ポリテトラフルオロエチレン

概要

材料名	ポリテトラフルオロエチレン
略記号	PTFE
英語名	Polytetrafluoroethylene
日本語名	四フッ化エチレン樹脂
分類	スーパーエンジニアリングプラスチック、熱可塑性樹脂、結晶性樹脂、フッ素樹脂
化学式	(C₂F₄)_n
構成単位	−CF₂−CF₂−
代表的商品名	テフロン、Teflon、Fluon、Polyflon、Dyneon PTFE
主な用途	シール材、パッキン、ライニング、摺動部材、半導体装置部品、電線被覆、非粘着コーティング

ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）は、テトラフルオロエチレンを重合して得られる代表的なフッ素樹脂である。炭素主鎖がフッ素原子に覆われた極めて安定な分子構造を持ち、高い耐薬品性、耐熱性、耐寒性、非粘着性、低摩擦性、電気絶縁性を示す。

PTFEは、一般的な熱可塑性樹脂とは異なり、溶融粘度が極めて高いため通常の射出成形や一般的な押出成形には適さない。粉末を圧縮成形し、融点以上で焼結する粉末冶金に近い加工法が用いられる。

PFAやFEPと同じフッ素樹脂系材料であるが、PTFEは耐熱性、耐薬品性、低摩擦性に特に優れる一方、溶融成形性は劣る。

特徴

既存の高分子材料の中でも極めて化学的に不活性な材料である
常温下では酸、アルカリ、塩類、有機溶剤にほとんど侵されない
耐熱性が高く、長期常用温度は約260℃である
短期使用では約300℃まで使用できる
非常に低い摩擦係数を持つ
非粘着性が高く、汚れや粘着物が付きにくい
電気絶縁性が高く、誘電率が低い
耐寒性に優れる
耐候性に優れ、屋外環境でも劣化しにくい
難燃性が高く、多くのグレードでUL94 V-0相当である
臨界表面張力が低く、水接触角はおおむね90〜100度程度である
機械的強度は比較的低く、柔らかい
耐クリープ性、耐摩耗性は充填材により改善される
380℃以上では加熱分解が進み、有害な分解ガスが発生する可能性がある

長所

耐薬品性が極めて高い
耐熱性と耐寒性が非常に高い
摩擦係数が低い
非粘着性に優れる
電気絶縁性に優れる
耐候性に優れる
難燃性が高い
吸水率が極めて低い
食品、医療、半導体、化学装置など幅広い分野で使用できる

短所

機械的強度が低い
剛性が低く、変形しやすい
クリープが大きい
耐摩耗性は単体では必ずしも高くない
接着、印刷、塗装が非常に難しい
通常の射出成形や溶融押出成形が困難である
寸法精度を出すには加工条件管理が必要である
比重が高い
価格が高い
高温分解時には有害ガスに注意が必要である

成形加工

PTFEは溶融粘度が極めて高いため、一般的な熱可塑性樹脂のような射出成形や通常の押出成形は困難である。主に粉末を圧縮予備成形し、融点以上で焼結する方法、ラム押出、ペースト押出、分散液コーティングなどが用いられる。

加工方法	適性	主な製品例
圧縮成形	◎	板材、丸棒、ブロック、切削素材
焼結成形	◎	成形素材、シール材、ライニング部材
ラム押出	◎	チューブ、ロッド、パイプ
ペースト押出	◎	薄肉チューブ、電線被覆、シールテープ
分散液コーティング	◎	フライパンコーティング、非粘着コート、ガラスクロス含浸
射出成形	×	一般的には不適
一般押出成形	×	溶融粘度が高く不適
切削加工	◎	ガスケット、パッキン、軸受、絶縁部品

構造式

PTFEは、エチレンの水素原子がすべてフッ素原子に置換された構造を持つ。 C-F結合は非常に強く、炭素主鎖がフッ素原子に保護されているため、薬品、熱、紫外線、酸化に対して極めて安定である。

この構造により、PTFEは極めて低い表面エネルギー、非粘着性、低摩擦性、耐薬品性、電気絶縁性を示す。一方で、表面が不活性であるため、接着や塗装にはナトリウム処理、プラズマ処理、エッチング処理などの表面改質が必要となる。

種類

懸濁重合PTFE

名称	懸濁重合PTFE
形態	粒状粉末
特徴	圧縮成形、焼結成形、切削素材に適する
主な用途	板材、丸棒、ブロック、ガスケット、パッキン、機械加工部品

特徴

成形素材として最も一般的である
圧縮成形後に焼結して使用する
切削加工用素材に適する
大型成形品にも対応しやすい

乳化重合PTFE

名称	乳化重合PTFE
形態	微粉末、分散液
特徴	ペースト押出、分散液コーティングに適する
主な用途	シールテープ、チューブ、電線被覆、コーティング、含浸材

特徴

微粒子状で加工しやすい
ペースト押出に適する
分散液として塗布・焼結できる
薄膜、繊維状、コーティング用途に向く

変性PTFE

名称	変性PTFE
構造	少量の共重合成分を含むPTFE系材料
特徴	溶接性、透明性、耐クリープ性、成形性を改善したグレード
主な用途	シール材、ライニング、精密部品、半導体装置部材

特徴

通常PTFEより変形しにくい
気密性、表面平滑性を改善しやすい
耐薬品性はPTFEに近い
高性能シール用途で使われる

充填PTFE

名称	充填PTFE
充填材	ガラス繊維、カーボン、グラファイト、ブロンズ、モリブデン系充填材など
特徴	耐摩耗性、耐クリープ性、熱伝導性、寸法安定性を改善する
主な用途	軸受、摺動部品、シールリング、ガスケット、機械部品

特徴

純PTFEより機械特性を改善できる
摺動用途で多用される
充填材により耐薬品性が変わる場合がある
相手材への攻撃性や摩耗粉に注意が必要である

延伸PTFE

名称	延伸PTFE
略記号	ePTFE
構造	PTFEを延伸して多孔質化した材料
特徴	多孔質、通気性、防水性、柔軟性を持つ
主な用途	フィルター、メンブレン、防水透湿膜、医療材料、シール材

特徴

微細孔を持つ
気体は通し、水は通しにくい
化学的安定性が高い
フィルターや医療用途に適する

代表的な物性値又は機械的性質

項目	単位	純PTFE	充填PTFE	ePTFE
外観	なし	白色、不透明	充填材により灰色、黒色、褐色など	白色、多孔質
密度	g/cm³	約2.13〜2.20	約2.1〜3.0	多孔質のため低い
融点	℃	約327	約327	約327
長期連続使用温度	℃	約260	約260	約260
短期使用温度	℃	約300	約300	約300
引張強度	MPa	約20〜35	約10〜30	構造依存
伸び	%	約200〜400	充填材により低下	構造依存
曲げ弾性率	MPa	約400〜700	充填材により向上	構造依存
摩擦係数	なし	約0.05〜0.10	充填材により変動	低い
吸水率	%	ほぼ0	ほぼ0	構造依存
誘電率	なし	約2.1	充填材により変動	低い
難燃性	なし	UL94 V-0相当	グレード依存	UL94 V-0相当
耐薬品性	なし	極めて高い	充填材により一部変動	極めて高い

耐薬品性

PTFEは、現存する高分子材料の中でも特に化学的に不活性な材料である。常温では酸、アルカリ、塩類、有機溶剤のほとんどに侵されない。高温高圧条件、溶融アルカリ金属、元素フッ素などの特殊条件を除けば、極めて広い薬品に使用できる。

薬品・溶剤	耐性	備考
水	◎	吸水せず安定である
酸	◎	強酸にも極めて安定である
アルカリ	◎	強アルカリにも安定である。ただし溶融アルカリ金属は除く
塩類	◎	水溶液、塩類に安定である
アルコール	◎	エタノール、IPAに安定である
ケトン	◎	アセトン、MEKに安定である
芳香族溶剤	◎	トルエン、キシレンに安定である
塩素系溶剤	◎	多くの塩素系溶剤に安定である
酸化剤	◎	多くの酸化剤に安定である
溶融アルカリ金属	×	特殊条件では反応する
高温フッ素ガス	×	特殊条件では反応する

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）

PTFEは結晶性が高く、分子鎖がフッ素原子に強く保護された化学的に不活性な樹脂である。一般的な溶剤には溶解せず、SP値だけで溶解性を判断しにくい材料である。

材料	SP値（δ）	特徴
ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）	約12〜13 MPa^1/2程度	極めて低表面エネルギーで、一般溶剤には不溶である

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

PEと代表溶媒の相性

溶媒	挙動	備考
水	◎（不溶・安定）	吸水しない
アルコール	◎（不溶・安定）	エタノール、IPAに安定である
アセトン	◎（不溶・安定）	溶解しない
トルエン	◎（不溶・安定）	溶解しない
THF	◎（不溶・安定）	溶解しない
塩素系溶剤	◎（不溶・安定）	多くの条件で安定である
フッ素系特殊溶媒	△	高温・特殊条件で膨潤や分散挙動を示す場合がある

◎：非常に良好 ○：概ね良好 △：注意が必要 ×：不適

実務上の注意

PTFEは一般的な有機溶剤にはほぼ溶解しない
SP値が近いかどうかよりも、結晶性、C-F結合、表面エネルギーの低さが支配的である
溶剤接触よりも、クリープ、摩耗、充填材の耐薬品性を確認する必要がある
接着や塗装には表面改質が必要である
高温分解条件では分解ガスに注意する必要がある

製法

PTFEは、テトラフルオロエチレン（TFE）を重合して製造される。成形材料用のPTFEは、主に懸濁重合によって合成される。既存ページでは、過硫酸塩を触媒として、1〜50気圧、0〜120℃の条件で製造されると整理されている。

製法	特徴	主な製品形態
懸濁重合	粒状PTFE粉末を得る	圧縮成形用粉末、切削加工用素材
乳化重合	微粒子PTFE分散液を得る	分散液、コーティング、ペースト押出用粉末
圧縮成形・焼結	粉末を圧縮後、融点以上で焼結する	板、丸棒、ブロック、成形素材
ペースト押出	微粉末に潤滑剤を加えて押出後、焼結する	チューブ、シールテープ、電線被覆
分散液塗布・焼結	分散液を塗布し、加熱焼結して皮膜化する	非粘着コーティング、ガラスクロス含浸材

詳細な利用用途

半導体・化学装置用途

薬液配管
バルブ
継手
ウェハバスケット
薬液槽ライニング
耐食部品

シール・摺動用途

ガスケット
パッキン
Oリングバックアップリング
ピストンリング
軸受
摺動板

電気・電子用途

高周波絶縁材料
同軸ケーブル絶縁体
プレナム電線被覆
コネクタ絶縁部品
電子部品用絶縁材

コーティング用途

フライパン内面コーティング
ホーロー鍋内装
ガスコンロ部材
非粘着ロール
離型コーティング

建築・膜材用途

PTFE含浸ガラスクロス
屋根膜材
耐候性膜材
建築用ファブリック

医療・フィルター用途

ePTFEメンブレン
人工血管
フィルター膜
ベントフィルター
防水透湿膜

添加剤用途

摩擦・摩耗性改良材
難燃材料のドリップ防止剤
微粉飛散防止剤
樹脂改質用微粉末

比較材料	PTFEとの違い	選定ポイント
PFA	PFAはPTFEに近い耐薬品性を持ちながら、溶融成形が可能である	射出成形や複雑形状ならPFA、低摩擦・耐熱・切削素材ならPTFE
FEP	FEPは溶融成形できるが、耐熱性はPTFEより低い	透明チューブやフィルムならFEP、高温用途ならPTFE
PVDF	PVDFは機械強度と成形性に優れるが、耐薬品性と耐熱性はPTFEが上である	構造強度と成形性ならPVDF、最高レベルの耐薬品性ならPTFE
ETFE	ETFEは機械強度と耐衝撃性が高いが、耐熱性はPTFEより低い	フィルムや被覆ならETFE、高温・低摩擦ならPTFE
PEEK	PEEKは機械強度と耐摩耗性に優れるが、耐薬品性はPTFEが優れる	高強度部品ならPEEK、耐薬品・低摩擦用途ならPTFE
PP	PPは安価で軽量だが、耐熱性と耐薬品性はPTFEに劣る	低コスト薬液用途ならPP、強薬品・高温用途ならPTFE
PVC	PVCは安価で配管用途に多いが、耐熱性と耐溶剤性はPTFEが優れる	一般薬液配管ならPVC、高温・強溶剤ならPTFE

代表的なメーカー

メーカー	代表的な製品・商品名	備考
Chemours	Teflon PTFE	代表的なフッ素樹脂ブランド
AGC	Fluon PTFE	PTFE、PFA、ETFEなどのフッ素樹脂を展開
ダイキン工業	POLYFLON PTFE	日本の代表的フッ素樹脂メーカー
3M	Dyneon PTFE	フッ素樹脂材料を展開
Solvay	Algoflon PTFE	高機能フッ素樹脂メーカー
Gujarat Fluorochemicals	INOLUB、INOLON PTFE	フッ素樹脂メーカー
Ensinger	TECAFLON PTFE	切削加工用素材、板材、丸棒
日本バルカー工業	PTFEシール材、ガスケット材料	シール、ライニング、工業部材