概要
| 材料名 | フェノール樹脂 |
|---|---|
| 略記号 | PF |
| 英語名 | Phenol Formaldehyde Resin |
| 分類 | 熱硬化性樹脂、フェノール系樹脂 |
| 構造・主成分 | フェノールとホルムアルデヒドの縮合硬化物 |
| 主な用途 | 電気部品、積層板、ブレーキ材、接着剤、耐熱部品 |
フェノール樹脂は、フェノールとホルムアルデヒドの縮合硬化物である。耐熱性、難燃性、電気絶縁性、寸法安定性、耐薬品性が良い。
材料選定では、脆く、成形後の再溶融不可、暗色系になりやすい。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、難燃性、電気絶縁性、寸法安定性、耐薬品性が良い
- 脆く、成形後の再溶融不可、暗色系になりやすい
- 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、難燃性、電気絶縁性、寸法安定性、耐薬品性が良い
- 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
- 脆く、成形後の再溶融不可、暗色系になりやすい
- 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
フェノール樹脂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
| 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
フェノール核がメチレン結合で架橋した三次元網目構造。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 | 標準フェノール樹脂 |
|---|---|
| 構成 | フェノールとホルムアルデヒドの縮合硬化物 |
| 特徴 | 耐熱性、難燃性、電気絶縁性、寸法安定性、耐薬品性が良い |
| 主な用途 | 電気部品、積層板、ブレーキ材、接着剤、耐熱部品 |
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・改質フェノール樹脂 |
|---|---|
| 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
| 項目 | 単位 | 標準PF | GF強化PF | 布基材積層PF | 紙基材積層PF |
|---|---|---|---|---|---|
| 比重 | なし | 1.25〜1.40 | 1.60〜2.00 | 1.30〜1.45 | 1.25〜1.40 |
| 引張強さ | MPa | 35〜70 | 70〜130 | 60〜100 | 40〜80 |
| 曲げ強さ | MPa | 70〜120 | 120〜250 | 100〜180 | 80〜140 |
| 圧縮強さ | MPa | 120〜250 | 180〜350 | 150〜300 | 130〜250 |
| 曲げ弾性率 | GPa | 5〜12 | 10〜25 | 8〜18 | 6〜12 |
| アイゾット衝撃強さ ノッチ付き | kJ/m2 | 1〜3 | 3〜10 | 4〜12 | 2〜6 |
| ロックウェル硬さ | なし | M100〜M120 | M105〜M125 | M100〜M120 | M95〜M115 |
| 荷重たわみ温度 | ℃ | 150〜220 | 180〜260 | 150〜220 | 140〜200 |
| 連続使用温度 | ℃ | 120〜180 | 150〜250 | 120〜180 | 100〜150 |
| 熱伝導率 | W/m・K | 0.2〜0.4 | 0.3〜0.8 | 0.25〜0.5 | 0.2〜0.4 |
| 線膨張係数 | ×10-5/K | 2〜5 | 1〜3 | 1.5〜4 | 2〜5 |
| 吸水率 | % | 0.2〜1.5 | 0.1〜0.8 | 0.5〜2.0 | 1.0〜3.0 |
| 体積固有抵抗 | Ω・cm | 1011〜1015 | 1010〜1014 | 1010〜1014 | 109〜1013 |
| 絶縁破壊強さ | kV/mm | 8〜20 | 6〜18 | 8〜16 | 6〜15 |
| 耐アーク性 | 秒 | 60〜180 | 60〜180 | 60〜180 | 60〜180 |
| 難燃性 | UL94 | V-0相当 | V-0相当 | V-0相当 | V-0相当 |
| 耐候性 | なし | △〜○ | △〜○ | △ | △ |
| 耐薬品性 | なし | ○〜◎ | ○〜◎ | ○ | ○ |
| 透明性 | なし | 不透明 | 不透明 | 不透明 | 不透明 |
耐薬品性
酸・溶剤に比較的強い。強アルカリには注意。
| 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）
フェノール樹脂の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 |
|---|---|---|
| ノボラック型フェノール樹脂 | 約22〜25 MPa1/2 | 熱可塑性プレポリマーであり、ヘキサミン硬化により三次元架橋構造を形成する |
| レゾール型フェノール樹脂 | 約23〜27 MPa1/2 | 自己硬化性を持ち、耐熱性と耐炭化性に優れる |
| 硬化後フェノール樹脂 | 実質的に不溶 | 熱硬化後は三次元架橋構造となり、通常溶剤では溶解しない |
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
| 溶媒・薬品 | SP値（δ） MPa1/2 | 耐性 | 備考 |
|---|---|---|---|
| 水 | 47.9 | ◎ | 硬化後は比較的安定である |
| 熱水 | 47.9 | ○ | 長期では吸水や劣化が起こる場合がある |
| エタノール | 26.0 | ◎ | 一般的には安定である |
| IPA | 23.5 | ◎ | アルコール系には比較的強い |
| メタノール | 29.7 | ◎ | 短期では安定である |
| アセトン | 19.9 | ○ | 硬化品は比較的耐性が高い |
| MEK | 19.0 | ○ | 長期では膨潤する場合がある |
| 酢酸エチル | 18.6 | ○ | 架橋度により差がある |
| THF | 18.5 | △ | 未硬化分があると膨潤する場合がある |
| クロロホルム | 19.0 | △ | 長時間では膨潤する場合がある |
| ジクロロメタン | 20.2 | △ | 一部グレードでは影響を受ける |
| トルエン | 18.2 | ○ | 芳香族溶剤には比較的強い |
| キシレン | 18.0 | ○ | 一般的には安定である |
| ヘキサン | 14.9 | ◎ | 脂肪族炭化水素には強い |
| ガソリン | 15〜18程度 | ◎ | 耐油用途でも使用される |
| 鉱物油 | 15〜17程度 | ◎ | 耐油性は高い |
| フェノール | 24〜25 | × | フェノール類は樹脂を侵す場合がある |
| 希酸 | – | ◎ | 一般的には安定である |
| 濃硫酸 | 高極性 | △〜× | 高温では分解の可能性がある |
| 弱アルカリ | – | ○ | 短期では比較的安定である |
| 強アルカリ | – | × | フェノール性OHが影響を受け劣化する |
| 次亜塩素酸ナトリウム | – | △ | 酸化劣化に注意が必要である |
| 過酸化水素 | – | △ | 高濃度では酸化劣化する場合がある |
◎：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
ノボラック又はレゾールを合成し、加熱硬化する。
- 製法には、レゾール（1段法又は湿式法）からのものと、ノボラック（2段法又は乾式法）からのものの2種類がある。
- 1段法ではレゾールのアルコール液に木粉やその他の添加剤を加えて、加熱乾燥後に粉砕し、ベークライトB状態の成形粉とする。
- 成形粉の大半は、2段法によって製造されており、レゾール型のものは、積層用、含浸用、注型用などに用いられる。
- 2段法で反応させ、ノボラックを得て減圧脱水し、ボールミルで粉砕、これには硬化剤（ヘキサメチレンテトラミンなど）、滑剤（ステアリン酸カルシウムなど）、木粉、パルプ粉、ガラス繊維、マイカなどの充填剤、可塑剤、染料、顔料などを加えてブレンダーやニーダー、バンバリーミキサーなどで混合して、ハンマーミル、クラッシャーなどで粉砕して製品とする。
上：レゾール型（立体構造）、下：ノボラック型（直線構造）
詳細な利用用途
代表用途
- 電気部品
- 積層板
- ブレーキ材
- 接着剤
- 耐熱部品
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 |
|---|---|---|
| 住友ベークライト | 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 |
| DIC | 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 |
| Hexion | 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 |
| Prefere | 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 |