| 材料名 | 塩素化ポリエチレン |
|---|---|
| 略記号 | CPE |
| 英語名 | Chlorinated Polyethylene |
| 分類 | 熱可塑性エラストマー、塩素化ポリオレフィン、改質樹脂 |
| 基本構造 | −CH2−CH2− / −CH2−CHCl−を含む塩素化ポリエチレン構造 |
| 主な種類 | 標準CPE、耐候CPE、難燃CPE、ゴム改質用CPE |
| 主な用途 | 用途は後述の詳細な利用用途に整理する |
塩素化ポリエチレン（CPE）は、熱可塑性エラストマー、塩素化ポリオレフィン、改質樹脂に分類される材料である。 耐候性、耐オゾン性、難燃性、柔軟性に優れる。PVC改質、ゴム改質、電線被覆、ホースに使用される。
特徴
- 耐候性が良い
- 耐オゾン性が良い
- 耐薬品性に優れる
- 耐油性に優れる
- 難燃性が向上する
- プラスチックとゴムの両特性を持ち合わせる
- 各樹脂とのハイブリッド化しやすい
- 充填材の配合性が向上
- ポリ塩化ビニルの耐衝撃性改良材として使用
- ポリエチレンやポリプロピレン、ポリスチレンなどの難燃化材としても使用
- PVC改質、ゴム改質、電線被覆、ホースに使用される
- 材料特性はグレード、添加剤、架橋、充填材、分子量により変化する
- 耐薬品性は温度、濃度、接触時間、応力状態で変化する
- メーカー物性表と実使用試験による確認が重要である
長所
- 用途に応じた物性設計が可能である
- 材料固有の耐熱性、耐薬品性、機械特性、柔軟性、透明性などを活用できる
- 成形品、フィルム、シート、複合材料、コーティングなどに展開できる
- 改質、共重合、充填材配合により性能を調整できる
短所
- 耐薬品性、耐熱性、耐候性はグレードにより大きく異なる
- 成形条件や硬化条件の管理が必要である
- 応力、温度、薬品濃度により劣化挙動が変わる
- 採用時にはメーカー資料と実使用試験で確認する必要がある
成形加工
塩素化ポリエチレンの加工性は、熱可塑性、熱硬化性、ゴム、複合材料の分類により異なる。 熱可塑性材料では溶融成形、熱硬化性材料では加熱硬化、ゴムでは混練・加硫、複合材料では含浸・積層・硬化が基本となる。
| 加工方法 | 適性 | 主な製品例 |
|---|---|---|
| 射出成形 | ○ | 熱可塑性グレードの成形品、機構部品、筐体、精密部品 |
| 押出成形 | ○ | フィルム、シート、チューブ、板材、丸棒 |
| 圧縮成形 | △〜○ | ゴム、熱硬化性樹脂、複合材料、切削素材 |
| 注型・含浸 | △〜○ | 熱硬化性樹脂、光学樹脂、FRP、コーティング |
| 切削加工 | ○ | 板材、丸棒、治具、精密部品 |
| 接着・塗装 | △ | 表面処理、プライマー、専用接着剤が必要な場合がある |
構造式
構造の基本は、−CH2−CH2− / −CH2−CHCl−を含む塩素化ポリエチレン構造である。 既存サイト内の構造部分と同じ考え方で、主鎖、側鎖、官能基、共重合成分、架橋構造、充填材の有無が、耐熱性、耐薬品性、機械特性、吸水性、透明性、電気特性に影響する。
種類
標準CPE
| 名称 | 標準CPE |
|---|---|
| 構成 | 塩素化ポリエチレンの用途別または改質グレードである |
| 特徴 | 塩素化ポリエチレンの基本特性を用途に合わせて調整したタイプである |
| 主な用途 | 成形品、部品、フィルム、シート、複合材料、改質材など |
特徴
- 標準品に対して用途別に物性を調整した材料である
- 耐熱性、耐薬品性、柔軟性、強度、成形性、外観性のいずれかを改善する
- 採用時にはメーカーグレードごとの物性表を確認する必要がある
耐候CPE
| 名称 | 耐候CPE |
|---|---|
| 構成 | 塩素化ポリエチレンの用途別または改質グレードである |
| 特徴 | 塩素化ポリエチレンの基本特性を用途に合わせて調整したタイプである |
| 主な用途 | 成形品、部品、フィルム、シート、複合材料、改質材など |
特徴
- 標準品に対して用途別に物性を調整した材料である
- 耐熱性、耐薬品性、柔軟性、強度、成形性、外観性のいずれかを改善する
- 採用時にはメーカーグレードごとの物性表を確認する必要がある
難燃CPE
| 名称 | 難燃CPE |
|---|---|
| 構成 | 塩素化ポリエチレンの用途別または改質グレードである |
| 特徴 | 塩素化ポリエチレンの基本特性を用途に合わせて調整したタイプである |
| 主な用途 | 成形品、部品、フィルム、シート、複合材料、改質材など |
特徴
- 標準品に対して用途別に物性を調整した材料である
- 耐熱性、耐薬品性、柔軟性、強度、成形性、外観性のいずれかを改善する
- 採用時にはメーカーグレードごとの物性表を確認する必要がある
ゴム改質用CPE
| 名称 | ゴム改質用CPE |
|---|---|
| 構成 | 塩素化ポリエチレンの用途別または改質グレードである |
| 特徴 | 塩素化ポリエチレンの基本特性を用途に合わせて調整したタイプである |
| 主な用途 | 成形品、部品、フィルム、シート、複合材料、改質材など |
特徴
- 標準品に対して用途別に物性を調整した材料である
- 耐熱性、耐薬品性、柔軟性、強度、成形性、外観性のいずれかを改善する
- 採用時にはメーカーグレードごとの物性表を確認する必要がある
代表的な物性値又は機械的性質
| 項目 | 単位 | 代表値・範囲 | 試験方法・備考 |
|---|---|---|---|
| 比重 | － | 1.0～1.4 | 塩素含有量、配合剤量により変動する |
| 塩素含有量 | % | 約25～45 | 一般的なCPEグレードの範囲である |
| 引張強さ | MPa | 7～16 | ゴム状配合・電線被覆用途で多く用いられる範囲である |
| 破断時伸び | % | 300～900 | 柔軟性、耐屈曲性に優れる |
| 100%モジュラス | MPa | 1～8 | 配合・架橋条件により大きく変動する |
| 硬さ | ショアA | 50～75 | 軟質ゴム状から比較的硬質の配合まで調整可能である |
| 引裂強さ | kN/m | 20～35 | シート・被覆材用途で重視される |
| 耐熱性 | ℃ | 約100～120 | 連続使用温度の目安であり、配合により異なる |
| 耐候性 | － | 良好 | 屋外用途、電線被覆、ホース、シート材に適する |
| 耐オゾン性 | － | 良好 | クロロプレンゴムやEPDM代替用途でも使用される |
| 耐油性 | － | 中～良好 | 塩素含有量が高いほど耐油性は向上する傾向がある |
| 難燃性 | － | 良好 | ポリエチレンより難燃性が高く、難燃配合に使用される |
| 主な用途 | － | － | 電線被覆、ホース、シート、PVC改質材、耐衝撃改質材 軟質材料から硬質樹脂改質まで幅広く用いられる |
代表例として、CPE系材料では引張強さ約11 MPa、伸び約800%、ショアA硬さ約60のデータが報告されている。
耐薬品性
塩素化ポリエチレンの耐薬品性は、温度、濃度、接触時間、応力、分子量、架橋密度、添加剤、充填材により変化する。 下表は一般的な材料特性として、英語圏の材料データシートで示される傾向と日本企業の物性表で用いられる実用表現を合わせて整理した目安である。
| 薬品・溶剤 | 耐性 | 備考 |
|---|---|---|
| 水 | ○〜△ | 吸水、加水分解、白化、物性変化の有無を確認する |
| 弱酸 | ○〜△ | 多くの場合で短期使用は可能だが、樹脂構造に依存する |
| 強酸 | △〜× | 分解、膨潤、架橋劣化、加水分解に注意する |
| 弱アルカリ | ○〜△ | 材料により安定性が異なる |
| 強アルカリ | △〜× | エステル、アミド、カーボネート、イミド系では注意が必要である |
| アルコール | ○〜△ | 応力下ではクラックや膨潤に注意する |
| アセトン | △〜× | 非晶性樹脂、極性樹脂、ゴムでは膨潤・溶解に注意する |
| MEK | △〜× | 強溶媒となる材料が多い |
| トルエン | △〜× | 芳香族溶剤に弱い材料では膨潤・溶解する |
| 塩素系溶剤 | △〜× | 多くの樹脂で膨潤、溶解、クラックに注意する |
| 油・燃料 | ○〜△ | ゴム系、ポリオレフィン系、ポリアミド系で傾向が異なる |
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）
塩素化ポリエチレンのSP値は、約17〜20 MPa1/2が目安である。 ただし、ゴム、熱硬化性樹脂、結晶性樹脂、複合材料では、SP値が近くても直ちに溶解するとは限らない。 一次判断としてSP値を使い、実際には浸漬試験、重量変化、寸法変化、外観、機械強度変化で評価する必要がある。
| 項目 | SP値（δ） MPa1/2 | 備考 |
|---|---|---|
| CPE（標準グレード・塩素含有量25～30%） | 17.5～18.2 | ポリエチレンより極性が高く、耐候性・耐オゾン性に優れる |
| CPE（標準グレード・塩素含有量35%前後） | 18.3～18.9 | 汎用グレードとして最も多く使用される。PVC改質用途でも用いられる |
| CPE（高塩素タイプ・塩素含有量40～45%） | 19.0～19.8 | 耐油性・耐薬品性は向上するが、芳香族溶剤に注意が必要である |
| GF強化CPE | 18.5～19.2 | ガラス繊維添加により寸法安定性が向上する |
| 難燃配合CPE | 18.8～19.5 | 難燃剤配合により極性が増加する場合がある |
| ゴム状CPE（軟質タイプ） | 17.2～18.0 | 柔軟性が高く、電線被覆・ホース用途に使用される |
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
| 溶剤名 | SP値（δ） MPa1/2 | 耐溶剤性 | 備考 |
|---|---|---|---|
| 水 | 47.9 | ◎ | 吸水は比較的小さい |
| メタノール | 29.7 | ○ | 短時間接触では比較的安定である |
| エタノール | 26.0 | ○ | アルコール類には比較的良好である |
| イソプロパノール | 23.5 | ○ | 軽度膨潤する場合がある |
| アセトン | 20.3 | △ | SP値が近く膨潤しやすい |
| MEK | 19.0 | × | CPEとSP値が近く軟化しやすい |
| 酢酸エチル | 18.6 | × | 強い膨潤を生じやすい |
| トルエン | 18.2 | × | 芳香族溶剤に弱い |
| キシレン | 18.0 | × | 膨潤・軟化しやすい |
| クロロホルム | 18.7 | × | 極めて溶解性が高い |
| テトラヒドロフラン（THF） | 18.5 | × | 強く膨潤・溶解する可能性がある |
| ヘキサン | 14.9 | ○ | 脂肪族炭化水素には比較的安定である |
| 鉱物油 | 15～17 | ○ | 耐油性は比較的良好である |
| ガソリン | 14～15 | △ | 長期接触では膨潤する場合がある |
※耐溶剤性評価は、塩素化ポリエチレン（CPE）のSP値中央値（約18.7 MPa1/2）を基準として推定した参考値である。
◎：非常に良好 ○：概ね良好 △：注意が必要 ×：不適
特にトルエン、キシレン、クロロホルム、THF、MEK、酢酸エチルなど、SP値がCPEに近い溶剤では膨潤・軟化・溶解を起こしやすいため注意が必要である。
実務上の注意
- SP値は溶解性予測の入口であり、耐久性評価そのものではない
- 架橋樹脂やゴムでは溶解ではなく膨潤として現れる場合が多い
- 結晶性樹脂では温度上昇により急に膨潤・溶解しやすくなる場合がある
- 応力下ではSP値差が大きい溶剤でもクラックが起こる場合がある
製法
ポリエチレンを塩素化して製造する。基本反応：−CH2−CH2− + Cl2 → −CH2−CHCl− + HCl。 実用材料では、重合後に安定剤、可塑剤、架橋剤、充填材、ガラス繊維、炭素繊維、難燃剤、顔料などを配合して、用途別の物性に調整する。
| 工程 | 内容 | 備考 |
|---|---|---|
| 基本反応 | ポリエチレンを塩素化して製造する。基本反応：−CH2−CH2− + Cl2 → −CH2−CHCl− + HCl | 代表的な合成・製造経路である |
| 改質・共重合 | 柔軟性、耐熱性、耐薬品性、透明性を調整する | 用途別グレード |
| コンパウンド | 充填材、安定剤、難燃剤、着色剤を配合する | 成形材料 |
| 成形・硬化 | 熱可塑成形、加硫、架橋、注型、含浸、硬化を行う | 最終製品 |
詳細な利用用途
電気・電子用途
- コネクタ
- 絶縁部品
- スイッチ部品
- 筐体
- 保護材
自動車・輸送用途
- シール材
- ホース
- 内外装部品
- 機構部品
- 耐候部品
包装・フィルム用途
- フィルム
- シート
- 容器
- ラミネート材
- シール層
工業・機械用途
- ギア
- 軸受
- 治具
- ライニング
- 複合材料部品
光学・医療・特殊用途
- レンズ
- 医療部材
- 透明部品
- コーティング
- 特殊機能材料
関連材料との比較
| 比較材料 | 違い | 選定ポイント |
|---|---|---|
| ポリアミド | ポリアミド系材料は耐摩耗性と靭性に優れる | 耐摩耗・機械部品では比較対象にする |
| ポリオキシメチレン | 低摩擦、寸法安定性、機構部品に強い | ギアや摺動部品で比較する |
| シクロオレフィン・コポリマー | 透明性、低吸水、低複屈折に優れる | 医療・光学用途で比較する |
| ポリビニリデンフルオライド | フッ素樹脂で耐薬品性と成形性のバランスが良い | 薬液配管や電池用途で比較する |
| ポリ乳酸 | バイオマス由来で透明性と剛性を持つ | 環境対応用途で比較する |
代表的なメーカー
| メーカー | 代表的な製品・商品名 | 備考 |
|---|---|---|
| Dow | 代表グレード・用途別材料 | 供給グレードはメーカー資料で確認する |
| 昭和電工系 | 代表グレード・用途別材料 | 供給グレードはメーカー資料で確認する |
| Weifang Yaxing | 代表グレード・用途別材料 | 供給グレードはメーカー資料で確認する |
| Sundow | 代表グレード・用途別材料 | 供給グレードはメーカー資料で確認する |
| 山東系メーカー | 代表グレード・用途別材料 | 供給グレードはメーカー資料で確認する |