ポリアリールエーテルケトン

概要

項目	内容
材料名	ポリアリールエーテルケトン
略記号	PAEK
IUPAC	ポリアリーレンエーテルケトン類。代表例としてPEEKはpoly(oxy-1,4-phenyleneoxy-1,4-phenylenecarbonyl-1,4-phenylene)と表記されることがある。
英語名	Polyaryletherketone / Poly aryl ether ketone
日本語名	ポリアリールエーテルケトン、芳香族ポリエーテルケトン、ポリアリーレンエーテルケトン
分類	芳香族ポリエーテルケトン系樹脂
プラスチック分類	スーパーエンジニアリング・プラスチック
化学式または代表構造	一般構造：-Ar-O-Ar-CO-Ar- の繰り返しを基本とする。Arは主にp-フェニレン基である。
CAS No.	PAEKは樹脂群の総称であり、単一のCAS No.は一般に定めにくい。代表例としてPEEKはCAS No. 29658-26-2として扱われることがある。
構造・主成分	芳香環、エーテル結合、ケトン結合からなる高耐熱性の半結晶性熱可塑性樹脂群である。
主な用途	自動車部品、航空宇宙部品、電気・電子部品、コネクタ、ギア、軸受、ポンプ部品、医療機器、半導体製造装置部品、耐熱チューブ、摺動部品など。

ポリアリールエーテルケトン（PAEK）は、芳香環を主鎖に持ち、エーテル結合とケトン結合を含む高性能熱可塑性樹脂の総称である。代表的な材料にはPEEK（ポリエーテルエーテルケトン）、PEK、PEKK、PEKEKKなどがあり、エーテル基とケトン基の配列や比率により、融点、結晶化速度、耐熱性、剛性、加工性が変化する。

PAEKは一般に耐熱性、機械的強度、耐薬品性、耐加水分解性、耐摩耗性、難燃性に優れる。金属代替や熱硬化性樹脂代替として使われることが多く、軽量化、耐腐食性、絶縁性、低アウトガス性が求められる用途で採用される。ただし、材料価格が高く、成形温度や金型温度も高いため、成形設備、金型設計、乾燥条件、結晶化制御を含めた検討が必要である。

実使用では、PAEKという総称だけで判断せず、PEEK、PEKK、PEKなどの樹脂種、非強化、GF強化、CF強化、摺動、難燃、医療、食品接触などのグレードを確認する必要がある。特に高温下の荷重、薬品濃度、接触時間、応力、蒸気環境、滅菌条件により性能が変わるため、メーカーの技術資料と実機評価による確認が重要である。

特徴

項目	内容
長所	高耐熱、高強度、高剛性、耐薬品性、耐加水分解性、耐疲労性、耐摩耗性、寸法安定性、難燃性、低発煙性、低アウトガス性に優れる。
短所	材料価格が高い。成形温度が高く、金型温度管理が重要である。厚肉品では結晶化や内部応力の影響を受けやすい。強酸化性酸や一部の強酸には注意が必要である。
外観	自然色は淡褐色、灰褐色、ベージュ系が多い。グレードにより黒色、着色品、GF強化品、CF強化品がある。
耐熱性	スーパーエンプラの中でも高い耐熱性を示す。代表的なTgは約143〜165℃、融点は約305〜385℃の範囲であり、連続使用温度はグレードにより約240〜260℃が目安である。
耐薬品性	多くの油、燃料、炭化水素、アルコール、弱酸、弱アルカリに対して良好である。濃硫酸、濃硝酸、ハロゲン化溶剤、高温強アルカリ、強酸化剤では条件により劣化、膨潤、割れを生じる場合がある。
加工性	射出成形、押出成形、切削加工に用いられる。溶融温度が高いため、耐熱仕様の成形機、スクリュー、金型温調、十分な乾燥が必要である。
分類上の注意	PAEKは単一材料名ではなく、PEEK、PEK、PEKK、PEKEKKなどを含む樹脂群である。物性値や成形条件は樹脂種とグレードにより大きく異なる。

構造式

PAEKは、芳香環（Ar）、エーテル結合（-O-）、ケトン結合（-CO-）を主鎖に持つ樹脂群である。代表的な基本構造は以下のように表される。

項目	構造
PAEKの一般構造	-[-Ar-O-Ar-CO-]-_n
PEEKの代表構造単位	-[-O-C₆H₄-O-C₆H₄-CO-C₆H₄-]-_n
PEKの代表構造単位	-[-O-C₆H₄-CO-C₆H₄-]-_n
PEKKの代表構造単位	-[-O-C₆H₄-CO-C₆H₄-CO-C₆H₄-]-_n
モノマーまたは構成単位	ジハロゲン化芳香族ケトン、ビスフェノール塩、芳香族ジ酸塩化物、ジフェニルエーテル誘導体などが用いられる。工業的には樹脂種により合成経路が異なる。
共重合体・変性グレード	結晶化速度、融点、流動性、靱性、摺動性を調整した共重合PAEKがある。GF、CF、PTFE、黒鉛、炭素繊維、鉱物、難燃成分などを配合したコンパウンドも多い。

種類

種類	主成分または特徴	長所	短所	主な用途
PAEK 非強化グレード	PAEK単体、または少量添加剤を含む標準グレード	靱性、耐薬品性、絶縁性、切削性のバランスが良い	強化品に比べ剛性、HDT、寸法安定性は低い	精密部品、絶縁部品、医療部品、チューブ、シール部品
PEEK	エーテル結合2個、ケトン結合1個を基本とする代表的なPAEK	実績が多く、耐熱性、耐薬品性、成形性のバランスが良い	スーパーエンプラの中でも高価である	ギア、軸受、コネクタ、ポンプ部品、半導体装置部品
PEK	エーテル結合とケトン結合を含む高耐熱PAEK	PEEKより高い耐熱性を示すグレードがある	成形温度が高く、流動性や加工性に注意が必要である	航空宇宙部品、高温機械部品、複合材料マトリックス
PEKK	ケトン結合比率が高いPAEK。T/I比により結晶化速度を調整できる	耐熱性、難燃性、3Dプリント適性、複合材料適性に優れるグレードがある	結晶化管理が必要で、グレード差が大きい	航空機部品、積層造形、粉体塗装、フィルム、複合材料
GF強化PAEK	ガラス繊維を10〜40％程度配合	剛性、強度、HDT、寸法安定性が向上する	靱性や表面平滑性が低下する場合がある。金型摩耗に注意が必要である	構造部品、コネクタ、ハウジング、耐熱固定具
CF強化PAEK	炭素繊維を10〜50％程度配合	高剛性、高強度、低線膨張、耐クリープ性に優れる	異方性が大きく、絶縁用途では導電性に注意が必要である	航空宇宙、自動車、半導体搬送部品、高剛性部品
摺動グレード	PTFE、黒鉛、炭素繊維、潤滑添加剤などを配合	摩擦係数が低く、耐摩耗性に優れる	強度、伸び、接着性が低下する場合がある	軸受、ブッシュ、スラストワッシャー、シールリング
医療・食品接触グレード	生体適合性、滅菌、抽出物、食品接触規格などを考慮した管理グレード	蒸気滅菌、薬液洗浄、繰返し使用に適する場合がある	用途ごとの規格適合確認が必要である	医療器具、歯科材料、食品機械部品、分析機器部品

成形加工

加工方法	適性	備考
射出成形	◎	最も一般的である。シリンダー温度、金型温度、乾燥条件の管理が重要である。
押出成形	○	丸棒、板、チューブ、フィルム、被覆材に用いられる。溶融粘度と冷却条件に注意する。
ブロー成形	△	一般用途では少ない。チューブや特殊中空品ではグレード選定が必要である。
圧縮成形	○	大型素材、厚板、切削用素材、複合材プリプレグに用いられる。
真空成形	△	PEKKなど結晶化速度を調整したシートでは適用例がある。温度範囲が狭い場合がある。
切削加工	◎	丸棒、板材から精密部品を加工できる。内部応力、バリ、熱変形に注意する。
3Dプリント	○	PEEK、PEKK、低融点PAEKで使用される。高温チャンバー、結晶化制御、反り対策が必要である。
溶着	○	熱板溶着、超音波溶着、レーザー溶着などが検討される。グレードと着色の影響が大きい。
接着	△	表面エネルギーが低く、耐薬品性が高いため難接着である。表面処理が必要になることが多い。

代表的な成形条件

項目	代表値・目安	備考
予備乾燥	150〜170℃、3〜4時間	吸水率は低いが、高温成形のため乾燥不足は外観不良や物性低下の原因となる。
シリンダー温度	360〜430℃	PEEKでは約360〜400℃、高融点PAEKではさらに高温となる場合がある。
金型温度	160〜220℃	結晶化、寸法安定性、耐薬品性、耐熱性に影響する。非晶化を狙う場合は条件が異なる。
成形収縮率	0.5〜1.5％程度	GF、CF強化品では低下するが、流動方向と直角方向で異方性が出やすい。
スクリュー・シリンダー	高温対応仕様	滞留による熱劣化、炭化物、黒点に注意する。
金型材料	耐摩耗・耐熱仕様が望ましい	GF、CF、鉱物充填グレードでは金型摩耗を考慮する。

代表的な物性値又は機械的性質

以下はPAEK系樹脂の代表値・目安である。実際の数値はPEEK、PEKK、PEKなどの樹脂種、分子量、結晶化度、充填材、試験規格、試験片状態により変わる。

項目	単位	非強化PAEK	GF30強化PAEK	CF30強化PAEK	備考
密度・比重	g/cm³	1.30〜1.40	1.45〜1.60	1.35〜1.50	PEEK、PEKK、充填材量により変動する。
引張強さ	MPa	90〜110	120〜180	150〜250	射出成形品の代表値である。
伸び	％	10〜50	1.5〜4	1〜3	強化品では伸びが低下する。
曲げ弾性率	GPa	3.5〜4.5	8〜12	15〜25	CF強化品では流動方向の剛性が高い。
アイゾット衝撃強さ	J/m	40〜100	50〜90	40〜80	ノッチ付きの目安。試験規格により値が異なる。
荷重たわみ温度	℃	150〜170	280〜320	280〜330	1.8MPa荷重の代表値。結晶化度の影響が大きい。
融点	℃	305〜385	305〜385	305〜385	PEKK低融点系は約305℃、PEEKは約343℃、高耐熱PAEKはさらに高い場合がある。
ガラス転移温度	℃	143〜165	143〜165	143〜165	PEEKは約143℃、PEKKは約160℃が目安である。
連続使用温度	℃	240〜260	240〜260	240〜260	荷重、雰囲気、要求寿命により設計値は変わる。
吸水率	％	0.1〜0.5	0.1〜0.4	0.1〜0.4	PA系樹脂に比べ低いが、精密寸法品では吸湿管理が必要である。
体積抵抗率	Ω・cm	10¹⁵以上	10¹⁴〜10¹⁶	10⁰〜10⁶程度の場合あり	CF、導電フィラー配合品では導電性を示す。
難燃性	–	UL94 V-0相当のグレードあり	UL94 V-0相当のグレードあり	UL94 V-0相当のグレードあり	厚み、色、グレードで認証は異なる。
酸素指数	％	35〜40程度	35〜45程度	35〜45程度	低発煙性、低毒性ガス性を求める用途で検討される。

耐薬品性

PAEKは一般に耐薬品性が高い材料である。ただし、濃硫酸、濃硝酸、強酸化剤、ハロゲン化溶剤、高温高濃度アルカリ、応力下での薬品接触では、グレードや条件により膨潤、白化、割れ、分子量低下が起こる場合がある。実使用では温度、濃度、浸漬時間、応力、洗浄頻度を確認する必要がある。

薬品分類	代表薬品	評価	備考
酸類	希塩酸、希硫酸、酢酸、リン酸	○	多くの酸に良好であるが、濃硫酸、濃硝酸、発煙酸には注意が必要である。
強酸化性酸	濃硫酸、濃硝酸、クロム酸混酸	×	条件により溶解、劣化、割れを生じる可能性がある。
アルカリ類	水酸化ナトリウム、KOH、アンモニア水	○	常温では比較的良好である。高温高濃度では長期評価が必要である。
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。応力下や高温では確認が必要である。
高級アルコール類	グリセリン、ブタノール、MMB	◎	多くの条件で安定しやすい。
芳香族炭化水素類	トルエン、キシレン、ベンゼン	○	短時間接触では良好な場合が多い。高温長時間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、イソオクタン	◎	燃料、油に対して良好な耐性を示すことが多い。
ケトン	アセトン、MEK、MIBK	○	常温では比較的良好である。高温、長時間、応力下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、浸漬条件では膨潤確認を行う。
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	△	条件により膨潤、応力割れを生じる場合がある。
水・温水	水、熱水、純水	◎	耐加水分解性に優れる。高温高圧蒸気ではグレード確認が必要である。
油	鉱物油、作動油、シリコーン油、潤滑油	◎	高温油中でも良好な場合が多い。添加剤の影響を確認する。
燃料	ガソリン、軽油、航空燃料	◎	燃料系部品で採用される。バイオ燃料、添加剤入り燃料では確認が必要である。
滅菌薬品	過酸化水素、エチレンオキサイド、次亜塩素酸系	○	濃度、温度、繰返し回数により変化する。医療用途では個別評価が必要である。

SP値（溶解度パラメータ）

PAEKの代表的なSP値（δ）は、約22〜24 MPa^1/2が目安である。PEEKの代表値としては約23 MPa^1/2前後が用いられることが多い。ただし、PAEKは結晶性が高く、芳香族骨格による剛直性も大きいため、SP値だけで実際の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	◎

SP値から見た耐溶剤性

以下はPAEKのSP値を23 MPa^1/2とした場合の目安である。実際には結晶化度、成形条件、薬品濃度、温度、応力、接触時間、フィラー、添加剤の影響を受ける。

薬品名	SP値 MPa^1/2	PAEKとの差	SP値からの評価	実用上の注意
水	47.9	24.9	◎	SP値差は大きい。熱水・蒸気では温度と圧力を確認する。
エタノール	26.0	3.0	△	SP値は近いが、PAEKは結晶性が高く実用上は良好な場合が多い。
IPA	23.5	0.5	×	SP値だけでは不利に見えるが、常温短時間では良好な場合が多い。
アセトン	20.1	2.9	△	高温、長時間、応力下では確認が必要である。
MEK	19.0	4.0	△	常温接触では比較的良好でも、浸漬では評価する。
トルエン	18.2	4.8	△	芳香族溶剤であり、高温長時間では膨潤を確認する。
キシレン	18.0	5.0	○	実使用温度と応力割れを確認する。
ヘキサン	14.9	8.1	◎	一般に良好である。
酢酸エチル	18.2	4.8	△	浸漬条件では膨潤確認が必要である。
ジクロロメタン	20.2	2.8	△	塩素系溶剤であり、応力割れ、膨潤に注意する。
クロロホルム	18.9	4.1	△	条件により膨潤や劣化の可能性がある。
鉱物油	16〜18	5〜7	○	実用上は高温油中でも良好な場合が多い。

製法

項目	内容
原料	ジハロゲン化芳香族ケトン、ビスフェノール類、ヒドロキノン、4,4′-ジフルオロベンゾフェノン、芳香族ジ酸塩化物、ジフェニルエーテル誘導体などが用いられる。
重合方法	求核芳香族置換重合、フリーデル・クラフツ型アシル化重合などが代表的である。工業的には高沸点極性溶媒中で塩基を用いて重合する方法が用いられる。
ペレット化	重合後、洗浄、乾燥、溶融混練、ストランドカットなどによりペレット化される。高純度グレードでは金属イオン、抽出物、揮発分の管理が重要である。
コンパウンド	GF、CF、PTFE、黒鉛、鉱物、導電フィラー、顔料、摺動改質材、安定剤などを二軸押出機で混練する。充填材量により流動性、収縮率、強度、摩耗性が変化する。
代表的な反応式	n HO-C₆H₄-OH + n F-C₆H₄-CO-C₆H₄-F + K₂CO₃ → -[-O-C₆H₄-O-C₆H₄-CO-C₆H₄-]-_n + 2n KF + n CO₂ + n H₂O
工程上の注意	高分子量化、末端基制御、塩除去、熱安定性、結晶化度の制御が重要である。成形用ペレットでは流動性と熱履歴の管理が品質に影響する。

詳細な利用用途

分野	用途例	採用理由	注意点
自動車	ギア、軸受、スラストワッシャー、ポンプ部品、センサー部品、EV関連絶縁部品	耐熱性、耐油性、耐燃料性、耐摩耗性、軽量化	高温油、燃料添加剤、荷重下クリープを確認する。
電気・電子	コネクタ、ソケット、絶縁スペーサー、半導体搬送治具、耐熱筐体	高温寸法安定性、絶縁性、難燃性、低アウトガス性	CF強化品は導電性を示す場合がある。
機械部品	ギア、カム、ローラー、ブッシュ、シールリング、バルブ部品	耐摩耗性、耐疲労性、耐薬品性、金属代替	摺動相手材、面圧、PV値、潤滑条件を確認する。
医療	手術器具、歯科部材、滅菌トレー、内視鏡部品、インプラント関連部材	耐滅菌性、耐薬品性、強度、生体適合グレードの設定	医療用途では規格、滅菌条件、トレーサビリティを確認する。
食品機械	搬送部品、スクレーパー、ノズル、軸受、洗浄工程部品	耐熱水性、耐洗浄薬品性、耐摩耗性	食品接触規格、洗浄薬品、温度サイクルを確認する。
建築・設備	高温配管部品、絶縁部品、ポンプ・バルブ部品	耐熱性、耐薬品性、耐加水分解性	長期荷重、薬液濃度、蒸気環境を確認する。
航空宇宙	内装部品、ブラケット、クリップ、複合材マトリックス、ケーブル被覆	軽量、高強度、難燃性、低発煙性、耐薬品性	FST要求、規格認証、長期疲労を確認する。
エネルギー	油井部品、シール、コネクタ、電線被覆、耐薬品部品	高温高圧環境、耐薬品性、耐摩耗性	酸性ガス、圧力、温度、薬品の複合条件を確認する。

比較材料	特徴	PAEKとの違い
PEEK	PAEKの代表材料で、実績が多く物性バランスが良い。	PEEKはPAEK群の一種である。PAEK表記はより広い材料群を指す。
PEKK	ケトン結合比率が高く、T/I比により結晶化速度を制御できる。	PEEKよりTgが高い傾向があり、積層造形や複合材で使いやすいグレードがある。
PPS	耐薬品性、寸法安定性、難燃性に優れるスーパーエンプラ。	PAEKの方が靱性、耐摩耗性、長期耐熱性で優れる場合が多いが、PPSの方が安価で成形しやすい。
PEI	非晶性で透明性、寸法安定性、難燃性に優れる。	PAEKは半結晶性で耐薬品性、耐摩耗性、耐加水分解性に優れる。PEIは寸法精度と成形性で有利な場合がある。
PPSU	非晶性で靱性、耐熱水性、蒸気滅菌性に優れる。	PAEKは高温強度と耐薬品性に優れる。PPSUは透明性、耐衝撃性、医療器具用途で選ばれる場合がある。
PTFE	非常に優れた耐薬品性、低摩擦性、非粘着性を持つフッ素樹脂。	PAEKは機械強度、剛性、寸法安定性で優れる。PTFEは低摩擦、耐薬品性、耐候性で優れる。
PAI	高温強度、耐摩耗性に優れる高性能樹脂。	PAIは非溶融加工系グレードも多く、成形方法が限定される。PAEKは熱可塑性で射出、押出、溶融加工が可能である。
PI	非常に高い耐熱性を持つイミド系樹脂。	PIは耐熱性に優れるが、熱可塑成形が難しいグレードが多い。PAEKは溶融加工性と耐薬品性のバランスが良い。

代表的なメーカー

メーカー	代表製品・ブランド	概要
Victrex plc	VICTREX PEEK、VICTREX HT、VICTREX ST、APTIVなど	PEEKおよびPAEK系高性能ポリマーの主要メーカーである。ペレット、フィルム、複合材、医療用途向け材料を展開している。
Syensqo	KetaSpire PEEK、AvaSpire PAEK	高性能ポリマーを展開するメーカーで、PEEKおよびPAEK系グレードを扱う。耐熱、耐薬品、摺動、強化グレードなどがある。
Evonik Industries AG	VESTAKEEP PEEK	産業用途、医療用途向けのPEEK材料を展開している。成形材料、粉末、医療グレードなどがある。
Arkema	KEPSTAN PEKK	PEKKを中心としたPAEK系材料を展開する。積層造形、複合材、粉体塗装、フィルム用途で使用される。
SABIC	LNP THERMOCOMP PEEK系コンパウンド	PEEKをベースにGF、CF、導電フィラーなどを配合した高機能コンパウンドを展開している。
Ensinger	TECAPEEK、TECAコンパウンド系材料	PEEK系の半製品、切削素材、成形部品、コンパウンドを展開する加工・材料メーカーである。

法規制・規格上の注意

項目	確認内容	備考
RoHS	鉛、カドミウム、水銀、六価クロム、臭素系難燃剤、フタル酸エステル類など	ベース樹脂だけでなく、顔料、添加剤、充填材を含めて確認する。
REACH	SVHC、制限物質、登録状況	欧州向け部品では最新のSVHCリスト確認が必要である。
食品衛生	食品接触材料規格、ポジティブリスト、抽出試験	食品機械用途ではグレードごとの適合証明を確認する。
FDA	米国食品接触用途、医療関連用途での適合性	FDA適合はグレード限定である場合が多い。
医療用途	ISO 10993、USP Class VI、滅菌適性、トレーサビリティ	インプラント、体液接触、短期接触など用途区分ごとに確認する。
難燃性	UL94、酸素指数、FST要求	厚み、色、強化材により認証が異なる。

用途別選定と注意点

用途	推奨される代表グレード	選定時の注意点
ギア	摺動グレード、CF強化グレード	面圧、回転数、潤滑、相手材、騒音、摩耗粉を確認する。
軸受・ブッシュ	PTFE・黒鉛配合摺動グレード	PV値、温度上昇、クリアランス、異物混入を確認する。
チューブ	押出グレード、医療グレード、耐薬品グレード	内圧、曲げ半径、薬液、滅菌、抽出物を確認する。
筐体	GF強化、難燃、寸法安定グレード	反り、収縮異方性、ねじ締結、難燃規格を確認する。
フィルム	PEEKフィルム、PEKKフィルムグレード	結晶化度、熱収縮、絶縁破壊強さ、表面処理を確認する。
コネクタ	GF強化、難燃、低バリグレード	リフロー温度、薄肉流動性、寸法精度、絶縁性を確認する。
医療器具	医療管理グレード、滅菌対応グレード	生体適合性、滅菌回数、薬液洗浄、規格書類を確認する。
半導体部品	高純度、低アウトガス、耐薬品グレード	イオン溶出、発塵、薬液、温度サイクルを確認する。