ビスマレイミド樹脂

概要

項目	内容
材料名	ビスマレイミド樹脂
略記号	BMI
IUPAC	代表例：1,1′-(methylenedi-4,1-phenylene)bis(1H-pyrrole-2,5-dione)
英語名	Bismaleimide Resin / BMI Resin
日本語名	ビスマレイミド樹脂、ビスマレイミド系樹脂、BMI樹脂、マレイミド系熱硬化性樹脂
分類	熱硬化性樹脂、耐熱性樹脂、イミド系樹脂、複合材料用マトリックス樹脂
プラスチック分類	スーパーエンプラ相当の高耐熱熱硬化性樹脂
化学式または代表構造	代表モノマー：C₂₁H₁₄N₂O₄（4,4′-ビスマレイミドジフェニルメタンの例）
CAS No.	代表例：13676-54-5（4,4′-ビスマレイミドジフェニルメタン）。ただし、ビスマレイミド樹脂は組成によりCAS No.が異なる。
構造・主成分	分子内に2個以上のマレイミド基を持つモノマーまたはオリゴマーを、付加重合・共重合・変性して得られる架橋性樹脂である。
主な用途	航空宇宙用CFRP、耐熱プリプレグ、電子基板、半導体周辺材料、耐熱接着剤、耐熱ワニス、摩擦材、耐熱成形材料など

ビスマレイミド樹脂（BMI）は、マレイミド基の反応性を利用して三次元架橋構造を形成する高耐熱性の熱硬化性樹脂である。一般に、エポキシ樹脂よりも高い耐熱性を持ち、ポリイミド樹脂よりも成形加工性を確保しやすい材料として扱われる。

主用途は、航空宇宙、自動車、電気・電子、半導体、耐熱接着剤、耐熱複合材料である。特に炭素繊維強化プラスチック（CFRP）のマトリックス樹脂として使用される場合があり、エポキシ系CFRPでは耐熱性が不足する用途で採用されることがある。

一方で、ビスマレイミド樹脂は硬化物が硬く脆くなりやすく、成形温度や硬化条件も高めである。実使用では、樹脂単体ではなく、アリル化合物、シアネートエステル、エポキシ樹脂、ゴム成分、熱可塑性樹脂、ガラス繊維、炭素繊維などで変性・複合化されることが多い。

特徴

項目	内容
長所	耐熱性、耐酸化性、電気絶縁性、耐薬品性、寸法安定性、低クリープ性に優れる。
短所	硬化物が脆くなりやすい。成形温度が高く、硬化条件の管理が必要である。グレードにより溶剤溶解性やタック性に差が大きい。
外観	モノマーは白色から淡黄色の粉末または結晶状が多い。ワニスや変性樹脂では淡黄色から褐色の液状・固形状となる。
耐熱性	一般にガラス転移温度は250〜320℃程度が目安であり、変性系や複合材ではさらに高耐熱設計される場合がある。
耐薬品性	硬化後は炭化水素、油類、燃料類、弱酸、低濃度薬品に比較的安定である。ただし、強アルカリ、高温水蒸気、強酸、極性溶剤では条件により劣化する。
加工性	単体モノマーは融点が高く、脆性もあるため、通常はワニス、プリプレグ、コンパウンド、変性樹脂として加工される。
分類上の注意	ビスマレイミド樹脂は熱硬化性樹脂であり、PEEK、PPS、LCPなどの熱可塑性スーパーエンプラとは成形方式が異なる。

代表グレード

グレード区分	特徴	主な用途
汎用BMI	芳香族ビスマレイミドを主成分とする標準的な耐熱熱硬化性樹脂である。	耐熱成形材料、耐熱ワニス、接着剤
耐熱グレード	高Tg、高架橋密度、低熱膨張を狙った設計である。	航空宇宙、エンジン周辺、耐熱構造部材
難燃グレード	芳香族骨格やイミド構造により難燃性を得やすい。必要に応じて難燃助剤を併用する。	電子材料、基板、絶縁部材
GF強化グレード	ガラス繊維により剛性、寸法安定性、耐熱変形性を高めた材料である。	電気部品、耐熱機械部品、絶縁部品
CF強化グレード	炭素繊維により高比強度、高比剛性、低熱膨張を狙った材料である。	航空宇宙CFRP、構造部材、耐熱複合材料
摺動グレード	黒鉛、PTFE、二硫化モリブデンなどを配合し、摩擦摩耗特性を調整する場合がある。	軸受、摺動部品、摩擦材
食品接触対応グレード	一般的な食品接触用途では採用例は限定的である。適合性は個別グレードの規格確認が必要である。	特殊耐熱治具、食品機械周辺の非接液部材など

構造式

ビスマレイミド樹脂は、分子内に2個以上のマレイミド基を持つ化合物を主成分とする。代表例として、4,4′-ビスマレイミドジフェニルメタンは、ジフェニルメタン骨格の両末端にマレイミド基を有する。

項目	内容
化学式の画像	画像タグは使用しない。構造は下記のHTMLテキストで表記する。
代表的な構造単位	Maleimide-Ar-Maleimide、または Maleimide-R-Maleimide
代表構造の表記	O=C-N(-Ar-CH₂-Ar-N)-C=O を含むマレイミド環構造
モノマーまたは構成単位	ビスマレイミドモノマー、芳香族ジアミン、無水マレイン酸、アリル化合物、シアネートエステル、エポキシ樹脂など
共重合体・変性グレード	BMI-アリル系、BMI-シアネートエステル系、BMI-エポキシ系、BMI-トリアジン系、ゴム変性BMI、熱可塑性樹脂変性BMIなどがある。

基本反応は、マレイミド基の二重結合が加熱により付加重合し、架橋構造を形成する反応である。アリル化合物を併用する場合は、マレイミド基とアリル基のエン反応、Diels-Alder型反応、ラジカル付加反応などが複合的に進行する。

種類

種類の名称	主成分または特徴	長所	短所	主な用途
芳香族BMI樹脂	芳香族ビスマレイミドを主成分とする標準タイプ	耐熱性、剛性、電気特性に優れる。	脆性が出やすく、溶融粘度が高い場合がある。	耐熱成形材料、CFRP、ワニス
脂肪族BMI樹脂	脂肪族または脂環式骨格を含むBMI	淡色性、低融点、柔軟性を付与しやすい。	芳香族系に比べて耐熱性が下がる場合がある。	光学材料、添加剤、改質剤
BMI-アリル系樹脂	BMIとジアリルビスフェノールAなどを組み合わせた系	加工性、靭性、プリプレグ性を改善しやすい。	硬化条件の最適化が必要である。	航空機用プリプレグ、耐熱積層材
BMI-シアネートエステル系樹脂	BMIとシアネートエステルを組み合わせた高耐熱・低誘電系	低誘電、低吸湿、高耐熱を狙いやすい。	材料価格が高く、硬化管理が必要である。	高速通信基板、半導体、電子材料
BMI-エポキシ変性樹脂	BMIにエポキシ樹脂を併用した変性系	接着性、加工性、靭性を調整しやすい。	耐熱性は純BMI系より低下する場合がある。	接着剤、封止材、積層板
ゴム・熱可塑性樹脂変性BMI	ゴム成分、PES、PEI、ポリイミドなどで靭性を改善	耐衝撃性、破壊靭性、耐クラック性を改善しやすい。	粘度上昇、成形性低下、耐熱性低下に注意が必要である。	高信頼性複合材料、構造接着剤

成形加工

成形加工法	適正	内容
射出成形	△	熱硬化性コンパウンドとして対応する場合がある。一般的な熱可塑性樹脂の射出成形とは条件が異なる。
押出成形	×	熱硬化性樹脂であるため、連続押出による汎用成形には適さない。
ブロー成形	×	熱可塑性樹脂のようなパリソン成形には適さない。
圧縮成形	○	プリフォーム、粉末、SMC、BMC、繊維強化材料で使用される場合がある。
真空成形	×	熱可塑性シートのような二次成形には基本的に適さない。
オートクレーブ成形	◎	CFRPプリプレグの硬化成形に適する。航空宇宙用途で用いられることがある。
RTM・VaRTM	○	低粘度設計された樹脂では適用される場合がある。ポットライフと含浸性の確認が必要である。
積層プレス成形	◎	銅張積層板、耐熱基板、複合材料板に適する。
注型	△	低粘度タイプでは可能であるが、硬化収縮、発熱、ボイド管理が必要である。
切削加工	○	硬化後の板材、積層材、複合材は切削可能である。繊維強化材では工具摩耗と層間剥離に注意する。

成形条件の目安

項目	代表条件	備考
乾燥温度	80〜120℃	粉末、プリプレグ、コンパウンドの吸湿状態により異なる。
予備加熱温度	100〜160℃	粘度低下と含浸性改善を目的に行う場合がある。
硬化温度	170〜230℃	グレードにより段階硬化を行う。
後硬化温度	230〜280℃	高Tg化、残存反応基の低減、耐熱性向上を目的とする。
金型温度	160〜220℃	圧縮成形、トランスファー成形、積層プレスでの目安である。
シリンダー温度	120〜180℃	熱硬化性射出成形用コンパウンドの場合の目安であり、ゲル化に注意する。
成形収縮率	0.1〜0.8％	樹脂単体、GF、CF、充填材量、繊維配向により大きく変化する。
注意点	ポットライフ、ゲルタイム、発熱、ボイド	厚肉品では内部発熱と未硬化部に注意する。

代表的な物性値又は機械的性質

項目	単位	未強化BMI硬化物	GF強化BMI	CF強化BMI	備考
密度・比重	g/cm³	1.25〜1.35	1.6〜1.9	1.45〜1.65	充填材、繊維量により変化する。
引張強さ	MPa	60〜100	150〜400	500〜1,500	複合材は繊維方向で大きく変化する。
伸び	％	1〜3	0.5〜2	0.5〜1.5	未変性品は脆性が出やすい。
曲げ弾性率	GPa	3〜5	10〜30	30〜140	CF複合材は積層構成に強く依存する。
アイゾット衝撃強さ	J/m	20〜60	40〜150	積層構成による	靭性改良グレードでは高くなる。
荷重たわみ温度	℃	250〜320	260〜330	260〜350	荷重、後硬化条件により変化する。
ガラス転移温度	℃	250〜320	250〜330	250〜350	DMA、DSCなど測定法で差が出る。
融点	℃	該当なし	該当なし	該当なし	硬化後は三次元架橋構造であり、明確な融点を持たない。
連続使用温度	℃	200〜250	220〜260	220〜280	空気中、荷重、酸化環境、使用時間により判断する。
吸水率	％	0.5〜1.5	0.3〜1.0	0.3〜1.0	エポキシ系より低吸湿に設計される場合があるが、組成により異なる。
体積抵抗率	Ω・cm	10¹⁴〜10¹⁶	10¹³〜10¹⁵	炭素繊維方向は導電性	CF強化材は電気絶縁材としては扱いに注意する。
線膨張係数	×10^-5/K	4〜7	1〜3	0〜2	繊維方向、積層構成に依存する。
酸素指数	％	30〜40	30〜45	30〜45	難燃設計により変化する。
UL94	等級	V-0相当の設計例あり	V-0相当の設計例あり	用途別確認	必ず個別グレードの認証値を確認する。

上記は代表値であり、保証値ではない。ビスマレイミド樹脂は、モノマー構造、変性成分、硬化条件、後硬化条件、繊維量、積層構成により物性が大きく変化する。設計時は、実際のグレード、温度、荷重、応力、使用時間、湿度、薬品接触条件を確認する必要がある。

耐薬品性

薬品分類	代表薬品	評価	備考
酸類	塩酸、希硫酸、酢酸	○	低濃度・常温では比較的安定である。強酸、高温、長時間では劣化に注意する。
強酸	濃硫酸、硝酸、クロム酸	△〜×	酸化性酸では樹脂劣化、表面荒れ、強度低下の可能性がある。
アルカリ類	NaOH、KOH、水酸化ナトリウム水溶液	△	イミド結合は強アルカリや高温水で加水分解を受ける場合がある。
低級アルコール類	メタノール、エタノール、IPA	○	硬化後は短時間接触では比較的安定である。未硬化・半硬化状態では膨潤に注意する。
高級アルコール類	グリセリン、MMB、ブチルカルビトール	○〜△	高温条件では浸透、膨潤、可塑化に注意する。
芳香族炭化水素類	トルエン、キシレン、エチルベンゼン	○	硬化物は比較的安定であるが、長時間浸漬では膨潤確認が必要である。
脂肪族炭化水素類	ヘキサン、ヘプタン、ミネラルスピリット	◎	一般に膨潤しにくい。
ケトン	アセトン、MEK、MIBK	△	未硬化樹脂や低架橋品では膨潤・軟化に注意する。
エステル	酢酸エチル、酢酸ブチル	△	グレードにより膨潤する場合がある。
塩素系溶剤	ジクロロメタン、クロロホルム、トリクロロエチレン	△〜×	膨潤、浸透、応力割れに注意する。
水・温水	水、温水、蒸気	○〜△	常温水では比較的安定である。高温水、蒸気、長時間では加水分解に注意する。
油	潤滑油、作動油、鉱物油	◎〜○	一般に耐油性は良好である。添加剤入り油では確認が必要である。
燃料	ガソリン、ジェット燃料、軽油	○	航空宇宙・自動車用途では個別規格で確認する。

SP値（溶解度パラメータ）

項目	内容
代表的なSP値	26〜28 MPa^1/2 程度
注意	硬化後のビスマレイミド樹脂は三次元架橋構造であり、通常の熱可塑性樹脂のように単純な溶解挙動を示さない。SP値は膨潤・浸透傾向の目安である。

溶解性の目安

SP値差	溶解・膨潤の目安	判定
0〜2	膨潤・軟化しやすい	×
2〜5	条件により膨潤する	△
5〜8	短時間接触では比較的安定	○
8以上	溶解・膨潤しにくい	◎

SP値から見た耐溶剤性

薬品名	SP値 MPa^1/2	BMIとの差	評価	備考
水	47.9	約20〜22	○〜△	SP値差は大きいが、高温水や蒸気では加水分解を考慮する。
エタノール	26.0	約0〜2	○〜△	SP値は近いが、硬化物では直ちに溶解しにくい。長時間浸漬は確認する。
IPA	23.5	約3〜5	○〜△	短時間洗浄では比較的使用されるが、応力下では確認が必要である。
アセトン	20.1	約6〜8	△	未硬化樹脂、半硬化樹脂、低架橋グレードでは膨潤に注意する。
MEK	19.0	約7〜9	△	長時間接触では膨潤・表面変化を確認する。
酢酸エチル	18.6	約8〜10	△〜○	溶剤浸透、残留応力、温度条件に注意する。
トルエン	18.2	約8〜10	○	硬化物では比較的安定であるが、長時間浸漬では確認する。
キシレン	18.0	約8〜10	○	高温条件では膨潤確認が必要である。
n-ヘキサン	14.9	約11〜13	◎	一般に膨潤しにくい。
ジクロロメタン	20.2	約6〜8	△〜×	塩素系溶剤は膨潤・浸透性が高い場合がある。

SP値による評価は、樹脂と溶剤の親和性を推定するための目安である。実際の耐薬品性は、硬化度、架橋密度、結晶性の有無、繊維・充填材、温度、応力、薬品濃度、接触時間、溶剤混合比により変化するため、最終判断には浸漬試験、重量変化、寸法変化、外観、機械強度保持率を確認する必要がある。

製法

工程	内容
原料	無水マレイン酸、芳香族ジアミン、脂肪族ジアミン、溶媒、脱水剤、触媒、変性成分などを使用する。
モノマー合成	ジアミンと無水マレイン酸を反応させてビスマレアミック酸を形成し、脱水環化によりビスマレイミドモノマーを得る。
重合方法	マレイミド基の付加重合、ラジカル反応、アリル化合物との共反応、シアネートエステルとの共硬化などにより架橋構造を形成する。
ペレット化・コンパウンド	粉末樹脂、溶液ワニス、プリプレグ、BMC、SMC、成形用コンパウンドとして供給されることがある。
添加剤	硬化促進剤、反応性希釈剤、靭性改良剤、難燃剤、酸化防止剤、離型剤、顔料、フィラーなどを使用する場合がある。
充填材・強化材	ガラス繊維、炭素繊維、シリカ、アルミナ、窒化ホウ素、黒鉛、PTFE、マイカなどが使用される。
硬化工程	加熱によりゲル化、架橋、後硬化を行う。高耐熱化には十分な後硬化が重要である。

代表的な反応式

ジアミンと無水マレイン酸からビスマレイミドを得る基本反応は、概略的に以下のように表される。

H₂N-R-NH₂ + 2 無水マレイン酸 → HOOC-CH=CH-CO-NH-R-NH-CO-CH=CH-COOH → Maleimide-R-Maleimide + 2 H₂O

硬化反応では、Maleimide-R-Maleimide の C=C 結合が加熱により付加重合し、三次元架橋構造を形成する。実際の製法では、溶媒、触媒、脱水剤、反応温度、精製条件によりモノマー純度や融点、溶解性が変化する。

詳細な利用用途

用途分野	主な使用例	選定理由	注意点
自動車	エンジン周辺部品、耐熱接着剤、摩擦材、モータ周辺絶縁材	耐熱性、耐油性、寸法安定性	熱サイクル、振動、油添加剤との相性を確認する。
電気・電子	高耐熱基板、銅張積層板、絶縁ワニス、電子材料用樹脂	耐熱性、低誘電設計、絶縁性、難燃性	誘電率、誘電正接、吸湿後特性を確認する。
航空宇宙	CFRPプリプレグ、耐熱構造材、航空機部材、宇宙機器部材	エポキシ系より高い耐熱性、高比強度、低熱膨張	破壊靭性、層間せん断強度、熱酸化劣化を確認する。
機械部品	耐熱治具、摺動部品、軸受、ギア、絶縁部品	高温剛性、耐摩耗性、寸法安定性	脆性、切削割れ、摩耗粉の発生に注意する。
医療	特殊耐熱治具、検査装置部品	耐熱性、寸法安定性	体内埋植や直接医療接触用途では個別認証が必要である。
食品機械	耐熱治具、断熱部品、非接液部品	耐熱性、耐油性	食品接触用途では食品衛生法、FDAなどの適合性を確認する。
建築・設備	耐熱絶縁部材、特殊複合材、難燃部材	耐熱性、難燃性、寸法安定性	コストが高いため、一般建材用途では限定的である。
半導体・通信	低誘電材料、封止周辺材料、パッケージ基板、5G・高速通信関連材料	低誘電正接、高Tg、低吸湿設計が可能	アウトガス、イオン性不純物、反り、熱膨張差を確認する。

比較材料	特徴	ビスマレイミド樹脂との違い
エポキシ樹脂	接着性、成形性、コストバランスに優れる熱硬化性樹脂である。	BMIの方が一般に耐熱性は高いが、エポキシの方が靭性、接着性、加工性に優れる場合が多い。
ポリイミド樹脂	非常に高い耐熱性を持つイミド系樹脂である。	BMIはポリイミドに近い耐熱領域を狙いつつ、複合材料用マトリックスとして加工性を確保しやすい。
シアネートエステル樹脂	低誘電、低吸湿、高耐熱に優れる熱硬化性樹脂である。	BMIと併用してBMI-シアネート系にすることで、耐熱性と電気特性を調整する場合がある。
フェノール樹脂	耐熱性、難燃性、寸法安定性に優れる古典的な熱硬化性樹脂である。	BMIの方が高性能複合材料や電子材料に向くが、フェノール樹脂はコストと難燃性に優れる。
PEEK	高耐熱・高強度の熱可塑性スーパーエンプラである。	PEEKは溶融成形できる熱可塑性樹脂であり、BMIは硬化反応で成形する熱硬化性樹脂である。
PPS	耐薬品性、耐熱性、寸法安定性に優れる熱可塑性樹脂である。	PPSは量産射出成形に向く。BMIはより高耐熱の複合材料や熱硬化用途に向く。
LCP	低吸湿、低反り、薄肉流動性に優れる熱可塑性液晶ポリマーである。	LCPは精密射出成形品に向き、BMIは高耐熱積層材・複合材に向く。
[[BT樹脂]]	ビスマレイミドとトリアジン系成分を含む電子材料用樹脂である。	BT樹脂はBMIの関連材料であり、半導体パッケージ基板や高耐熱積層板で使用される。

代表的なメーカー

メーカー	代表製品・ブランド	概要
ケイ・アイ化成株式会社	ビスマレイミド類	ビスマレイミド化合物を取り扱う国内メーカーであり、電子材料、機能性材料用途で検討される。
川口化学工業株式会社	ビスマレイミド化合物	ゴム薬品、樹脂添加剤、機能性化学品分野でビスマレイミド化合物を扱う。
大和化成工業株式会社	ビスマレイミド群	積層板、耐熱成形材料、耐熱ワニスなどの原料用途向けビスマレイミド化合物を扱う。
日本化薬株式会社	マレイミド樹脂 MIRシリーズなど	電子材料向けに低誘電、靭性、難燃性を意識したマレイミド系樹脂を展開している。
ハイケム株式会社	HMIシリーズ、HRポリマーなど	ビスマレイミドモノマーやビスマレイミド・シアネート系材料を扱う。
東京化成工業株式会社	ビスマレイミドモノマー	研究開発用試薬として各種ビスマレイミドモノマーを販売している。
Hexcel Corporation	BMI系プリプレグ・複合材料	航空宇宙向け複合材料メーカーであり、BMI系マトリックスを用いたプリプレグが代表例として知られる。
Designer Molecules Inc.	BMI-689Mなど	特殊熱硬化性樹脂、変性ビスマレイミド樹脂、電子材料向け樹脂を扱う。

法規制・規格上の注意

項目	確認内容	注意点
RoHS	鉛、水銀、カドミウム、六価クロム、PBB、PBDE、フタル酸エステル類など	樹脂単体ではなく、添加剤、顔料、難燃剤、充填材を含めて確認する。
REACH	SVHC、登録物質、制限物質	輸出用途では最新のSVHCリストとSDSを確認する。
食品衛生	食品衛生法、ポジティブリスト、移行試験	一般的な食品接触用途では採用例が限定的であり、個別グレード確認が必要である。
FDA	食品接触材料、医療周辺用途	FDA適合は材料名ではなく、グレード、用途、接触条件で確認する。
医療用途	ISO 10993、生体適合性、滅菌耐性	体内埋植や血液接触用途では、通常の工業グレードをそのまま使用しない。
難燃性	UL94、酸素指数、発煙性	V-0相当設計の例はあるが、認証は個別製品ごとに確認する。
航空宇宙規格	材料仕様、プリプレグ仕様、燃焼・発煙・毒性試験	航空機用途では材料ロット、硬化条件、トレーサビリティ管理が必要である。

用途別選定の目安

用途	推奨される材料形態	確認すべき特性
ギア	GF強化、摺動フィラー配合成形材	曲げ疲労、摩耗、寸法安定性、相手材攻撃性
軸受	摺動フィラー配合BMI、複合材	摩擦係数、PV値、潤滑油適性、摩耗粉
チューブ	通常は不向き	熱硬化性であり、連続押出チューブには適しにくい。代替としてPTFE、PFA、PEEKを検討する。
筐体	耐熱成形材料、積層板	難燃性、寸法安定性、加工性、コスト
フィルム	通常は不向き	フィルム用途ではポリイミドフィルムが比較対象となる。
コネクタ	高耐熱成形材料、電子材料用BMI変性樹脂	リフロー耐熱、低吸湿、難燃性、電気特性
航空機部材	CF強化BMIプリプレグ	耐熱性、層間靭性、疲労、熱酸化劣化、認証
基板材料	BMI-シアネート系、BT系、低誘電BMI	誘電率、誘電正接、吸湿、銅箔接着性、耐リフロー性

注意点

ビスマレイミド樹脂は熱硬化性であり、硬化後は再溶融できない。
未変性の芳香族BMI硬化物は脆くなりやすく、衝撃用途では靭性改良グレードを選定する必要がある。
高温水、蒸気、強アルカリ条件ではイミド構造の加水分解に注意する。
硬化不足では耐熱性、耐薬品性、電気特性が低下するため、後硬化条件を確認する。
厚肉成形では硬化発熱、内部ボイド、残留応力、クラックに注意する。
炭素繊維強化材は導電性を示すため、絶縁設計ではガラス繊維強化材や絶縁フィラーを検討する。
電子材料用途では、アウトガス、イオン性不純物、吸湿、銅密着性、誘電特性を確認する。
航空宇宙用途では、材料仕様、硬化サイクル、保管条件、トレーサビリティを管理する必要がある。
食品接触、医療、飲料水用途では、材料名だけで判断せず、個別グレードの法規適合性を確認する。