概要
| 材料名 | ポリフェニレンサルファイド |
|---|---|
| 略記号 | PPS |
| 英語名 | Polyphenylene Sulfide |
| 分類 | 結晶性スーパーエンプラ、硫黄含有芳香族樹脂 |
| 構造・主成分 | フェニレン基と硫黄原子が交互に連結した構造 |
| 主な用途 | 自動車電装、ポンプ部品、コネクタ、耐薬品部品 |
ポリフェニレンサルファイドは、フェニレン基と硫黄原子が交互に連結した構造である。耐熱性、耐薬品性、難燃性、寸法安定性、電気特性が良い。GF/CF強化で実用化。
材料選定では、未強化や架橋型は脆い。成形温度高い。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
- 耐熱性、耐薬品性、難燃性、寸法安定性、電気特性が良い。
- 架橋型や未強化や架橋型は脆い。
- ガラス繊維や炭素繊維で補強したものを使用する。
- また、炭酸カルシウムやアルミナ、シリカなどの無機材料を充填して補強される。
- 強度、剛性が高い。
- 難燃性、耐油性がすぐれている。
- 吸水率が低く、寸法安定性にすぐれている。
- 耐摩耗性にすぐれている。
- 耐薬品性にすぐれている。
- 金属との密着性が良い。
- 成形温度高い
- 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
- 耐熱性、耐薬品性、難燃性、寸法安定性、電気特性が良い。GF/CF強化で実用化
- 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
- 未強化や架橋型は脆い。成形温度高い
- 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
ポリフェニレンサルファイド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。
化学産業
| 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
−C6H4−S−の繰り返し構造。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 | 標準ポリフェニレンサルファイド |
|---|---|
| 構成 | フェニレン基と硫黄原子が交互に連結した構造 |
| 特徴 | 耐熱性、耐薬品性、難燃性、寸法安定性、電気特性が良い。GF/CF強化で実用化 |
| 主な用途 | 自動車電装、ポンプ部品、コネクタ、耐薬品部品 |
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・改質ポリフェニレンスルファイド |
|---|---|
| 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 | 40％ガラス入り | ガラス・無機材入り |
|---|---|---|---|
| 比重 | 1.6 | 1.96 | |
| 吸水率 | % | 0.05 | 0.05 |
| 引張強さ | MPa | 134 | 80 |
| 引張伸び | % | 1.3 | 0.6 |
| 引張弾性率 | GPa | 12 | 12.6 |
| アイゾット衝撃強さ (ノッチ付き) | J/m | 76 | 43 |
| ロックウェル硬さ | R123 | R121 | |
| 荷重たわみ温度 (1.82MPa) | ℃ | >260 | >260 |
耐薬品性
強酸化剤以外の多くに強い。高温薬品は確認。
| 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）
ポリフェニレンサルファイドの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 |
|---|---|---|
| ポリフェニレンサルファイド | 約21.5～22.5 MPa1/2 | *芳香族炭化水素に非常に強い *アルコール系にも強い *酸・アルカリ耐性が高い *高温NMP・DMF・DMSOでは膨潤しやすい *強酸化酸には弱い |
| 項目 | 代表値 | 範囲 | 単位 |
|---|---|---|---|
| SP値（δ） | 22.0 | 21.5～22.5 | MPa^1/2 |
| 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） MPa^1/2 | 影響 | 備考 |
|---|---|---|---|
| 水 | 47.9 | ◎ | 吸水極小 |
| メタノール | 29.7 | ◎ | ほぼ影響なし |
| エタノール | 26.0 | ◎ | 耐性良好 |
| IPA | 23.5 | ◎ | 実用上安定 |
| アセトン | 20.0 | ○ | 長期接触注意 |
| MEK | 19.3 | ○ | 高温時注意 |
| 酢酸エチル | 18.6 | ○ | 短時間は安定 |
| トルエン | 18.2 | ◎ | 芳香族にも強い |
| キシレン | 18.0 | ◎ | 耐性良好 |
| THF | 18.5 | △ | 膨潤可能性 |
| NMP | 23.1 | △ | 高温で影響増加 |
| DMF | 24.8 | △ | 高温長時間注意 |
| DMSO | 26.7 | △ | 高温で膨潤 |
| フェノール | 24.9 | × | 高温で溶解系 |
| 濃硫酸 | ― | × | 酸化分解の可能性 |
◎：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
ポリフェニレンサルファイドは、p-ジクロロベンゼンと硫化ナトリウムによって得られる結晶性の耐熱性高分子である。
工業化された当時は、高重合度のものを得ることが困難だったが、酸素存在下で高温架橋することで、高分子重合化の技術が確立した。
詳細な利用用途
代表用途
- 自動車電装
- ポンプ部品
- コネクタ
- 耐薬品部品
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 |
|---|---|---|
| DIC株式会社 | DIC EP | 世界トップクラスのシェア、コンパウンド展開 |
| 東レ株式会社 | トレリナ™ | ポリマーから成形品まで一貫体制 |
| 株式会社クレハ | 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 |
| 帝人株式会社 | ECOTRAN® | 塩素フリーのPPSを展開 |
| 東ソー株式会社 | 代表グレード又は関連製品 | PPSポリマーを製造 |
| 三菱ケミカル株式会社 | 代表グレード又は関連製品 | PPS材料・複合樹脂 |
| 住友化学株式会社 | 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 |
| Celanese Fortron | 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 Ryton | 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 |