概要
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| 材料名 | 液状シリコーンゴム |
| 略記号 | LSR(Liquid Silicone Rubber)。成形法を含めてLIM、LIMSと呼ぶ場合がある。 |
| IUPAC | poly(dimethylsiloxane)を主成分とする架橋性配合物。LSR配合物全体を単一のIUPAC名では表しにくい。 |
| 英語名 | Liquid Silicone Rubber、Liquid Silicone Elastomer |
| 日本語名 | 液状シリコーンゴム、液状シリコーン、液状シリコーンエラストマー |
| 分類 | 熱硬化性エラストマー、ポリシロキサン系合成ゴム、付加硬化型二液材料 |
| プラスチック分類 | 一般的な熱可塑性プラスチック、エンプラ又はスーパーエンプラには分類しない。架橋反応によりゴム弾性体となる熱硬化性エラストマーである。 |
| 化学式または代表構造 | 代表主鎖:[-Si(CH3)2-O-]n。ビニル基含有PDMSとSi-H含有シロキサンを白金触媒で付加架橋する。 |
| CAS No. | 63148-62-9(ポリジメチルシロキサンの代表CAS)。配合物、架橋剤及び硬化物は単一CASで表せない場合がある。 |
| 構造・主成分 | ビニル基含有PDMS、表面処理補強性シリカ、メチルハイドロジェンシロキサン架橋剤、白金触媒、反応抑制剤、顔料及び機能性添加剤。 |
| 主な用途 | Oリング、ガスケット、コネクターシール、ダイヤフラム、キーパッド、医療部品、乳首、呼吸器部品、光学部品、調理器具、電気絶縁部品、樹脂・金属との一体成形部品。 |
液状シリコーンゴムは、流動性を持つ二液型ポリシロキサン配合物を混合し、加熱した金型内で架橋して得られる熱硬化性エラストマーである。代表的なLSRは、ビニル基含有ポリジメチルシロキサンを主剤とし、Si-H基を持つ架橋剤と白金触媒によるヒドロシリル化反応で硬化する。補強性シリカを配合することで、実用的な引張強さ、引裂強さ及び弾性を付与する。
未硬化時の低粘度・高流動性と、加熱金型内での高速硬化を利用し、液状射出成形により微細形状、薄肉形状、複雑なアンダーカット、インサート及び多材一体成形に対応しやすい。耐熱性、耐寒性、耐候性、電気絶縁性、透明性及び低圧縮永久ひずみを生かし、自動車、電気電子、医療、食品、光学及び精密シール用途に使用される。
一方、耐油性、耐燃料性、耐摩耗性、ガスバリア性及び接着性は用途上の制約となる場合がある。実使用では、硬度、引裂強さ、圧縮永久ひずみ、低分子シロキサン、滅菌耐久性、薬品膨潤、相手材との接着性、法規制適合及び量産成形条件を、グレード、温度、濃度、荷重、応力、湿度、時間及び試験片形状を含めて確認する必要がある。
特徴
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| 長所 | 耐熱性、耐寒性、耐候性、耐オゾン性、電気絶縁性、透明性、低圧縮永久ひずみ及び精密成形性に優れるグレードが多い。液状射出成形により自動計量、短時間硬化及びバリ低減を図りやすい。 |
| 短所 | 一般に耐摩耗性、耐引裂性、ガスバリア性及び炭化水素油・燃料・芳香族溶剤に対する耐膨潤性は限定的である。白金触媒阻害、低分子シロキサン、接着不良及び微細バリにも注意する。 |
| 外観 | 未硬化状態は透明から乳白色の高粘度液体又はペーストである。硬化物は透明、半透明又は着色体であり、導電・熱伝導・難燃グレードは不透明となる場合が多い。 |
| 耐熱性 | 汎用LSR硬化物の連続使用温度は一般に約-50~180℃が目安である。耐熱グレードは200℃以上で使用される場合があるが、寿命は温度、酸素、圧縮率、肉厚、添加剤及び後加硫条件に依存する。 |
| 耐薬品性 | 水、希薄酸・アルカリ、アルコール及び多くの極性液体には比較的安定である。一方、鉱油、燃料、芳香族炭化水素、塩素系溶剤及び一部エステルでは膨潤しやすい。 |
| 加工性 | A/B二液を定量混合し、低温の供給・射出部から加熱金型へ注入して硬化させる。高流動性のため複雑形状、薄肉、微細形状及びインサート成形に適するが、専用ポンプ、混合装置、冷却ランナー及び真空引きが有効である。 |
| 分類上の注意 | 液状シリコーンにはLSRのほかRTV、液状シリコーン樹脂、シリコーンオイル等が含まれることがある。本ページは主として二液付加硬化型LSRを対象とし、非架橋のシリコーンオイルとは区別する。 |
構造式
代表的な付加硬化型LSRは、ビニル末端又はビニル側鎖を持つPDMSと、Si-H基を持つメチルハイドロジェンシロキサンを白金触媒で反応させて架橋する。
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| 項目 | 内容 |
|---|---|
| 代表的な構造単位 | -Si(CH3)2-O- |
| 主鎖 | Si-O-Siからなるシロキサン骨格 |
| 主剤 | ビニル基含有ポリジメチルシロキサン |
| 架橋剤 | Si-H基含有メチルハイドロジェンシロキサン |
| 触媒 | 白金錯体触媒が代表的 |
| 補強材 | 表面処理したヒュームドシリカ又は沈降シリカ |
| 変性例 | フェニル変性、フルオロ変性、自己接着、導電、熱伝導、難燃、低揮発、医療用等 |
種類・代表グレード
| 種類・グレード | 主成分又は特徴 | 長所 | 短所・注意点 | 主な用途 |
|---|---|---|---|---|
| 汎用LSR | ビニル基含有PDMS+補強性シリカ | 物性、成形性、耐熱性のバランス | 耐油・耐燃料性は限定的 | 一般シール、キーパッド、日用品 |
| 高透明・光学LSR | 高純度PDMS、透明性を重視したシリカ配合 | 高透明、耐UV、微細転写 | 気泡、異物、金型面の影響を受けやすい | レンズ、導光部品、LED光学部品 |
| 低硬度LSR | 低架橋密度、軟質配合 | 柔軟性、低荷重シール性 | 引裂、取扱い、離型に注意 | 医療部品、ダイヤフラム、ソフトタッチ部品 |
| 低圧縮永久ひずみLSR | シール性を重視した架橋・フィラー設計 | 長期復元性、密封性 | 二次加硫条件で性能が変化 | Oリング、ガスケット、バルブ |
| 耐熱LSR | 耐熱安定剤、耐熱配合 | 高温下の物性保持 | 着色、透明性低下の可能性 | 車載電装、高温シール |
| 自己接着LSR | 接着促進成分を含有 | PC、PBT、PA、金属等との一体成形 | 相手材・温度・表面汚染に依存 | コネクター、複合シール |
| 難燃LSR | 難燃剤又は難燃設計 | UL 94適合グレードが存在 | 機械特性、透明性、コストに影響 | 電気電子、絶縁部品 |
| 導電・帯電防止LSR | カーボン等の導電材 | 柔軟導電、静電気対策 | 高粘度化、物性低下、粒子脱落に注意 | 接点、EMI、センサー |
| 熱伝導LSR | セラミック系熱伝導フィラー | 柔軟性と放熱性 | 比重・粘度上昇、絶縁性は配合依存 | TIM、放熱封止、熱伝導部品 |
| 医療・食品接触LSR | 低抽出・低揮発設計、規制適合グレード | 清浄性、耐滅菌性 | 適合は個別グレード・色・用途単位で確認 | 医療機器部品、乳首、調理器具 |
| 液状フロロシリコーン | フルオロシロキサン系 | 燃料、油、溶剤への耐性を改善 | 高価格、成形範囲が限定的 | 燃料系シール、航空・車載流体部品 |
成形加工
| 加工方法 | 適性 | 主な内容 | 注意点 |
|---|---|---|---|
| 液状射出成形(LIM/LIMS) | ◎ | 最も代表的。自動計量、短時間硬化、精密成形に適する。 | 混合比、触媒阻害、金型温度、真空引き、バリを管理する。 |
| インサート・二材成形 | ◎ | 樹脂又は金属と一体成形しやすい。 | 自己接着グレードでも相手材、乾燥、離型剤、表面汚染を確認する。 |
| 圧縮成形 | ○ | 試作、小ロット、単純形状で使用可能。 | 液状材料の計量、流出、気泡、バリに注意する。 |
| トランスファー成形 | ○ | 形状により採用可能。 | 射出成形ほどの自動化性は得にくい。 |
| 押出成形 | △ | 専用グレードでチューブ、被覆、コーティングに適用。 | 一般LSRは射出向けであり、押出安定性と硬化炉条件を確認する。 |
| ブロー成形 | × | 熱可塑性樹脂のパリソン成形には不適。 | 中空品は別工法又は特殊成形を検討する。 |
| 真空・圧空成形 | × | 熱可塑性シートの加熱成形には不適。 | 硬化後は再加熱成形できない。 |
| 切削加工 | △ | 硬化物の試作・仕上げは可能。 | 弾性変形、バリ、寸法精度、工具への巻付きに注意する。 |
| 接着 | ○ | シリコーン系接着剤、プライマー、プラズマ処理が有効。 | 低表面エネルギーのため未処理では接着しにくい。 |
| 印刷・塗装 | △ | 専用インキ、表面処理で対応可能。 | 移行成分、離型剤、低表面エネルギーにより密着不良が生じやすい。 |
| レーザーマーキング | ○ | 添加剤設計により可能。 | 色、顔料、透過性、発熱を確認する。 |
代表的な成形条件
下表は材料群としての一般的な目安である。実際の条件は、メーカー、グレード、硬度、粘度、成形機、金型、肉厚及び相手材により異なる。
| 項目 | 単位 | 代表値・範囲 | 備考 |
|---|---|---|---|
| 予備乾燥 | - | 通常不要 | 低吸湿であるが、結露、水分、異物混入を避ける。 |
| A/B混合比 | - | 一般に1:1 | メーカー指定比率を優先する。 |
| 材料温度 | ℃ | 20~30 | ポンプ供給と混合安定性のため変動を抑える。 |
| 供給・射出部温度 | ℃ | 冷却又は低温管理 | 射出部内での早期硬化を防ぐ。 |
| 金型温度 | ℃ | 120~180 | 一般に150~180℃付近が多い。肉厚、接着性、硬化速度で調整する。 |
| 射出圧力 | MPa | 5~20程度 | 低粘度のため比較的低圧で充填できるが、流路、肉厚、粘度で変化する。 |
| 硬化時間 | s | 5~180 | 肉厚、金型温度、グレードにより大きく変化する。 |
| 成形収縮率 | % | 2.0~4.0 | フィラー、硬度、後加硫、金型拘束に依存する。 |
| 二次加硫 | - | 必要に応じ実施 | 低分子成分、圧縮永久ひずみ、臭気、医療・食品用途要求に応じて設定する。 |
接合・表面処理適性
| 方法 | 適性 | 内容・注意点 |
|---|---|---|
| 熱板・超音波・振動溶着 | × | 架橋体同士を熱可塑溶着することは一般に困難である。 |
| レーザー溶着 | △ | 熱可塑性相手材との複合化では設計可能な場合があるが、LSR同士の溶融溶着ではない。 |
| 接着剤接合 | ○ | シリコーン系接着剤、専用プライマー、表面洗浄を組み合わせる。 |
| 機械締結・インサート | ○ | 過大圧縮、クリープ、引裂、応力集中を避ける。 |
| コロナ・プラズマ処理 | ○ | 表面エネルギーを一時的に高め、接着・印刷性を改善する。処理後の経時回復に注意する。 |
| プライマー処理 | ◎ | 相手材とLSRに適合したプライマーで接着信頼性を高める。 |
代表的な物性値又は機械的性質
以下は非強化・標準的な付加硬化型LSR硬化物の代表範囲であり、特定メーカーの単一グレード値ではない。比較機能用の代表値は数値欄に分離しているが、設計値ではない。短時間物性をそのまま設計許容応力に使用せず、温度、時間、変形率、応力集中、圧縮率及び疲労を考慮する必要がある。
| 項目 | 単位 | 代表範囲 | 比較用代表値 | 試験規格 | 試験温度 ℃ | 材料状態 | 信頼度 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 密度 | g/cm³ | 1.08~1.18 | 1.08~1.18 | ISO 1183相当 | 23 | 硬化後、標準グレード | A~B | 熱伝導・導電グレードは1.3~2.5以上となる場合がある。 |
| 比重 | 無次元 | 1.08~1.18 | 1.08~1.18 | 代表値、規格不明 | 23 | 硬化後 | B | 密度とほぼ同値。 |
| 硬さ | Shore A | 30~70 | 50 | ISO 48-4 / ASTM D2240相当 | 23 | 硬化後 | A~B | 5~90程度の特殊グレードも存在する。 |
| 引張強さ・破断 | MPa | 5~10 | 7 | ISO 37 / ASTM D412相当 | 23 | 硬化後 | A~B | シリカ配合、硬さ、後加硫に依存する。 |
| 引張破断伸び | % | 300~800 | 500 | ISO 37 / ASTM D412相当 | 23 | 硬化後 | A~B | 低硬度品はさらに高い場合がある。 |
| 100%モジュラス | MPa | 0.5~4.5 | 2 | ISO 37 / ASTM D412相当 | 23 | 硬化後 | B | 硬さと補強材量に依存する。 |
| 引裂強さ | kN/m | 15~45 | 30 | ISO 34-1 / ASTM D624相当 | 23 | 硬化後 | A~B | 試験片形状と切欠き条件で大きく変わる。 |
| 圧縮永久ひずみ | % | 5~30 | 15 | ISO 815 / ASTM D395相当 | 175 | 硬化後、22~24 h相当 | B | 温度、圧縮率、二次加硫に依存する。 |
| 反発弾性 | % | 30~70 | 50 | ISO 4662相当 | 23 | 硬化後 | B | 硬度と配合に依存する。 |
| ガラス転移温度 | ℃ | -125~-110 | -120 | DSC/DMA | - | 硬化物 | B | メチルシリコーン系の目安。 |
| 融点 | ℃ | 該当なし | - | - | - | 架橋体 | A | 熱硬化性架橋体であり再溶融しない。 |
| 連続使用温度 | ℃ | -50~180 | 180 | 長期熱老化の一般目安 | - | 汎用LSR | B | 耐熱グレードは200℃以上の場合がある。 |
| 短時間耐熱温度 | ℃ | 200~250 | 220 | 代表値、条件依存 | - | 硬化物 | C | 時間、荷重、酸素、形状に依存する。 |
| 熱伝導率 | W/(m・K) | 0.15~0.25 | 0.20 | ASTM E1530等 | 23 | 標準グレード | B | 熱伝導グレードは0.5~数W/(m・K)以上の場合がある。 |
| 線膨張係数 | 10⁻⁵/K | 20~35 | 25 | TMA等 | - | 硬化物 | C | フィラー量、温度域に依存する。 |
| 吸水率・24時間 | % | 0.1~0.5 | 0.2 | ISO 62相当 | 23 | 硬化後 | B | 低吸水であるが、水蒸気透過性は比較的高い。 |
| 体積抵抗率 | Ω・cm | 1×10¹⁴~1×10¹⁶ | 1×10¹⁵ | IEC 60093 / ASTM D257相当 | 23 | 乾燥状態 | A~B | 導電グレードを除く。 |
| 絶縁破壊強さ | kV/mm | 18~25 | 22 | IEC 60243相当 | 23 | 硬化後 | A~B | 厚さ、電極形状、気泡に依存する。 |
| 比誘電率・1 MHz | 無次元 | 2.7~3.2 | 3.0 | IEC 60250相当 | 23 | 乾燥状態 | B | フィラー、周波数、温度で変化する。 |
| 誘電正接・1 MHz | 無次元 | 0.001~0.01 | 0.004 | IEC 60250相当 | 23 | 乾燥状態 | B | グレード依存。 |
| UL 94燃焼性 | - | HB~V-0 | - | UL 94 | - | 認証グレード | A | 等級はグレード、厚さ、色ごとに確認する。 |
比較用評価スコア
| 評価項目 | スコア | 評価理由 |
|---|---|---|
| 引張強度 | 3 | 標準的なゴム強度であり、補強シリカにより実用範囲となる。 |
| 剛性 | 1 | 柔軟エラストマーであり、高剛性用途には不向きである。 |
| 衝撃強度 | 5 | 大変形を吸収しやすく、低温でも柔軟性を保持しやすい。 |
| 耐熱性 | 5 | 汎用有機ゴムより高温域で性能を保持しやすい。 |
| 低温特性 | 5 | ガラス転移温度が低く、低温柔軟性に優れる。 |
| 耐薬品性 | 3 | 水・極性液体には比較的良好だが、油・燃料・溶剤で膨潤しやすい。 |
| 耐候性 | 5 | UV、オゾン、酸素に対する耐久性が高い。 |
| 耐加水分解性 | 4 | 常温水には良好だが、高温蒸気・強酸塩基では注意する。 |
| 寸法安定性 | 2 | 成形収縮が大きく、弾性変形と熱膨張も大きい。 |
| 低吸水性 | 5 | 吸水率は低い。 |
| 摺動性 | 2 | 低表面エネルギーだが、耐摩耗性と引裂強さが制約となる。 |
| 電気絶縁性 | 5 | 広い温湿度範囲で高い絶縁性を得やすい。 |
| 難燃性 | 3 | 難燃グレードはあるが、材料群全体で一律ではない。 |
| 透明性 | 5 | 高透明グレードが存在し、光学用途に適する。 |
| 成形加工性 | 5 | LIMによる自動量産、薄肉・微細成形に優れる。 |
| 接着性 | 2 | 低表面エネルギーであり、自己接着グレード又は表面処理が必要。 |
| リサイクル性 | 1 | 熱硬化性架橋体であり、再溶融によるマテリアルリサイクルが困難。 |
| 価格優位性 | 2 | 汎用ゴムより高価格で、専用設備も必要となる。 |
寸法精度・設計上の注意
- 成形収縮率は一般に2~4%程度と大きく、硬度、フィラー量、金型温度、後加硫及び拘束状態で変化する。
- ゴム弾性と大きな線膨張により、測定荷重、測定温度及び測定時間で寸法が変化しやすい。
- 薄肉部、鋭角、ゲート近傍、バリ根元及びインサート端部では応力集中と引裂を避ける。
- シール設計では、使用温度での圧縮永久ひずみ、応力緩和、接触圧、圧縮率及び溝充填率を評価する。
- ガス透過性が比較的高いため、高真空、高圧ガス又は長期気密用途では透過率とリークを別途評価する。
耐薬品性
下表は汎用VMQ系LSR硬化物の一般的な目安である。実際の耐薬品性は、硬度、架橋密度、フィラー、温度、濃度、接触時間、応力、薬品中の添加剤及び抽出条件で大きく変化する。特に油、燃料、溶剤及び高温蒸気では、体積変化、質量変化、硬度、引張特性及び圧縮永久ひずみを実測する必要がある。
| 薬品名 | 濃度 | 代表条件 | 応力 | 評価 | 主な劣化形態 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 水 | - | 23℃、168 h浸漬 | 無応力 | ◎ | 影響が小さい | 長期、熱水、蒸気では抽出・物性変化を確認する。 |
| 温水 | - | 80℃、168 h浸漬 | 無応力 | ○ | 膨潤、抽出、硬さ変化の可能性 | 高温長期は実測する。 |
| 水蒸気 | - | 121℃、オートクレーブ | 無応力 | △ | 圧縮永久ひずみ、抽出、物性変化 | 医療用途は滅菌回数を含め評価する。 |
| 塩酸 | 10% | 23℃、168 h | 無応力 | ○ | 一般に影響は小さい | 高温・高濃度では確認が必要。 |
| 硫酸 | 10% | 23℃、168 h | 無応力 | ○ | 一般に影響は小さい | 濃硫酸、加熱条件は別評価。 |
| 硝酸 | 10% | 23℃、168 h | 無応力 | △ | 酸化、変色、強度低下 | 濃度・温度上昇でリスクが増す。 |
| 酢酸 | 10% | 23℃、168 h | 無応力 | ○ | 軽微な膨潤の可能性 | 高濃度・高温は確認する。 |
| 水酸化ナトリウム | 10% | 23℃、168 h | 無応力 | ○ | 一般に比較的安定 | 高温強アルカリではSi-O骨格切断に注意。 |
| エタノール | 99.5% | 23℃、168 h | 無応力 | ○ | 軽微な膨潤又は抽出 | 医療・食品用途は抽出物を評価する。 |
| IPA | 99% | 23℃、168 h | 無応力 | ○ | 軽微な膨潤 | 繰返し洗浄条件を確認する。 |
| グリセリン | 99% | 23℃、168 h | 無応力 | ◎ | 影響が小さい | 温度上昇時は確認する。 |
| アセトン | 99% | 23℃、168 h | 無応力 | △ | 膨潤、抽出 | 短時間拭取りと長期浸漬を分けて評価する。 |
| MEK | 99% | 23℃、168 h | 無応力 | △ | 膨潤、軟化 | 低硬度品で影響が大きい場合がある。 |
| 酢酸エチル | 99% | 23℃、168 h | 無応力 | △ | 膨潤、抽出 | グレード依存。 |
| トルエン | 99% | 23℃、168 h | 無応力 | × | 著しい膨潤、強度低下 | 長期接触には一般に不適。 |
| キシレン | 99% | 23℃、168 h | 無応力 | × | 著しい膨潤 | フロロシリコーンを検討する。 |
| n-ヘキサン | 99% | 23℃、168 h | 無応力 | × | 膨潤、抽出 | 脂肪族炭化水素も注意。 |
| ガソリン | 市販燃料 | 23℃、168 h | 無応力 | × | 膨潤、物性低下 | 燃料系はFVMQ又は専用LSRを検討する。 |
| 鉱物油 | - | 100℃、168 h | 無応力 | △ | 膨潤、硬さ低下 | 油種、芳香族分、温度に依存する。 |
| エチレングリコール水溶液 | 50% | 100℃、168 h | 無応力 | ○ | 比較的安定 | 冷却液添加剤の影響を確認する。 |
| ジクロロメタン | 99% | 23℃、24 h | 無応力 | × | 著しい膨潤、抽出 | 塩素系溶剤への長期接触は避ける。 |
| 次亜塩素酸ナトリウム | 200 ppm | 23℃、24 h | 無応力 | ○ | 一般に軽微 | 高濃度、酸性化、長時間で酸化劣化に注意。 |
| 過酸化水素 | 3% | 23℃、24 h | 無応力 | ○ | 一般に軽微 | 高濃度・高温は別評価。 |
| 海水 | 約3.5%塩分 | 23℃、1000 h | 無応力 | ◎ | 影響が小さい | 金属インサート部の腐食は別途確認する。 |
SP値(溶解度パラメータ)
ポリジメチルシロキサンの代表的なSP値は、資料及び評価法により異なるが、約14.3~15.5 MPa1/2程度が目安である。本ページでは比較計算用の代表値を14.3 MPa1/2とする。架橋密度、補強シリカ、フェニル基、フルオロ基及び添加剤により実効的な相互作用は変化する。
SP値差が小さい溶剤は膨潤しやすい傾向があるが、架橋体は完全溶解せず膨潤にとどまる場合が多い。また、化学分解、酸化、抽出、温度、応力及び混合溶剤効果はSP値だけでは判定できない。
溶解性の目安
| SP値差 Δδ(MPa1/2) | 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
| 溶剤 | SP値 MPa1/2 | LSRとの差 | 評価 | 注意点 |
|---|---|---|---|---|
| n-ヘキサン | 14.9 | 0.6 | × | 膨潤しやすい |
| トルエン | 18.2 | 3.9 | × | 実際には強い膨潤に注意 |
| 酢酸エチル | 18.6 | 4.3 | △ | 膨潤・抽出に注意 |
| MEK | 19.0 | 4.7 | △ | 条件により膨潤 |
| アセトン | 20.0 | 5.7 | ○ | SP差だけでは過大評価となる場合あり |
| IPA | 23.5 | 9.2 | ◎ | 一般に比較的安定 |
| エタノール | 26.0 | 11.7 | ◎ | 一般に比較的安定 |
| 水 | 47.9 | 33.6 | ◎ | SP差は大きいが熱水・蒸気は別評価 |
評価基準は、◎:非常に良好、○:概ね良好、△:注意が必要、×:不適である。ただし、トルエンやヘキサンなどはSP値差だけでなく実際の膨潤挙動を優先し、浸漬試験結果で判断する。
環境応力・長期耐久性
LSRは非晶性熱可塑性樹脂のような典型的なESC割れより、溶剤膨潤、応力緩和、圧縮永久ひずみ、引裂及び疲労が問題となりやすい。インサート端部、薄肉部及びバリ根元では、薬品膨潤と繰返し変形が重なると亀裂が進展する場合がある。
製法
LSRは、ビニル基含有PDMSを主剤とし、補強性シリカ、白金触媒、Si-H架橋剤、反応抑制剤及び各種添加剤を配合したA液・B液として供給される。A液には白金触媒、B液には架橋剤を分離して配合する方式が代表的であり、保管中の反応を抑えて成形直前に定量混合する。

代表的な付加架橋反応
≡Si-H + CH2=CH-Si≡ → ≡Si-CH2-CH2-Si≡
白金触媒存在下でSi-H基がビニル基へ付加し、低分子副生成物をほとんど発生せずに三次元架橋構造を形成する。縮合型RTVと異なり、理論上は水、アルコール又は酢酸などの脱離物を伴わない。ただし、未反応低分子、抑制剤、揮発成分及び分解生成物は用途に応じて管理する。
| 工程 | 内容 | 重要管理点 |
|---|---|---|
| ポリマー合成 | 環状シロキサンの開環重合又はシラノール縮合によりビニル基含有PDMSを得る。 | 分子量、ビニル量、低分子環状体、金属不純物を管理する。 |
| シリカ混練 | 表面処理補強性シリカをPDMSへ分散する。 | 凝集、粘度、透明性、チキソ性、フィラー表面処理を管理する。 |
| A液・B液調製 | 触媒側と架橋剤側を分離して添加剤を配合する。 | 混合比、触媒濃度、Si-H/ビニル比、抑制剤量を管理する。 |
| 脱泡・ろ過 | 真空脱泡及びろ過で気泡・異物を低減する。 | 光学・医療用途では清浄度と粒子管理を厳格化する。 |
| 計量・混合 | 二液ポンプとミキサーで所定比率に混合する。 | 比率偏差、デッドスペース、混合不良、材料温度を管理する。 |
| 射出・硬化 | 低温供給系から加熱金型へ射出し、付加架橋させる。 | 触媒阻害、真空引き、温度均一性、硬化時間、バリを管理する。 |
| 後加硫・洗浄 | 必要に応じ加熱処理又は抽出処理を行う。 | 揮発分、臭気、圧縮永久ひずみ、医療・食品要求を確認する。 |
| 検査 | 外観、寸法、硬度、引張、引裂、圧縮永久ひずみ等を測定する。 | ロット追跡、法規制証明、成形条件履歴を管理する。 |
品質・成形不良
| 不良 | 主な原因 | 主な対策 |
|---|---|---|
| 未硬化・ショートショット | 計量比ずれ、触媒阻害、低金型温度、短い硬化時間 | 混合比確認、汚染源除去、温度・時間最適化 |
| 気泡・ボイド | 材料巻込み、脱泡不足、金型内空気、急速充填 | 真空供給、静的ミキサー管理、真空引き、射出速度調整 |
| バリ | 低粘度、高圧、型締不足、パーティング面精度不足 | 射出圧力低減、型締・金型精度改善、シールランド最適化 |
| 流動痕・ウェルド | 充填バランス、ベント不足、金型温度むら | ゲート・ランナー設計、真空引き、温調均一化 |
| 接着不良 | 相手材の水分・離型剤・汚染、温度不足、材料選定不良 | 相手材乾燥、洗浄、プラズマ・プライマー、自己接着グレード選定 |
| 変色・黒点 | 滞留、局所過熱、異物、金属汚染 | 供給系清掃、温度管理、材料保管、フィルター管理 |
| 寸法ばらつき・反り | 収縮差、金型温度差、離型時変形、後加硫 | 金型補正、均一温調、離型設計、後加硫治具 |
劣化・故障モードと推奨確認試験
| 劣化現象 | 主な原因 | 発生しやすい条件 | 影響 | 予防策 | 推奨確認試験 |
|---|---|---|---|---|---|
| 溶剤膨潤 | 芳香族・脂肪族炭化水素、塩素系溶剤 | 高温、長時間、低硬度 | 体積増加、硬さ低下、強度低下 | FVMQ又は耐溶剤グレードを検討 | 実薬品浸漬+体積・質量・硬度・引張測定 |
| 熱酸化劣化 | 高温、酸素、金属触媒 | 180℃超、薄肉、長時間 | 硬化、脆化、亀裂、圧縮永久ひずみ増大 | 耐熱グレード、温度低減、二次加硫最適化 | 熱老化後の硬度・引張・圧縮永久ひずみ |
| 触媒阻害 | アミン、硫黄、リン、有機スズ等 | 混合・成形時の微量汚染 | 未硬化、表面粘着、接着不良 | 手袋、離型剤、設備、相手材を事前確認 | 阻害物接触硬化試験 |
| 低分子シロキサン放出 | 未反応低分子、後加硫不足 | 高温、真空、密閉電気接点 | アウトガス、接点障害、汚染 | 低揮発グレード、二次加硫、抽出処理 | TML/CVCM、GC-MS、接点耐久試験 |
| 圧縮永久ひずみ | 高温、高圧縮率、過不足硬化 | 長期シール、熱履歴 | シール力低下、漏れ | 低圧縮永久ひずみグレード、適正圧縮率 | ISO 815/ASTM D395相当 |
| 引裂・疲労破壊 | 切欠き、バリ、応力集中、繰返し変形 | 薄肉、鋭角、過大ストローク | 亀裂、破断 | R付与、バリ低減、引裂強さ重視グレード | 実部品疲労、引裂、繰返し屈曲試験 |
| ガス透過 | シロキサン網目の高い自由体積 | 差圧、高温、薄膜 | 漏れ、透過、真空到達不良 | 厚肉化、バリア材併用、別材料検討 | ガス透過率・ヘリウムリーク試験 |
法規制・認証
| 規制・認証 | 一般的な位置付け | 確認事項 |
|---|---|---|
| RoHS・REACH・SVHC | 対応可能なグレードが存在 | 材料群全体の一律適合ではない。最新の適合宣言書を確認する。 |
| FDA食品接触 | 適合グレードが存在 | 21 CFR等の対象条項、抽出条件、着色剤、用途を確認する。 |
| EU食品接触規則 | 適合グレードが存在 | 規則、国別要求、移行試験条件を個別確認する。 |
| 日本食品衛生法・ポジティブリスト | 適合グレードが存在 | 製品、添加剤、使用温度、食品種別、接触時間を確認する。 |
| USP Class VI・ISO 10993 | 医療用グレードの一部で対応 | 滅菌方法、接触部位、接触時間、最終製品評価が必要。 |
| UL認証・UL 94 | 認証グレードが存在 | ファイル番号、色、厚さ、難燃等級、RTIを個別確認する。 |
| PFAS関連規制 | 標準VMQはフッ素を必須成分としない | フロロシリコーン、添加剤、離型剤を含む場合は対象物質を確認する。 |
| リサイクル表示 | 熱硬化性エラストマー | 再溶融できず、熱可塑性樹脂の識別表示とは扱いが異なる。 |
規制適合は、メーカー、グレード、色、添加剤、製造拠点、用途、使用温度、接触条件及び最終製品の洗浄・後加硫条件によって異なる。材料名だけで適合を断定せず、最新版の証明書、適合宣言書、試験報告書及び変更管理条件を確認する。
環境・リサイクル性
| 項目 | 評価・内容 |
|---|---|
| 材料区分 | 熱硬化性架橋エラストマー |
| マテリアルリサイクル | 再溶融できないため限定的。粉砕材の充填材利用等は品質用途が限られる。 |
| ケミカルリサイクル | シロキサンへ戻す解重合技術が検討・実用化される場合があるが、地域・回収純度・経済性に依存する。 |
| サーマルリサイクル | 燃焼条件によりシリカ状残渣を生じる。設備条件と排ガス・灰処理を確認する。 |
| 再生材利用 | 高品質医療・食品・光学用途では制約が大きい。一般工業用途でも異物、硬化物混入、物性低下を確認する。 |
| バイオベース・生分解性 | 一般的なLSRはバイオベースでも生分解性でもない。両概念を混同しない。 |
価格・供給性
| 項目 | 評価 | 内容 |
|---|---|---|
| 相対価格 | △ | 比較的高価格。汎用ゴムや多くのTPEより材料単価が高い傾向がある。 |
| 国内入手性 | ◎ | 主要メーカー及び代理店から入手可能である。 |
| 少量購入 | △ | 工業用標準品は比較的入手しやすいが、医療・光学・自己接着等は最小ロットが大きい場合がある。 |
| 供給形態 | ○ | A液・B液のペール、ドラム等。専用ポンプ及び着色剤供給を組み合わせる。 |
| 素材形状 | △ | LSRは原料として供給され、板・丸棒等は硬化済みシリコーンゴム素材として別流通する。 |
詳細な利用用途
| 用途分野 | 代表部品 | 適性 | 選定理由・注意点 |
|---|---|---|---|
| 自動車 | コネクターシール、Oリング、ダイヤフラム、センサー封止、ランプ部品 | ◎ | 耐熱、耐寒、耐候、電気絶縁性。燃料・油接触ではフロロシリコーン等を検討する。 |
| 電気・電子 | 絶縁部品、コネクター、キーパッド、封止、放熱部品 | ◎ | 絶縁性と精密成形性に優れる。低分子シロキサンと接点障害を確認する。 |
| 医療 | チューブ、弁、マスク、カテーテル部品、シール | ◎ | 生体適合・低抽出グレードが存在。ISO 10993、USP Class VI等は個別確認。 |
| 食品・調理 | 乳首、調理器具、食品機械シール | ◎ | 耐熱、柔軟、低臭気。食品接触適合はグレード・色・使用条件で確認する。 |
| 光学 | レンズ、導光部品、LED封止周辺 | ◎ | 高透明・耐UVグレード。気泡、異物、黄変、屈折率を管理する。 |
| 機械シール | Oリング、ガスケット、バルブ、ポンプ部品 | ○ | 低圧縮永久ひずみが有効。油、燃料、摩耗、ガス透過を確認する。 |
| 建築・設備 | シール、膜、パッキン | ○ | 耐候性に優れるが、LSRよりRTVシリコーンが適する施工用途も多い。 |
| 半導体・真空 | シール、絶縁、柔軟部品 | △ | アウトガス、低分子環状シロキサン、ガス透過、粒子発生を厳格に評価する。 |
| ギア・軸受 | 柔軟駆動部品 | × | 耐摩耗性、剛性、寸法精度が不足しやすい。 |
| 接着剤・コーティング | 接着、封止、被覆 | ○ | 専用液状シリコーン又はRTV系を選定する。LSR射出成形用グレードとは別設計である。 |
上記評価は材料群としての一般的な適性である。実使用では、グレード、荷重、温度、薬品、湿度、寿命、滅菌条件、電圧、光学要求、法規制及び量産成形性を確認する。
関連材料との比較
| 比較材料 | 特徴 | 液状シリコーンゴムとの違い |
|---|---|---|
| シリコーンゴム(VMQ) | HCR、LSR、RTVを含む広い材料群 | LSRは液状二液を射出し、HCRより自動化・精密成形に適する。 |
| EPDM | 耐候・耐水・耐蒸気に優れる汎用ゴム | EPDMは価格と耐蒸気性で有利な場合があるが、LSRは耐熱・低温・透明性・成形精度で有利。 |
| フッ素ゴム(FKM) | 耐油、耐燃料、耐薬品性に優れる | FKMは油・燃料に強いが、LSRは低温性、透明性、電気特性、医療・食品用途の選択肢で有利。 |
| クロロプレンゴム(CR) | 耐候性、耐油性、接着性のバランス | CRは接着・耐油性で有利な場合があるが、LSRは高低温耐久性と精密成形性に優れる。 |
| 熱可塑性ポリウレタン(TPU) | 高強度、耐摩耗、熱可塑成形 | TPUは耐摩耗性と再成形性に優れるが、LSRは耐熱、耐候、低温柔軟性、圧縮永久ひずみで有利。 |
| 熱可塑性エラストマー | 熱可塑成形とリサイクル性 | TPEは成形設備と再利用性で有利だが、LSRは高温耐久、電気絶縁、透明性、低温性に優れる。 |
| シリコーンオイル(PDMS) | 非架橋の液状シリコーン流体 | シリコーンオイルは流体として使用し、LSRは架橋して自立したゴム成形体となる。 |
代表的なメーカー
| メーカー | 代表製品・ブランド | 概要 |
|---|---|---|
| 信越化学工業 | KEG、X-34等の液状シリコーンゴム群(代表例) | 汎用、透明、自己接着、電気・電子、医療・食品用途向けの各種LSRを展開。製品名称と用途適合は最新資料で確認する。 |
| Dow | SILASTIC™ Liquid Silicone Rubber | 自動車、医療、電気電子、一般成形用のLSRを展開。 |
| WACKER | ELASTOSIL® LR | 射出成形用LSR、高透明、自己接着、医療・食品接触用途等の製品群を展開。 |
| Momentive Performance Materials | Silopren™ LSR | 汎用、自己接着、医療、光学、電気電子用途向けLSRを展開。 |
| Elkem Silicones | SILBIONE™、BLUESIL™ LSR | 医療・ヘルスケア、一般工業、自動車用途向け液状シリコーンゴムを展開。 |
| KCC Silicone | KCC Silicone LSR製品群 | 一般工業、電気電子、自動車用途向けのLSRを展開。 |
製品名、ブランド、法規制適合、供給地域及びグレード構成は変更される場合がある。採用時はメーカーの最新技術資料、SDS、規制適合書及び個別グレードの成形条件を確認する。
関連キーワード
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用途決定前の推奨確認試験
- 実薬品浸漬試験:実液、実濃度、最低・常用・最高温度で24 h、168 h、500 h又は想定寿命相当を設定し、質量、体積、硬度、引張、伸び及び外観を測定する。
- 圧縮永久ひずみ・応力緩和試験:実圧縮率、実温度、実時間でシール力保持を確認する。
- 熱老化・高温高湿・熱水・蒸気滅菌試験:温度、湿度、サイクル数及び滅菌回数を実使用に合わせる。
- 疲労・引裂試験:実部品の変位、周波数、応力集中、バリ及び薬品接触を組み合わせる。
- 接着・二材成形試験:相手材ロット、乾燥、表面処理、金型温度、保管後及び湿熱後の接着強度を確認する。
- アウトガス・抽出物試験:真空用途、電気接点、医療及び食品用途ではGC-MS、TML/CVCM、溶出・抽出試験等を用途に応じて実施する。
- 実成形試験:混合比、材料温度、射出圧力、金型温度、硬化時間、真空引き、バリ、離型及び後加硫条件を量産設備で確認する。