フッ素樹脂とは？～種類・特性・成形方法の違いや用途まで解説～
こんにちは。「吉田SKT」ブログ編集チームです。
フッ素樹脂の種類は実にさまざまで、PTFEをはじめ、PFA、FEPなど種類によってそれぞれ特性に違いがあります。記事前半では、フッ素樹脂の種類や特性、それぞれの樹脂の特長の違いを中心に解説します。中盤以降では、フッ素樹脂が成形方法やコーティング、それぞれの製品、活用分野、分子構造について詳しくご紹介します。最後によくある質問にもお答えしています。ぜひチェックしてください。
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フッ素樹脂とは
フッ素樹脂とは、分子構造の中にフッ素原子を含む特殊なプラスチックのことです。その原料となるのは、蛍石というハロゲン系鉱物です。
フッ素樹脂の歴史は、1938年にアメリカのデュポン社のロイ・プランケット博士が偶然発見したポリテトラフルオロエチレン（PTFE）に始まります。当初は軍事用途に利用されていましたが、その優れた特性から、現在では自動車・半導体・医療・食品・化学・航空宇宙分野など多くの産業を支えています。
フッ素樹脂の特徴として、非粘着性、低摩擦性、耐薬品性、電気特性、耐候性、耐熱性など、複数の優れた性質を併せ持つことが挙げられます。これほど多くの特性を兼ね備えたプラスチックは、実は非常に稀有な存在です。
フッ素樹脂の種類と特徴
フッ素樹脂は、その分子構造の違いから「パーフルオロ系」と「部分フッ素系」の2種類に分類されます。パーフルオロ系のフッ素樹脂には、PTFE、FEP、PFAなどがあり、特に非粘着性、耐薬品性、耐熱性が必要な用途に適しています。一方で、部分フッ素系にはETFE、ECTFE、PVdFなどがあり、パーフルオロ系に比べて機械的特性に優れ、耐摩耗性が必要な用途に適しています。
以下にそれぞれ特徴や最高使用温度をご紹介します。
| 名称 | 特徴 | 最高使用温度（耐熱温度） | |
|---|---|---|---|
| PTFE | Poly Tetra Fluoro Ethylene | ポリテトラフルオロエチレンや四フッ化エチレンとも呼ばれ、フッ素樹脂の中で最も多く生産される白色の結晶性樹脂です。耐熱性、耐薬品性、非粘着性、潤滑性に優れます。 ▶PTEEについてより詳しく見る |
260℃ |
| FEP | Fluorinated Ethylene Propylene | PFAより早く開発された溶融性パーフルオロポリマーで、TFEとヘキサフルオロプロピレン（HFP)との共重合体です。PTFEに比べ耐熱性は低いですが耐薬品性、非粘着性に優れています。 ▶FEPについてより詳しく見る |
200℃ |
| PFA | Per Fluoro Alkoxy polymer | PTFEの溶融粘度を下げて射出成形できるように開発された樹脂で、テトラフルオロエチレン（TFE)とパーフルオロビニルエーテル（PFVE)との共重合体でPTFEに匹敵する特性ながら、熱溶融成型が可能です。 ▶PFAについてより詳しく見る |
260℃ |
| ETFE | Ethylene Tetra Fluoro Ethylen copolymer | TFEとエチレンとの共重合体で、非常に加工性が良い樹脂ですパーフルオロポリマーでないため、耐熱性、耐薬品性は少し低下します。 | 150℃ |
| ECTFE | Ethylene Chloro Tri Fluoro Ethylene copolymer | クロロトリフルオロエチレン（CTFE)とエチレンとの共重合体で、機械的強度や加工性に優れます。ETFEに比べ難燃性と硬さに優れています。 | 150℃ |
| PCTFE | Poly Chloro Tri Fluoro Ethylene | クロロトリフルオロエチレン（CTFE)の単独重合体で透明で硬く、ガス透過性がフッ素樹脂の中で最も小さいです。 | 120℃ |
| PVdF | Poly Vinyli dene Fluoride | フッ化ビニリデン（VdF)の単独重合体で、硬く、フッ素樹脂のなかで最も誘電率が高く、高温で極性溶媒に溶解します。 | 150℃ |
| PVF | Poly Vinyl Fluoride | フッ化ビニル（VF)の単独重合体で成型が難しいため、フィルムが主用途となっています。 | |
| TFE/PDD | Tetra Fluoro Ethylene/2,2-bistrifluoro-methyl-4,5-difluoro-1,3-dioxole | 非晶質フッ素樹脂で透明な樹脂です。紫外領域から赤外領域まで光透過性に優れ、低反射率、低屈折率などの光学特性を持ちます。 | |
フッ素樹脂（PTFE・FEP・PFA）の違い
フッ素樹脂として最も有名なものとしてPTFEがあげられますが、PFAやFEPといったフッ素樹脂も耐熱性や耐薬品性が高いプラスチックとして知られています。ここでは代表的な３つのフッ素樹脂にどのような違いがあるのか解説します。
PTFEは、最初に開発されたフッ素樹脂です。連続使用温度は260℃と高く、非粘着性、低摩擦性、耐薬品性、耐候性、耐熱性、電気特性の全てに優れます。一方で、溶融粘度が高いため、熱可塑性プラスチックでありながら、一般的な射出成形やブロー成形などの成形方法で製品が作れない特徴があります。
FEPは、PTFEに次に開発された樹脂です。溶融粘度を下げることで、一般的な熱可塑性プラスチックの加工方法で製品を作ることが可能になりました。一方で、PTFEに比べると耐熱性が低くなり、連続使用温度は200℃とPTFEに劣ります。
PFAは、FEPの次に開発されたフッ素樹脂です。PFAはFEPと同様に、射出成形やブロー成形などの成形方法で製品を作ることができます。さらに、連続使用温度はPTFEと同等の260℃です。FEPに比べて耐熱性が高く、フォルムやボトルなどの容器などさまざな製品があります。
次に、フッ素樹脂の特性についてご紹介します。
フッ素樹脂の特性
以下では、フッ素樹脂のもつ代表的な特性である、非粘着性、撥水・撥油性、低摩擦性、耐薬品性、耐熱性、電気特性、耐候性、難燃性、純粋性について解説します。
非粘着性
付着性の強い粘着物に対しても離型がよく、付着しないか、または、付着しにくい性質のことです。フッ素樹脂は表面エネルギー（表面張力）が低く、化学的に安定している分子構造により、多くの物質となじみにくく、非粘着性に優れます。
参考記事：「なぜくっつかない！？」テフロン™フッ素樹脂の非粘着性を解説
撥水性・撥油性
表面に水や油がついても良く弾きます。よって汚れがつきにくく簡単に洗浄できます。フッ素樹脂は表面エネルギー（表面張力）が低く、水や油との表面張力の差が大きいため、濡れにくくほとんどの液体を弾くことができます。
参考記事：テフロン™フッ素樹脂が撥水性/撥油性に優れる理由とは？撥水角や活用方法まで解説
低摩擦性
フッ素樹脂の中でも特にPTFEは、大変滑りやすく固体の中で最小の静摩擦係数をもっています。また、潤滑性に非常に優れていて固体潤滑剤としても利用されます。フッ素樹脂（PTFE）は分子構造が化学的に対称で直鎖状なので、表面の凹凸が少なく滑らかな表面をしているため低摩擦性に優れると考えられています。
参考記事：「滑りを良くする！」テフロン™フッ素樹脂（PTFE）の低摩擦性を解説
耐薬品性
ほとんどすべての酸やアルカリ等の化学薬品に侵されたり、腐食することがほとんどありません。フッ素樹脂は分子間の結合力は大変強く、その安定した分子構造により優れた耐薬品性を発揮します。
※例外として溶融アルカリ金属や高温高圧環境でのフッ素ガスなどがあります。
参考記事：「薬品にも強い！」テフロン™フッ素樹脂の耐薬品性を解説
耐熱性
樹脂の中では耐熱性が高く、260℃の高温に耐えます。
参考記事：テフロンフッ素樹脂（PTFE）の耐熱性/耐寒性について解説
電気特性
絶縁耐力（絶縁破壊の強さ）、体積抵抗率、表面抵抗率は大きく、電気絶縁性に優れます。
耐候性
紫外線の影響を受けにくく長い時間屋外使用しても劣化することがありません。
難燃性
限界酸素指数（LOI）が95%以上の難燃性材料です。
参考記事：難燃性とは？燃焼の仕組みからプラスチックの難燃性についてまで解説
純粋性
化学的に不活性で純粋性に優れます。
フッ素樹脂は種類によって異なる特長を発揮する場合があります。用途が決まっていて使い分けが分からない場合やもっと詳しく知りたいときはお気軽にお問い合わせください。フッ素樹脂のプロがご案内いたします。
フッ素樹脂のデメリット
このようにさまざまな特長を発揮するフッ素樹脂ですが、使用に際しては以下のようなデメリットもあります。
- コスト面のデメリット
- フッ素樹脂はとても高機能な樹脂ですが、エンプラに比較すると高価であり、特に大量に使用する場合にはコストが高くなることがデメリットに挙げられます。
- 難易度の高い加工性のデメリット
- フッ素樹脂は、種類によって一般的な熱可塑性樹脂の加工方法が適用できません。また、テフロン™コーティングとしてしられるフッ素樹脂コーティングについても、一般的な塗装のように自宅や簡易的な設備で行うのは難しく高温の焼成炉やブラスト機など専門的な機器を必要とし、コーティング技術についても熟練の技術が必要です。
- 選択の難しさによるデメリット
- フッ素樹脂と一言にいってもかなりの種類があります。また樹脂の種類によって特徴が異なるため選択には専門知識が必要になることもデメリットの一つといえます。
成形方法と製品～コーティングの活用分野や用途
フッ素樹脂の成形方法と成形製品
フッ素樹脂は熱可塑性樹脂のため、融点以上の温度で成形することでさまざまな製品を作ることができます。また、PFAは熱流動性があるため一般の熱可塑性樹脂と同じ成形方法で成形ができます。
| 種類 | 成形方法 | 成形製品 | 吉田SKTの取扱製品例 |
|---|---|---|---|
| PTFE | 圧縮成形 | シートやビレットなど | TEFPASS® SHEET |
| アイソスタティック成形 | ビーカーやパイプなど | ||
| 含侵コーティング法 | フッ素樹脂ガラスクロスシート | ||
| ラム押出成形 | 丸棒など | ||
| PFA | 溶融押出成形 | フィルムやシート、チューブなど | |
| 射出成形 | 一般製品の成形 | PFA厚肉シート＆ロッド(高純度品) | |
| トランスファー成形 | バルブや配管類のライニング | ||
| 回転成形 | タンク配管類へのライニング | ロトライニング | |
| ブロー成形 | ボトルなど |
参考記事：PFAとは？特徴・分子構造・成形方法について詳しく解説
フッ素樹脂製品をお探しの際は、吉田SKTまでお気軽にご相談ください。豊富な取り扱い品目よりご案内いたします。
フッ素樹脂コーティング（フッ素樹脂塗装）
フッ素樹脂は液体や粉体の塗料を塗布して焼付（焼成）することで塗膜化し、コーティング被膜を形成することができます。おもに金属やセラミック製の基材にフッ素樹脂の特性（非粘着性、低摩擦性、撥水性、耐薬品性、電気絶縁性など）を付与して表面改質に用いられる方法です。また、フッ素樹脂自体は付着しにくい性質があるため特殊な加工方法が必要になります。そのため、一般の塗装とは異なる加工方法が必要です。フッ素樹脂加工やフッ素樹脂コーティングと呼ばれ、身近な調理器具からさまざまな産業で利用されています。
参考記事：フッ素樹脂コーティング（テフロン™コーティング）の解説
フッ素樹脂コーティングにおいても、用途に適切なフッ素樹脂を選択する必要があります。吉田SKTでは、使用用途に適したコーティングをご提案いたします。ご検討の際は、ぜひご相談ください。
フッ素樹脂（コーティング）の活用分野、用途一覧
自動車分野
コンプレッサー部品、ソレノイドのプランジャー、公害防止器の各部品、安全ベルト部品、蝶番の部品、フック、センサー類被覆、スイッチの絶縁部品等、電気機器、擢動部品、部品製造設備、ブッシュ、シール面などに使用されています。
半導体分野
洗浄機、検査槽、コーターデベロッパー、ドライエッチング装置、ウェハーカッティング台、セラミックスハンド、薬品搬送容器、貯蔵容器、レジスト製造装置、CMP装置などに使用されています。
医療医薬分野
手術用ピンセット、手術用ハサミ、医療機器部品、医療検査機器部品、ヒーター、反応槽、包装機械、輸血パック製造装置部品、細胞試料作成用部品、滅菌器などに使用されています。
化学工業分野
反応槽、貯蔵槽、ホース、配管、バルブ類、継手、ポンプ部品、ガスケット、パッキン、フィルター、熱交換機、遠心分離機、ベローズ、タンク類などに使用されています。
食品工業分野
炊飯釜、カッター刃、トンネル炉の鋼板ベルト及び金網、加熱シール機のヒートシーラー用棒、パン・アイスクリーム・製菓機械器具及び焼成部品、餅用機械、自動包装機、投入ホッパー、小麦粉ねりロール、焼成部品、運搬容器、包装機械の擢動面、自動販売機部品などに使用されています。
一般工業分野
ゴム加硫用ローラー、樹脂注入整形金型、ベアリング、回転受ブッシュ、製紙ロール、繊維ロール、繊維切断器用ドラム、シロッコファン、ヒートロール、ホッパー、遠心分離機、ねりロール、ボルト、ナット、ワッシャー、Ｏリング、コンベヤー、熱交換器、染色機械部品、繊維機械部品、事務機器用ロール、塗装冶具の懸吊部品、塗装ブース、運搬機器、印刷機、油圧機器、光学機器、ポンプなどに使用されています。
フッ素樹脂の特性を発揮する分子構造（PTFE）
多くの産業に使用されるフッ素樹脂は、なぜさまざまな特性を発揮することができるのでしょうか。ここでは、フッ素樹脂のさまざまな特性を生み出す分子構造について、PTFE（ポリテトラフルオロエチレン)を例に解説します。
- 炭素の結合がフッ素原子によって密に覆われており保護されている。
- 炭素原子（Ｃ）と水素原子（Ｈ）からなるポリエチレン樹脂と、炭素原子（Ｃ）とフッ素原子（Ｆ）で成り立つPTFE樹脂の分子構造を比較すると、炭素と水素（C-H）と炭素とフッ素（C-F）の結合部分が異なる。
- 炭素原子（C）とフッ素原子（F）からなる直鎖状の高分子で、炭素原子とフッ素原子の結合力は有機結合の中で最も強く炭素原子同士の結合力も高い。
- C-F結合は、C-H結合に比べて結合エネルギーが高く、C-F結合を破壊するには大きなエネルギーが必要。
- 分子量が100万～数千万と非常に長い分子鎖でできている高分子。
- 分子内の原子の配列が緊密で対称的になっており、電化の分極がとても小さい。
- 特徴的な分子構造により低い表面エネルギー（表面張力）をもつ。
フッ素樹脂はこのような特徴的な分子構造により、非粘着性、撥水性、低摩擦性、耐薬品性、耐熱性、電気特性、難燃性、などさまざまな稀有な特性を発揮します。
代表的なフッ素樹脂PTFEについてはさらに詳しい解説をご用意してます。ぜひ、おすすめリンクもご覧ください。
フッ素樹脂（コーティング）のよくあるご質問
Q1:テフロンTMフッ素樹脂と一般的なフッ素樹脂の違いは何ですか？
「テフロンTM」はケマーズ社のフッ素樹脂の商品名です。
フッ素樹脂にはPTFE、PFA、FEPなどの種類があり、テフロンTMにもテフロンTMPTFE、テフロンTMPFA、テフロンTMFEPなどがあります。
参考記事：テフロンとフッ素樹脂の違いとは？テフロンの特徴やフッ素樹脂メーカーまでご紹介
Q2:家庭用のフライパンのフッ素樹脂加工と吉田SKTのフッ素樹脂コーティングは何が違いますか？
フライパンのフッ素樹脂加工はフッ素樹脂のなかで、主にPTFEという樹脂を使用しています。膜厚も20-50μｍのものです。
当社はこれらのコーティングも加工できますが、ものがくっつきにくくなる特性をもつ非粘着性コーティングだけでも、膜厚が1μｍ程度の「ナノプロセス®」や、フッ素樹脂のみで凹凸を付けた「TPシリーズ」、「スーパーTPシリーズ」などの複数のコーティングがあります。コーティング材料もPTFE以外にPFA、FEPさらにはシリコーン材料など、非粘着性コーティングや製品で100種類以上あります。
参考記事：フッ素樹脂加工（テフロン加工）のフライパンのメリットは？長持ちさせるコツも解説
Q3:PTFEとPFAの違いを教えてください
PTFEとPFAの違いとしては、まずは融点に違いがあります。
PTFEが327℃に比べ、PFAはだいたい305-308℃になります。さらにPTFEは結晶化度が高く、真っ白な色をしています。
PFAはPTFEより結晶化度が低く半透明です。潤滑性は結晶度の高いPTFEのほうが摩擦係数は低くなります。
またPTFEは融点以上になってもほとんど流動せず成形性が悪いのに比べ、PFAは良く流動し射出成形やフィルム押し出し、厚塗りコーティングなど加工性に優れています。
PTFEとPFAについて、より詳しい内容はこちらの記事もご確認ください。
参考記事：PFAとは？特徴・分子構造・成形方法について詳しく解説
Q4:フッ素樹脂とシリコーン（シリコン）樹脂の違いを教えてください
代表的なフッ素樹脂のPTFEは、炭素原子（C）とフッ素原子（F）が直鎖的につながった分子構造です。
炭素原子同士（C-C）の結合部はフッ素原子で隙間なく覆われてフッ素原子によって保護されています。
また、分子量が100万～数千万と非常に長い分子鎖でできています。このような特徴的な分子構造により、非粘着性、低摩擦性、耐熱性、耐薬品性、電気特性などの特性を発揮します。
一方、シリコーン樹脂はシロキサン結合（-Si-O-Si-）を基本構造として、有機基が結合した合成高分子です。シロキサン結合の結合力の強さにより耐熱性や化学的安定性に優れ、表面を覆っているメチル基の作用により表面張力が低く撥水性や離型性に優れます。
参考記事：ご存知ですか？離型性に優れる「シリコーン」と「シリコン」の違い
Q5:フッ素樹脂のPFAS規制について教えてください。
現在、難分解性をもつPFASは、欧州で規制が検討されています。PFASが規制されるとほぼすべてのフッ化化合物（フッ素樹脂含む）がEU域内での下記物質の製造、上市、使用が禁止されます。フッ素樹脂は、その構造上の定義および難分解性からPFASとされていますが、他の低分子量PFASのような毒物学上および環境上の懸念を有していません。フッ素樹脂は、その独自の特性のゆえに、人の健康や環境に対して、重大なリスクをもたらさないことを相当数の科学的データで確認できます。現在、PFASの規制案に対してECHAガイドラインに沿ったパブリックコメントが提出できます。
PFAS規制案についての詳細はこちらをご確認ください。
Q6:フッ素樹脂コーティングの取り扱いについて教えてください。
フッ素樹脂はフライパンやホットプレートなどにも使用されるため金属と同等の硬さと思われているかたもいらっしゃるかもしれませんが、フッ素樹脂はプラスチックの中でも決して硬い部類ではありません。PTFEコーティングの鉛筆硬度はF～H程度です。そのため、開梱や設置時、使用中の取り扱いによっては傷がついてしまうことがあります。弊社では製品納入の際、フッ素樹脂コーティングの取扱い注意事項をまとめたチラシを同封させていただいています。
参考記事：フッ素樹脂コーティングの欠点とは？注意したいこと3つをご紹介
以下ではフッ素樹脂に関連するおすすめリンクをご用意いたしました。ぜひこちらもご覧ください。
まとめ
以上のように、フッ素樹脂には多くの種類があり、さまざまな用途や環境でご使用いただけます。使用する条件に合った製品やコーティングを適切に選ぶことでより長い期間お使いいただけます。フッ素樹脂製品やコーティングをどのように選べばよいのかわからない時やお探しの製品が見つからない場合は吉田SKTまでお問い合わせください。