PTFE素材とは – 究極ガイド

PTFEは多用途の フッ素ポリマー その優れた性能から、様々な産業で使用されています。フッ素原子と炭素原子の組み合わせです。

この素材の他の名前:

1. テフロン
2. ポリテトラフルオロエチレン

ポリテトラフルオロエチレンの主要成分

ポリテトラフルオロエチレンは、独特の主成分で構成されています。以下に詳細をご紹介します。

PTFE の分子または化学構造。

テフロンの分子構造[CF₂-CF₂]nはPEまたはポリエチレンと比較できます。両者の主な違いは、すべての水素原子がフッ素に置換されていることです。

ボンド

テフロン分子はCF結合とCC結合で構成されています。これらの結合エネルギーはそれぞれ4.6～5.0eVと3.3eVです。テフロンを構成する他の元素には、水、フッ化水素酸、クロロホルム、蛍石などがあります。

その他のリソース:

• PTFE – 出典: Wikipedia
• ポリテトラフルオロエチレン – 出典：サイエンスダイレクト

PTFEの歴史

ロイ・J・プランケットは1938年、偶然テフロンを発見しました。これは、彼が冷媒関連の新しいガスを作ろうとしていた時のことでした。プランケットは、ボトルが消費するガスの量を正確に測るため、そのボトルを計測しました。

しかし、その重さの由来について彼の興味は頂点に達し、ボトルを二つに切り裂いた。

彼は瓶の中に、ワックスのような白い物質を見つけました。それは非常に滑りやすかったです。さらに分析を進めたところ、それが重合パーフルオロエチレンであることがわかりました。

1941年、この素材はキネティック・ケミカルズ社によって特許を取得しました。同社はこれを新しいタイプのフッ素系プラスチックとして特許取得し、その後1945年にテフロンという商標として登録されました。

フランス人エンジニアのマルク・グレゴワールは、すでに釣り道具にこの素材を使用していたため、妻（コレット・グレゴワール）の調理器具にも試してみることにしました。これは1954年のことでした。そして、マルクはティファールという商標で、世界初のPTFEコーティングを施したノンスティック調理器具を開発しました。

1961年、アメリカ合衆国でマリオン・A・トロッツォロが世界初のノンスティック調理器具を発売しました。1961年以来、ノンスティックフライパンは世界中で非常に有名になり、今では様々なブランドで数百万もの家庭で使用されています。

ポリテトラフルオロエチレンの利点

アプリケーションにテフロンを検討すべき理由は数多くあります。

 

• 高い耐薬品性
• 誘電特性が良好です。
• -400°F から 400°F までの広い温度範囲。
• 焦げ付きにくいです。
• 摩擦係数が低い
• 優れた電気絶縁体または絶縁機能。
• 食品グレードのコンプライアンスを満たしています。
• 耐摩耗性に優れています。
• 耐候性にも優れています。
• 老化や脆化の問題がない
• 優れた耐腐食性。
• 高い耐火性を備えています。
• 優れた熱安定性を備えています。

PTFEの限界

従来のポリテトラフルオロエチレンには、その使用に関していくつかの制限があります。これらの制限を理解することで、この素材の使用方法を理解するのに役立ちます。

その中には次のようなものがあります:

• PTFE はもともと非粘着性であるため、接着するのは非常に困難です。
• 腐食性があり、有毒な煙が発生しやすいです。
• 摩耗およびクリープに対する感受性。
• 耐放射線性が低いです。

PTFE材料特性

現在、テフロンは優れた機械的、物理的、化学的特性を備えた数少ないエンジニアリング材料の 1 つです。

したがって、PTFE 素材を選択する場合でも、次の点を考慮することが重要です。

機械的特性

• 50 MPa引張弾性率
• 300% – 550% 破断伸び
• 摩擦係数0.300
• 0 最大硬度 ロックウェル R
• 2 MPa曲げ降伏強度

物理的特性

• もともと柔らかい素材です。
• 硬度を高めるために充填剤を加えることもできます。
• テフロンは、水分を吸収しません。しかし、水分を充填すると、少量の水分を吸収することができます。吸水率は0.100%です。
• テフロンの密度は2.1～2.3 g/cm³
• 溶融速度は毎秒1～10GPa以内。
• 表面エネルギー18ダイン/g

化学的性質

• 化学的に不活性な特性が優れています。
• 耐熱性に優れています。
• 耐熱性に優れています。

熱特性

• テフロンは 440°C 未満でも熱安定性が高く、明らかな劣化は見られません。
• 融点317～337℃
• 融点は327℃です。

電気的特性

• 電気絶縁用途に最適です。
• 絶縁耐力 -19.7 KV/mm
• 誘電率は2.0

その他のリソース:

• PTFEの特性 – 出典：HANSA
• PTFE温度範囲 – 出典：HANSA

PTFE製造プロセス

 

テフロンの製造工程は、正しい情報さえ得られれば非常にシンプルです。以下に、この工程を段階的に解説します。

ステップ1 – 原材料の入手

PTFE の製造を開始するには、蛍石、水、クロロホルム、フッ化水素酸が必要です。

ステップ2 – 原材料の加熱

すべての原材料を高温で加熱し、熱分解させます。最終的に得られる物質は主に気体で、その後液体へと変化します。これは低温、超高圧下で起こります。

ステップ3 – 反応室を満たす

反応チャンバーにきれいな水と開始剤を充填します。原料を加熱して得られた液体もチャンバーに加えます。液状のテフロンが開始剤と接触するとすぐに重合が始まり、固体粒子が形成されます。これらの粒子は水面に留まります。

ステップ4 – 排水

テフロンの理想的な重量に達すると、重合プロセスは自動的に停止します。停止すると、反応室から水が排出され始めます。

ステップ5 – テフロンの乾燥と粉砕

残りのテフロン粒子は乾燥させ、ミルで粉砕します。

ステップ7 – PTFE形成

完璧な乾燥にはオーブンの使用が効果的です。テフロンを独自の形状に成形するには、360℃以上の加熱が必要です。オーブンの使用は、完璧な乾燥を実現するのに最適です。この時間内に、テフロンがゲル状になり、テフロンが完成します。

その他のリソース:

• PTFEの製造 – 出典：HANSA
• テフロンはどのように作られるか – 出典: HPM

PTFEの機械加工と製造

PTFE素材を有用な製品に変える方法は数多くあります。そして何より素晴らしいのは、PTFEの加工が非常に簡単なことです。

たとえば、機械加工および製造の形態には次のようなものがあります。

PTFEの切断 – パンチング、ダイカット、ドリリングなど。

PTFEの接合 – PTFE素材の溶接、ファスナーの使用、曲げなど。

成形工程 – PTFE の圧縮成形は、多くの部品を製造するための一般的な方法です。

覚えておいてください。PTFEの射出成形は事実上不可能です。これは、PTFEが融点を超えて流動することがほとんどないためです。そのため、特別な加工技術が必要になります。

これらに加えて、CNC加工によるPTFEは人気の加工技術です。様々なカスタムPTFE部品を製作できます。CNC加工の主な工程は以下のとおりです。

• CNCフライス加工PTFE
• CNC旋削PTFE
• CNCドリル PTFE

繰り返しになりますが、PFTE を機械加工する際には、次の重要な変数に注意する必要があります。

• 応力クリープの影響で、厳しい公差を達成するのは困難です。また、高い膨張係数も、これを困難にする要因の一つです。
• 柔らかい性質により、ツールのチャタリングの可能性が高まります。
• 極度の圧力によりPTFE部品が変形する可能性がある
• 機械加工中に発生する高熱により、アンバランスな部分を作るのが困難になる

一般的に、PTFE 加工には超硬合金工具が適しています。

その他のリソース:

• 圧縮成形PTFE – 出典：PTI
• テフロン加工 – 出典: WayKen

改良または強化PTFE

強化テフロンは、バリアフィルムの形成に役立つため重要です。このバリアフィルムは、コーティングされた生地への異物の付着を抑制します。非常に安定した耐久性を備え、価格も手頃です。

PTFEにフィラーが添加される理由

• 充填剤は PTFE の温度特性を向上させるのに役立ちます。
• その化学的性質は、使用される充填剤の種類によって決まります。
• これらの添加剤により、PTFE の多孔性 (電気特性) が向上します。
• 耐クリープ性が向上します。

PTFEのグレード/充填剤の種類

テフロンの強化にはガラス繊維の使用が広く知られています。PTFEの強化に使用されるガラス繊維以外にも、テフロンには様々なグレードがあり、中でもバージンPTFEが最も優れています。

さまざまな充填剤がPTFE材料に与える影響

バージンPTFE

このグレードは充填剤を含まないグレードです。つまり、充填剤を含まないテフロンです。その独自の特性には以下が含まれます。

• 安全性が高く衛生的です。
• 耐薬品性も良好です。
• 最高の電気特性を備えています。
• 優れた曲げ特性。
• 優れた熱安定性を有します。

そのユニークな用途としては、ガスケット、コンタクトおよび医薬品、食品、ベローズ、人間の消費用途などがあります。

ガラス繊維入りPTFE

PTFEにガラスを加えると、耐久性と強度が向上します。また、柔軟性とクリープ性も低下します。ガラスには、以下のような独自の特性があります。

• 圧縮強度が非常に高い。
• 耐薬品性に優れています。
• 負荷時の耐摩耗性が向上しました。
• このタイプの PTFE は、バージン PTFE よりも研磨性が高くなります。

このグレードの用途としては、橋梁ベアリングパッド、パイプ支持パッド、ボールバルブ部品などがあります。

カーボン充填PTFE

PTFEに炭素を添加すると、圧縮強度が向上します。これにより、PTFEは耐摩耗性に優れ、変形も抑制されます。

• 圧縮強度が非常に高い。
• 高い耐薬品性を有します。

用途としては、エアコンプレッサーのライダーやピストンリングなどがあります。

グラファイト充填PTFE

グラファイトをPTFEに添加すると、カーボンとほぼ同様の効果が得られます。ただし、グラファイトを充填したテフロンには、高い耐摩耗性は備わりません。

• 摩擦に対する耐性が強化されました。
• 電気伝導性が向上します。

シャフト、ベアリング等に使用可能です。

ブロンズ充填PTFE

テフロンに青銅を加えると、次のような利点が生まれます。

• 耐摩耗性の向上
• より優れた熱伝導性が得られます。
• 耐圧性がさらに高まります。
• クリープに対してより強い耐性を持ちます。
• 熱伝導性が良好です。

このタイプの PTFE の一般的な用途としては、ブッシング、ベアリング、ピストンリングなどがあります。

ステンレススチール充填テフロン

PTFE にステンレス鋼を追加すると、次の点でその機能が強化されます。

• 高い耐摩耗性
• ブロンズ入りタイプに比べ耐薬品性に優れています。

蒸気環境で使用される部品やコンポーネントの製造に使用されます。

カルシウムフィラーテフロン

フッ化カルシウムは、テフロンが強アルカリやフッ化水素酸などの化学物質と接触する必要がある場合に添加するのが最適です。これらの用途は主に、電子・電気用途、自動車用途などに使用されます。

MoS₂ 充填テフロン

このフィラーは潤滑効果を持つため、テフロンの耐摩擦性を高めるために使用されます。また、青銅やガラスにも使用されます。PTFEに添加されるその他のフィラーには、ポリイミド、マイカ、アルミナなどがあります。

PTFE素材が存在するフォーム

お客様の固有の要件と仕様に応じて、さまざまな形式と構成の PTFE 材料を入手できます。

PTFEシート

 

シートには様々なサイズがあり、ニーズに合わせて厚さ8mmから50mmまでお選びいただけます。見た目はフラットで薄型ですが、幅もご要望に応じて調整可能です。

PTFEロッド

これらのロッドは丸くて長いです。様々なサイズがありますので、ニーズに合わせてお選びください。太さは直径4mmから120mmまで幅広く取り揃えています。また、長さも様々です。

PTFEパウダー

テフロンパウダーは主に様々な色があり、中でも白が最も多く見られます。また、数量によって異なる独自のパッケージで販売されています。

PTFE分散液

テフロン分散液は、コーティングの剥離と媒体への含浸を目的として設計されており、主に液体の形で提供されます。

PTFEファブリック/PTFEパッキング

 

PTFE 生地は、ほとんどの場合、さまざまな厚さのレベル、裏面に粘着剤が付いているか付いていないか、表面が脆いか滑らかか、さまざまな色など、さまざまな種類で設計されています。

これらは PTFE フィラメントから編まれており、強力で耐久性のあるシーラントを形成します。

PTFEと他の材料の比較

PFA素材とPTFE素材

プロパティ	PFA	PTFE
合成名	ペルフルオロアルコキシ	ポリテトラフルオロエチレン
ブランド名	テフロンPFA	テフロン
融点	575～590°F / 300～310°C	327℃
抗張力	4060～4500psi	1,500～3000psi
耐候性	素晴らしい	素晴らしい
アプリケーション	調理器具業界ではコーティング用途ではあまり使用されていません。用途としては、熱交換器、医療用PFAチューブ、ドラムライナーなどがあります。	調理器具業界では、調理鍋やフライパンなどのコーティングに使用されることから非常に有名です。その他の用途としては、シール、ポンプ部品などがあります。
構造	2 つの炭素原子が酸素原子を介して 1 つに結合しており、すべての炭素原子が完全にフッ素化されています。	フッ素と炭素原子のみ

 

ETFEとPTFE素材の比較

プロパティ	ETFE	PTFE
合成名	エチレンテトラフルオロエチレン	ポリテトラフルオロエチレン
構造	フッ素、炭素、水素からできています。	フッ素と炭素原子からできています。
アプリケーション	フレーム構造の構築に多く使用されます。	ケーブルおよび 5G アプリケーションに使用されます。
融点	225～270℃	327℃
抗張力	5500～7000psi	1,500～3000psi

 

FEPとPTFE素材

プロパティ	FEP	PTFE
合成名	フッ素化エチレンプロピレン共重合体	ポリテトラフルオロエチレン
融点	かなり高い	かなり低い（約40°低い）
散逸係数	PTFEと比較して6倍以上	かなり低い
柔軟性	かなり柔軟	柔軟性がかなり低い
アプリケーション	洗剤への曝露などに関係する一部のコーティングアプリケーション。	パイプや容器などの製造や加工に最適です。

 

PTFE材料グレード

充填材にはPTFE以外にも、お客様のご要望に応じて様々なグレードの材料をご用意しております。以下の選択肢からお選びいただけます。

食品グレードPTFE素材

PTFE素材はFDA（米国食品医薬品局）の食品グレード認証を取得しています。そのため、調理器具のコーティングや食品加工などに使用できます。摩擦係数が低いため、ブッシングやベアリングなどの用途にも最適です。

機械グレードPTFE素材

この素材はバージンPTFEを上回る特性を備えていないのは事実です。しかし、摩擦係数は非常に低く、高性能部品や機械部品などに最適です。

PTFEコーティング材

テフロンコーティング材は、強力な化学薬品や高温条件にも容易に耐えます。工業用コーティングは、動作温度が非常に高く（260℃）、摩擦係数も非常に低くなっています。

PTFE複合材料

注目すべき特性の一部を以下に示します。

• 化学的耐性あり。
• 自己潤滑性。
• 水分を吸収します。
• 熱安定性。
• 高い機械的強度。
• 汚染に耐性があります。
• 電気絶縁

延伸PTFEガスケット材

延伸 PTFE 素材は独自の特性を備えているため、多くの用途の要件に最適です。

独自の機能には次のようなものがあります:

• ePTFEガスケットは、PTFEシートガスケットに比べて非常に柔らかく柔軟性に優れています。そのため、粗い表面や凹凸のある表面にも容易にフィットします。
• この材料は圧縮しやすいため、クリープやコールドフローを容易に低減できます。
• 延伸PTFEはジョイントシーラントとしてロールでも販売されています。
• 耐薬品性に優れています。
• +260°C の温度まで動作可能です。
• 腐食性、湿気、臭いがありません。

ポリテトラフルオロエチレン素材の使用

PTFE断熱材

ここでは絶縁ケーブル、電線などを製造するために使用されます。これは、最高温度レベルに耐えることができ、誘電強度が優れ、化学物質にも耐性があるという特性によるものです。

PTFEガスケット

これらのガスケットは、優れた断熱性を備え、腐食性または有害な化学物質に耐えることができます。石油化学製品だけでなく、化学物質を扱う機器にも使用されます。

PTFEパイプと継手

これらは、化学的に不活性で安定しており、高い絶縁耐力を備え、+260℃までの使用温度範囲が理想的であるため、コンプレッサーリング、ブッシングなどの製造に最適です。

PTFEベアリング

ベアリングには、スライドベアリング、スリーブベアリング、ボールベアリング、ベアリングパッド、リニアベアリング、スラストベアリングなど、様々な種類があります。これらのベアリングは、高負荷で速度が制限される用途で多く使用されます。これらのベアリングの利点は、メンテナンスフリーであることです。

PTFEシール

これらは主にシーラントです。これらのシールを必要とする用途としては、コンプレッサー、メカニカルシール、油田設備、ブレーキシステム、航空機エンジンなどがあります。シャフトシール、シールリング、オイルシール、シールテープなどがあります。

PTFE調理器具

鍋やフライパンなどのノンスティック調理器具は、ほとんどがPTFEコーティングされています。これは、調理中の食材が鍋にくっつくのを防ぐためです。また、調理を非常に簡単にするのにも役立ちます。FDA（米国食品医薬品局）の承認を受けており、安全です。

PTFE潤滑剤

グリースやオイルのように、2つの表面間の摩擦を低減するために使用される、ユニークな膜状潤滑剤です。調理器具などのコーティングや、錠前、蝶番、スライドなどの潤滑にも使用されます。PTFE潤滑剤とも呼ばれます。

PTFEバルブ

PTFEは優れた特性を持つため、工業用バルブの製造に広く使用されています。腐食性化学物質への耐性があり、化学的に不活性です。市場には、ケミカルチェックバルブ、ボールバルブ、バルブシート、コントロールバルブ、ダイヤフラムバルブ、PTFEライニングバタフライバルブなどが販売されています。

PTFE機械部品

これらの部品は主に工業用途で使用され、製造業における特定のニーズを満たすために様々なコンポーネントが組み合わされています。これらの部品には、バルブ、バルブシート、ディッパー、バルブ本体、ブッシングなどが含まれます。

PTFEガイドリング

この部品は、シリンダーとピストン間の金属同士の接触が摺動過程全体にわたって発生しないよう設計されています。組み立てが非常に簡単で、耐摩耗性にも優れています。

PTFE Oリング

PTFEをOリングに使用すると、+260℃までのあらゆる化学物質や流体に耐えられるなど、非常に優れた特性を発揮します。これらの部品は、主に製薬、化学、医療工学の分野で使用されています。

その他の関連製品にはPTFEワッシャー、

PTFEブッシング

これらのブッシングは、シャフトベアリング、バルブシート、ポンプハウジング、ガスケットなどのさまざまな用途に使用されます。最高の耐腐食性が求められる化学産業やその他の産業での用途に最適です。

PTFE PCB材料

PCBラミネート材料に関しては、PTFEコーティングまたはPTFE材料で作られたPCB材料が非常に一般的です。これは、PTFEが一定の誘電特性を提供できるためです。PTFEプリント回路基板とも呼ばれます。

PTFE屋根材

PTFE コーティング膜としても知られるこの素材は、高い耐久性、耐候性、そして屋根材として非常に持続可能な織りガラス繊維膜です。

PTFEテープ材質

このテープはユニークで多用途です。ガス、水、空気のシールに使用され、ねじ接続部からの漏れを防ぎます。特に高圧の配管では特に重要です。特定のニーズに合わせて設計されたPTFEテープもいくつかあります。

PTFE素材を使用するさまざまな産業

世界中の様々な産業が、様々な生産工程で最高の成果を上げるために、様々な形態のPTFE材料を活用しています。PTFEが広く利用されている産業には、以下のようなものがあります。

• コンピュータ業界 – ゲーム用マウスの製造に使用。
• 航空宇宙産業 - ギア、ブッシング、シールなどに最適です。
• 工業業界 - アウトドア用衣類、ガスケット、潤滑剤に使用されています。
• 調理器具業界 - 焦げ付き防止の鍋やフライパンのコーティングに使用されます。
• 衣料品産業 – 衣服の製造に使用されます。
• 医療業界 - 尿収集機器や装置、薬剤を送達するためのろ過膜、パイプ、T 字継手、スペーサーなどの製造に使用します。
• 安全産業 - 消防用具に使用されます。
• 消費財業界 – ギター弦。
• 建設業界 - 絶縁体、電気設備、スライドビーティング、荷重ベアリングなど。
• 化学産業 – バルブ、パイプ、ホース、O リングなど

よくある質問

1. PTFEはテフロンですか?

はい、同じものです。テフロンはPTFEのブランド名です。

2. PTFE は FDA に承認されていますか?

はい。バージンポリテトラフルオロエチレンは、米国食品医薬品局（FDA）の承認を受けています。

3. PTFE はプラスチックですか、それともゴムですか?

それはプラスチックでもゴムでもありません。

4. PTFE と PVC を比較するとどうなりますか?

どちらの素材も耐摩耗性と耐久性に優れていますが、PTFE の方が寿命が長く、色や性能をより長く維持することができます。

結論

PTFE 素材は非粘着性があり、加工しやすいという特性があるため、さまざまな用途で使用される有名な素材の 1 つとなっています。

限界に関しては、増量剤を加えることでそのほとんどを解消できます。つまり、様々な用途で活用できるということです。

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