 22.0 ～ 23.0 | 若干溶剤膨潤しやすいが、一般エンプラより遥かに高耐性。 |
| PEEK/PTFE摺動グレード | 21.8 ～ 23.0 | PTFE添加で摺動性向上。強極性溶剤で添加剤抽出の可能性あり。 |
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
| 溶剤 | SP値（δ） MPa1/2 | 耐性 | 特徴・注意点 |
|---|---|---|---|
| 水 | 47.9 | ◎ | 吸水は少なく、高温水でも比較的安定。 |
| メタノール | 29.7 | ◎ | 常温ではほぼ影響なし。 |
| エタノール | 26.0 | ◎ | 一般用途では極めて安定。 |
| IPA（イソプロパノール） | 23.5 | ◎ | PEEKのSP値に近いが膨潤は小さい。 |
| アセトン | 20.0 | ○ | 短時間では安定だが、高温長時間で注意。 |
| MEK（メチルエチルケトン） | 19.0 | ○ | 応力負荷状態では環境応力割れに注意。 |
| トルエン | 18.2 | ○ | 芳香族炭化水素には比較的強い。 |
| キシレン | 18.0 | ○ | 高温時は膨潤の可能性あり。 |
| 酢酸エチル | 18.6 | ○ | 長期浸漬では若干物性低下の可能性。 |
| NMP（N-メチル-2-ピロリドン） | 23.1 | △ | PEEKを侵しやすい代表的溶剤。高温で膨潤・劣化しやすい。 |
| DMF（ジメチルホルムアミド） | 24.8 | △ | 高温条件で膨潤リスクあり。 |
| DMSO（ジメチルスルホキシド） | 26.7 | △ | 高温で浸透しやすく注意。 |
| 濃硫酸 | 35以上 | × | PEEKを溶解可能。特に濃硫酸は危険。 |
| 濃硝酸 | 約31 | △ | 酸化劣化の可能性あり。 |
| 水酸化ナトリウム | 47付近 | ◎ | アルカリ耐性は非常に高い。 |
◎：非常に良好 ○：概ね良好 △：注意が必要 ×：不適
※ 耐溶剤評価は、PEEKのSP値中央値（約23 MPa1/2）を基準とし、溶剤とのSP値差および実際の化学耐性データを総合的に考慮した参考評価です。
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。
特に注意が必要な溶剤
- 濃硫酸
PEEKを溶解させる数少ない薬品。高濃度では短時間でも危険。 - NMP・DMF・DMSO
高極性溶剤であり、特に高温環境下では膨潤・物性低下を起こす可能性がある。 - 高温ケトン系溶剤（MEK・アセトンなど）
常温では比較的安定だが、応力負荷＋高温条件では環境応力割れの原因になる場合がある。
製法
- 4,4′-ジフルオロベンゾフェノンとヒドロキノンを極性溶媒であるジフェニルスルホン中、窒素下で180℃まで昇温する。
- 次に炭酸カリウムを添加して、ヒドロキノンをフェノラート化した後、320℃で重合を行う。
詳細な利用用途
代表用途
- 航空宇宙
- 医療インプラント
- 半導体
- 摺動部品
- ギア
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 |
|---|---|---|
| Victrex | 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 |
| Solvay KetaSpire | 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 |
| Evonik VESTAKEEP | 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 |
| Ensinger TECAPEEK | 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 |