テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体

概要

項目内容
材料名テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体
略記号ETFE
IUPACpoly(ethene-co-1,1,2,2-tetrafluoroethene)
英語名Ethylene Tetrafluoroethylene Copolymer / Ethylene-Tetrafluoroethylene Copolymer
日本語名エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン-四フッ化エチレン共重合体、ETFE樹脂、ETFEフィルム
分類熱可塑性フッ素樹脂
プラスチック分類高機能プラスチック、スーパーエンプラ系材料、フッ素樹脂
化学式または代表構造－[－CH2－CH2－CF2－CF2－]－n
CAS No.25038-71-5
構造・主成分テトラフルオロエチレンとエチレンを主構成単位とする半結晶性の共重合体である。
主な用途電線被覆、チューブ、フィルム、薬液配管ライニング、燃料チューブ、半導体・化学設備部材、建築用膜材などである。

テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体は、一般にETFEと略記される熱可塑性フッ素樹脂である。テトラフルオロエチレン由来のフッ素原子を含む構造と、エチレン由来の炭化水素構造を併せ持つため、耐薬品性、電気特性、耐候性、機械的強度、成形加工性のバランスに優れる材料である。

ETFEは、ポリテトラフルオロエチレン、PFA、FEPなどのフッ素樹脂と同系統の材料であるが、溶融成形がしやすく、機械的強度や耐摩耗性に優れる点に特徴がある。耐薬品性は一般の樹脂に比べて非常に高いが、フッ素樹脂の中ではPTFEやPFAと同一ではなく、使用温度、薬品濃度、応力、接触時間による確認が必要である。

透明性を活かしたフィルム用途、耐薬品性を活かしたライニング用途、電気絶縁性を活かした電線被覆用途で広く使用される。特に、薬液、燃料、屋外環境、高温環境など、一般的な熱可塑性樹脂では耐久性が不足しやすい条件で採用されることが多い。

特徴

長所
  • フッ素樹脂として高い耐薬品性を有する。
  • 耐候性、耐紫外線性に優れ、屋外用途に適する。
  • 電気絶縁性が高く、誘電率が低い。
  • PTFEに比べて溶融成形しやすく、射出成形、押出成形、ブロー成形、フィルム成形が可能である。
  • 耐衝撃性、耐摩耗性、耐屈曲性に優れる。
  • 比較的低い吸水率を示し、寸法安定性に優れる。
  • 透明から半透明の成形品やフィルムを得やすい。
短所
  • 一般的な汎用樹脂や多くのエンプラに比べて材料価格が高い。
  • 高温下では荷重たわみやクリープに注意が必要である。
  • 融点が高く、成形には耐食性を持つ成形機、金型、適切な温度管理が必要である。
  • 強い応力下や高温薬液中では、グレードにより応力割れ、膨潤、透過の確認が必要である。
  • 接着性、印刷性は一般樹脂に比べて低く、表面処理を要する場合がある。
  • 高温で分解した場合、有害な分解ガスが発生するおそれがあるため、過熱管理が必要である。
外観

ETFEは、一般に白色から半透明、または透明に近い外観を示す。ペレットは半透明の粒状で供給されることが多く、フィルムでは高い光線透過性を示す。着色グレード、導電グレード、カーボン充填グレードでは外観が黒色または不透明になる。

耐熱性

ETFEの融点は代表的に約250～270℃程度であり、連続使用温度は一般に150℃前後を目安とする。短時間ではより高温側で使用される場合もあるが、荷重、応力、薬品、使用時間により許容温度は変わる。低温特性にも優れ、低温環境での電気絶縁部材、チューブ、フィルムにも使用される。

耐薬品性

ETFEは酸、アルカリ、アルコール、炭化水素、油類に対して一般に優れた耐性を示す。多くの有機溶剤にも耐えるが、強酸化性薬品、高温高濃度薬品、溶融アルカリ金属、フッ素ガス、三フッ化塩素などの特殊な反応性薬品には注意が必要である。実使用では薬品名だけでなく、温度、濃度、圧力、応力、接触時間、洗浄条件を確認する必要がある。

加工性

ETFEは溶融成形可能なフッ素樹脂であり、押出成形、射出成形、ブロー成形、フィルム成形、粉体塗装、ライニング加工などに用いられる。PTFEのような焼成成形だけに限定されず、一般的な熱可塑性樹脂に近い加工方法を適用できる点が大きな特徴である。ただし、成形温度は高く、滞留、分解、金属腐食に配慮した設備と条件設定が必要である。

分類上の注意

ETFEは、分類上は熱可塑性フッ素樹脂である。高耐熱性、高耐薬品性、高耐候性を備えるため、スーパーエンプラ系材料として扱われることもあるが、厳密にはPEEKやPPSなどの芳香族系スーパーエンプラとは化学構造が異なる。材料分類では「フッ素樹脂」「溶融成形可能なフッ素樹脂」「高機能熱可塑性樹脂」として整理すると分かりやすい。

構造式

化学式の表記

代表構造単位は、次のように表記できる。

プラスチック、ポリマー

－[－CH2－CH2－CF2－CF2－]－n

代表的な構造単位
項目内容
主鎖構造炭素主鎖を持つ半結晶性ポリマーである。
フッ素含有部位－CF2－CF2－構造を含み、耐薬品性、耐候性、電気特性に寄与する。
エチレン部位－CH2－CH2－構造を含み、機械的強度、成形加工性、耐屈曲性に寄与する。
結晶性半結晶性であり、グレード、分子量、共重合比、冷却条件により結晶化度が変わる。

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モノマーまたは構成単位
構成単位化学式役割
テトラフルオロエチレンCF2=CF2耐薬品性、耐候性、低誘電性、難燃性に寄与する。
エチレンCH2=CH2機械的強度、溶融流動性、成形加工性に寄与する。

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共重合体や変性グレード

ETFEは、テトラフルオロエチレンとエチレンを主成分とする共重合体である。一般グレードのほか、低融点グレード、高流動グレード、耐ストレスクラックグレード、粉体塗装用グレード、フィルム用グレード、導電グレード、カーボン繊維充填グレードなどが存在する。物性値はグレードにより異なるため、設計時にはメーカーの最新データシートを確認する必要がある。

種類

種類の名称主成分または特徴長所短所主な用途
一般射出成形用ETFE標準的な溶融流動性を持つペレットグレード機械的強度、耐薬品性、電気特性のバランスが良い。薄肉品では流動性の確認が必要である。電気部品、コネクタ、バルブ部品、機械部品
押出成形用ETFEチューブ、電線被覆、フィルム向けのグレード連続成形に適し、耐屈曲性と絶縁性に優れる。寸法精度は押出条件の影響を受ける。電線被覆、チューブ、ホース、フィルム
フィルム用ETFE透明性、耐候性、ヒートシール性を重視したグレード軽量で耐候性が高く、屋外膜材に適する。表面接着には処理が必要な場合がある。建築膜材、太陽電池部材、離型フィルム、保護フィルム
粉体塗装用ETFE静電粉体塗装、流動浸漬、回転成形用の粉体グレード金属基材に耐食性、非粘着性、耐薬品性を付与できる。膜厚、焼付条件、基材前処理の管理が必要である。反応槽、タンク、配管、ロール、薬液装置
導電性ETFEカーボンブラックなどを配合した導電グレード帯電防止、燃料透過対策、静電気対策に有効である。透明性や絶縁性は低下する。燃料チューブ、静電気対策部品、薬液搬送部材
カーボン繊維強化ETFEカーボン繊維を配合した強化グレード剛性、寸法安定性、耐摩耗性が向上する。伸び、透明性、絶縁性は低下しやすい。ポンプ部品、摺動部品、精密機械部品
低融点ETFE成形温度を下げた変性グレード加工温度を下げやすく、複合化や被覆成形に適する。耐熱性や機械特性は標準グレードと異なる場合がある。電線被覆、複合フィルム、薄肉成形品

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成形加工

加工方法適性内容注意点
射出成形◎コネクタ、バルブ、電気部品、機械部品に適する。高温成形、滞留、金型腐食、離型条件に注意する。
押出成形◎電線被覆、チューブ、フィルム、シートに適する。肉厚精度、冷却条件、結晶化、表面荒れを管理する。
ブロー成形○中空成形品、ボトル、薬液容器などに適用される場合がある。グレード選定とパリソン制御が必要である。
圧縮成形○板材、厚物、特殊形状品に用いられる場合がある。成形サイクルと内部ひずみに注意する。
真空成形○フィルム、シートを用いた成形に適用される。加熱温度、肉厚分布、表面処理を確認する。
切削加工○丸棒、板材、成形素材から精密部品を加工できる。熱変形、バリ、寸法変化、残留応力に注意する。
粉体塗装◎金属部品に耐食性、非粘着性、耐薬品性を付与できる。基材前処理、膜厚、ピンホール、焼付条件を管理する。
溶着・ヒートシール◎フィルム、シート、チューブの接合に用いられる。温度、圧力、時間、表面状態により接合強度が変わる。
接着△表面処理を行えば接着できる場合がある。未処理では接着しにくい。プライマーや表面改質が必要である。

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評価基準：◎適する、○概ね適する、△条件付きで適する、×一般には不適である。

代表的な物性値又は機械的性質

項目ETFE 標準グレードETFE フィルム代表値CF強化ETFE代表例単位備考
密度1.70～1.76約1.701.55～1.75g/cm3充填材、結晶化度、グレードにより変わる。
引張強さ40～55約4160～90MPa試験片、成形条件、温度により変わる。
伸び200～500約3005～50%強化グレードでは伸びが大きく低下する。
曲げ弾性率800～1,400約8304,000～8,000MPaCF、GF、無機充填材により大きく上昇する。
アイゾット衝撃強さ破断しないことが多い高い耐引裂性グレード依存J/mノッチ形状、板厚、低温条件で評価が変わる。
荷重たわみ温度70～105用途により異なる100～150℃荷重条件により数値が変わる。高荷重下では確認が必要である。
融点250～270260～280250～270℃低融点グレードでは240℃台になる場合がある。
ガラス転移温度約80～110約80～110約80～110℃測定法により幅がある。
連続使用温度約150約150約150℃薬品、荷重、酸化環境により安全側で設計する。
吸水率0.02～0.03以下0.02以下0.03以下%低吸水であり、寸法安定性に優れる。
体積抵抗率1016以上1017以上導電グレードでは低下Ω・cmカーボン配合品は絶縁用途に適さない。
誘電率2.5～2.7約2.6充填材依存－周波数、温度、含有添加剤により変わる。
酸素指数30～35程度約30グレード依存%難燃性を示すが、実使用では規格評価が必要である。

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上表は代表値・目安であり、保証値ではない。設計値として使用する場合は、対象グレードのデータシート、試験規格、成形条件、温度条件を確認する必要がある。

耐薬品性

薬品分類代表的な薬品評価備考
酸類塩酸、硫酸、リン酸、酢酸◎多くの酸に対して優れる。高温高濃度の強酸化性酸では確認が必要である。
強酸化性酸濃硝酸、発煙硫酸、クロム酸混酸○～△濃度、温度、応力、曝露時間により劣化や変色の確認が必要である。
アルカリ類水酸化ナトリウム、KOH、アンモニア水◎常温から中温域では一般に良好である。高温濃厚条件では評価が必要である。
低級アルコール類メタノール、エタノール、IPA◎一般に良好である。
高級アルコール類グリセリン、ブタノール、MMB◎一般に良好であるが、高温長時間では確認する。
芳香族炭化水素類ベンゼン、トルエン、キシレン○～◎一般に良好である。応力下、高温下では膨潤や透過を確認する。
脂肪族炭化水素類ヘキサン、ヘプタン、イソオクタン、ガソリン○～◎燃料チューブ用途に用いられるが、透過性と規格確認が必要である。
ケトンアセトン、MEK、MIBK○一般に耐性を示すが、SP値上は近いものがあり、高温、応力、長時間接触では確認が必要である。
エステル酢酸エチル、酢酸ブチル○一般に良好であるが、薄肉品やフィルムでは透過を確認する。
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○多くの条件で良好であるが、温度、圧力、応力により確認が必要である。
水・温水水、温水、熱水◎吸水率が低く、寸法変化は小さい。熱水長期ではグレード確認が必要である。
油鉱物油、潤滑油、作動油、シリコーン油◎一般に良好である。
特殊反応性薬品溶融アルカリ金属、フッ素ガス、三フッ化塩素×一般的なETFE用途では避けるべき薬品である。

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評価基準：◎非常に良好、○概ね良好、△注意が必要、×不適である。耐薬品性は、薬品名だけでなく、温度、濃度、荷重、残留応力、表面状態、使用時間により変化する。

SP値（溶解度パラメータ）
項目SP値（δ）備考
ETFE約16～18 MPa1/2文献値、推算法、グレードにより幅がある。目安として17 MPa1/2前後を用いることが多い。
標準グレードの目安約17 MPa1/2SP値差による比較計算の中央値として扱う。
充填・導電グレード基材は約16～18 MPa1/2充填材、カーボン、繊維の影響で実際の膨潤、透過、表面性は変わる。

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SP値は溶解・膨潤の傾向を比較するための目安である。ETFEのような半結晶性フッ素樹脂では、結晶性、フッ素化構造、薬品の反応性、透過性、温度、応力の影響が大きいため、SP値だけで耐薬品性を判断することはできない。

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◎

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SP値から見た耐溶剤性

以下の表では、ETFEのSP値を17 MPa1/2として、代表的な溶剤とのSP値差を整理する。評価はSP値差による目安であり、ETFEの実際の耐薬品性とは一致しない場合がある。

薬品名薬品のSP値（δ）ETFEとの差SP値上の判定実使用上の注意
水47.9 MPa1/230.9◎吸水率が低く、一般に良好である。
メタノール29.7 MPa1/212.7◎一般に良好である。
エタノール26.0 MPa1/29.0◎一般に良好である。
IPA23.5 MPa1/26.5○短時間から中時間の接触では比較的安定である。
アセトン20.0 MPa1/23.0△SP値上は近いが、実際には比較的良好な場合が多い。高温・応力下で確認する。
MEK19.0 MPa1/22.0△長時間浸漬、薄肉品、応力下では確認する。
酢酸エチル18.6 MPa1/21.6×SP値上は近いが、ETFEは結晶性とフッ素化構造により耐える場合がある。透過確認が必要である。
トルエン18.2 MPa1/21.2×SP値上は近い。高温、応力、長期接触では確認する。
キシレン18.0 MPa1/21.0×SP値上は注意域である。実薬品試験で確認する。
ヘキサン14.9 MPa1/22.1△燃料系では透過性、抽出性、規格を確認する。
シクロヘキサン16.8 MPa1/20.2×SP値上は非常に近い。実際の膨潤、透過、応力割れを確認する。
ジクロロメタン20.2 MPa1/23.2△塩素系溶剤は温度、圧力、密閉条件で確認する。

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評価基準：◎非常に良好、○概ね良好、△注意が必要、×不適である。上表はETFEのSP値中央値を17 MPa1/2として算出した目安である。ETFEではSP値差が小さい溶剤でも、結晶性やフッ素化構造により実際には耐える場合があるため、最終判断には実液試験が必要である。

製法

原料
原料化学式役割
テトラフルオロエチレンCF2=CF2フッ素樹脂としての耐薬品性、耐候性、電気特性を与える。
エチレンCH2=CH2溶融成形性、機械的強度、耐屈曲性を与える。
重合開始剤過酸化物系、ラジカル開始剤などラジカル共重合を開始する。
水系媒体または溶媒条件により異なる懸濁重合、乳化重合、溶液重合などの媒体として用いられる。

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重合方法

ETFEは、テトラフルオロエチレンとエチレンを共重合して製造される。工業的には、加圧下でラジカル重合を行い、共重合比、分子量、末端構造、分子量分布を制御する。得られたポリマーは洗浄、乾燥、溶融混練、ペレット化を経て成形材料となる。

代表的な反応式

n CF2=CF2 ＋ n CH2=CH2 → －[－CF2－CF2－CH2－CH2－]－n

ペレット化やコンパウンド

重合後のETFEは、必要に応じて安定剤、顔料、導電材、充填材、強化繊維などを配合し、押出機で溶融混練される。その後、ペレット、粉体、フィルム、シート、チューブ、電線被覆材、ライニング材などの形態に加工される。

添加剤、充填材、強化材
  • カーボンブラック：導電性、帯電防止性、燃料用途での機能付与に使用される。
  • カーボン繊維：剛性、寸法安定性、耐摩耗性の向上に使用される。
  • ガラス繊維：剛性、耐荷重性、寸法安定性の向上に使用される場合がある。
  • 顔料：識別、遮光、外観調整に使用される。
  • 粉体塗装用調整剤：塗膜形成性、流動性、ピンホール低減のために使われる場合がある。

詳細な利用用途

分野用途例採用理由設計上の注意
自動車燃料チューブ、燃料ホース内層、電線被覆、センサー周辺部品耐燃料性、低透過性、耐熱性、耐屈曲性を活かす。燃料種、添加剤、透過規制、曲げ疲労を確認する。
電気・電子電線被覆、コネクタ、絶縁フィルム、プリント基板周辺部材絶縁性、低誘電率、耐熱性、難燃性を活かす。導電グレードとの混同を避ける。規格認証を確認する。
機械部品バルブ、ポンプ部品、シール周辺部材、摺動部品耐薬品性、耐摩耗性、機械的強度を活かす。荷重、摩耗粉、相手材、温度によるクリープを確認する。
医療・分析機器チューブ、流路部材、分析装置部品低吸水性、耐薬品性、洗浄性を活かす。医療適合性、抽出物、滅菌条件は個別に確認する。
食品機械搬送チューブ、非粘着部材、ライニング、保護フィルム非粘着性、耐薬品性、洗浄性、耐熱性を活かす。食品接触規格、洗浄剤、蒸気洗浄条件を確認する。
建築・設備建築膜材、屋根材、ファサード、温室フィルム透明性、軽量性、耐候性、耐紫外線性を活かす。膜厚、張力、耐火規格、汚れ、補修方法を確認する。
化学プラント反応槽ライニング、タンクライニング、配管、バルブ、ロール酸、アルカリ、溶剤への耐性を活かす。薬液濃度、温度、圧力、ピンホール、膜厚管理が重要である。
半導体・液晶薬液チューブ、薬液搬送部材、クリーン部材耐薬品性、低吸水性、清浄性を活かす。金属イオン、溶出物、パーティクル、薬液適合性を確認する。

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関連材料との比較

比較材料特徴ETFEとの違い
PTFE代表的なフッ素樹脂であり、耐薬品性、非粘着性、耐熱性に非常に優れる。ETFEはPTFEより溶融成形しやすく、機械的強度に優れる。一方、最高レベルの耐薬品性や非粘着性ではPTFEが有利である。
PFA溶融成形可能な全フッ素系樹脂で、耐薬品性と耐熱性に優れる。ETFEはPFAより機械的強度や耐摩耗性を得やすいが、耐熱性と耐薬品性の上限ではPFAが有利である。
FEP溶融成形可能なフッ素樹脂で、透明性、電気特性、耐薬品性に優れる。ETFEはFEPより強靭で耐摩耗性に優れる傾向がある。FEPは柔軟性と低い成形温度で有利な場合がある。
PVDF機械的強度、耐薬品性、成形性のバランスが良いフッ素樹脂である。ETFEはPVDFより耐熱性、耐候性、耐薬品性で有利な場合が多い。PVDFは成形温度やコスト面で有利な場合がある。
ECTFEエチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体で、耐薬品性とバリア性に優れる。ETFEは耐候性、透明性、機械的強度のバランスに優れる。ECTFEは薬液バリア性やライニング用途で選ばれる場合がある。
PCTFE低吸湿性、ガスバリア性、寸法安定性に優れるフッ素樹脂である。ETFEはPCTFEより成形加工性や耐屈曲性に優れる場合がある。PCTFEはガスバリア性や低温寸法安定性で有利である。
PEEK高耐熱、高強度の芳香族スーパーエンプラである。ETFEは耐薬品性、耐候性、電気特性で有利な場合がある。PEEKは剛性、耐荷重性、高温機械強度で有利である。
PPS耐熱性、耐薬品性、寸法安定性に優れる結晶性スーパーエンプラである。ETFEはフッ素樹脂として耐候性、電気特性、耐薬品性に特徴がある。PPSは剛性、成形コスト、量産性で有利な場合がある。

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代表的なメーカー

メーカー代表製品・ブランド概要
AGC株式会社Fluon® ETFEETFE樹脂、フィルム、粉体塗装用途などを展開する代表的なメーカーである。
ダイキン工業株式会社NEOFLON® ETFE電線被覆、フィルム、チューブ、射出成形、導電グレードなどに用いられるETFEを展開している。
The Chemours CompanyTefzel™ ETFEETFEフィルム、樹脂、電線被覆用途などで知られる代表的なメーカーである。
3MDyneon™ ETFEフッ素樹脂材料のブランドとしてETFE系材料を扱ってきた実績がある。供給状況は地域、時期、製品系列により確認が必要である。

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関連キーワード

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