ポリフェニレンサルファイド

2013.03.01

概要

項目内容
材料名ポリフェニレンサルファイド
略記号PPS
IUPAC名Poly(1,4-phenylene sulfide)
英語名Polyphenylene Sulfide
日本語名（別名）ポリフェニレンスルフィド、ポリアリーレンサルファイド（PAS）とも呼ばれることがある
分類スーパーエンジニアリングプラスチック（スーパーエンプラ）
プラスチック分類結晶性熱可塑性樹脂
化学式（繰り返し単位）-(C₆H₄-S)-n
CAS No.26125-40-6
構造・主成分パラ位でフェニレン環が硫黄原子（チオエーテル結合）により連結した直鎖状〜架橋性ポリマー。高結晶性かつ剛直な主鎖構造を持つ。
主な用途自動車部品（エンジン周辺・燃料系）、電気・電子コネクタ、精密機械部品、化学装置部品、医療器具

ポリフェニレンサルファイド（PPS）は、1,4-フェニレン単位と硫黄原子（チオエーテル結合）が交互に連結した半結晶性の熱可塑性樹脂である。1967年にPhillips Petroleum社（現Chevron Phillips Chemical社）が開発し、1973年に「Ryton®」として商業化された。スーパーエンジニアリングプラスチックの一つに分類され、耐熱性・耐薬品性・難燃性において他の汎用エンプラを大きく凌駕する特性を持つ。

PPSの最大の特徴は、融点約280〜285℃という高融点と、ほぼ全ての有機溶剤に対する優れた耐薬品性の両立にある。また、充填剤・強化材との親和性が高く、ガラス繊維（GF）や炭素繊維（CF）を高充填したコンパウンドグレードが多数市販されており、精密成形性に優れたことから電気・電子用途において特に広く採用されている。難燃性は本質的にUL94 V-0相当（厚み依存あり）を示し、ハロゲン・リン系難燃剤の添加が不要な場合が多い。

一方で、未強化グレードは脆性が高く、衝撃に弱い側面がある。そのため実用グレードの大多数はGF強化品やGF＋充填複合品が主流を占める。吸水率は極めて低く（0.02〜0.05%）、寸法安定性に優れるため、精密コネクタや光学部品関連の部品にも採用実績が多い。加水分解耐性・放射線耐性も良好で、過酷な使用環境に耐えるスーパーエンプラとして自動車・電子・化学の三大産業を中心に需要が拡大している。

特徴

長所
  • 優れた耐熱性（連続使用温度200〜240℃、ガラス転移温度 Tg ≒ 90℃、融点 Tm ≒ 280〜285℃）
  • ほぼ全有機溶剤に対する優れた耐薬品性（200℃以下では既知の有機溶剤に不溶）
  • 本質的な難燃性（UL94 V-0相当、酸素指数 OI ≒ 44〜47%）
  • 極めて低い吸水率（0.02〜0.05%）による高い寸法安定性
  • 高い剛性と硬度（特にGF強化品）
  • 良好な電気絶縁性および誘電特性の安定性
  • 射出成形による精密成形が可能
  • 金属インサート成形・アウトサート成形に適合
  • 放射線耐性（γ線、X線）が良好
  • 蒸気・温水・熱水への耐性が高い
短所
  • 未強化グレードは脆く、衝撃強さが低い（ノッチ付きアイゾット：20〜30 J/m 程度）
  • 高融点に起因する成形温度が高い（シリンダー温度300〜330℃）→省エネ・設備コスト面での課題
  • 材料コストおよびコンパウンドコストが比較的高い
  • 分解時に硫黄系ガス（SO₂等）が発生し得るため換気が必要
  • 酸化性酸（濃硝酸・濃硫酸）には侵される場合がある
  • 紫外線耐性は必ずしも高くなく、屋外暴露による変色が生じることがある
  • バリが発生しやすく、金型精度・成形条件管理が重要
外観

未着色品はグレー〜淡褐色（硫黄成分由来）。GF強化品はグレー〜ダークグレーが一般的。成形品はやや光沢があり、表面は硬く平滑である。

耐熱性

融点 Tm ≒ 280〜285℃、ガラス転移温度 Tg ≒ 85〜95℃（グレードにより差異あり）。荷重たわみ温度（DTUL、1.82 MPa）は GF40%品で260〜265℃に達する。連続使用温度はグレード・荷重条件により200〜240℃程度。

耐薬品性

200℃以下で既知の有機溶剤に実質的に不溶。酸・アルカリ・油脂・燃料に対しても高い耐性を示す。ただし、濃酸化性酸（濃硝酸・クロム酸）や塩素系強酸化剤は長期接触で侵す場合がある。詳細は「耐薬品性」項を参照。

加工性

射出成形が主流。流動性は良好だが高成形温度（300〜330℃）が必要。収縮率が低く（GF品：0.1〜0.3%）、精密成形に適する。切削加工も可能（未強化・GF強化品とも）。

分類上の注意

PPSは「ポリアリーレンサルファイド（PAS）」ファミリーに属する。市場では「直鎖型（linear）PPS」と「架橋型（cured）PPS」が存在し、特性が異なる。現在の主流は直鎖型（高分子量品）であり、機械的特性・靱性に優れる。架橋型は旧来製品に多い。グレード選定時には必ずデータシートで構造型を確認すること。

構造式

PPS

−C6H4−S−の繰り返し構造。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。

PPSの繰り返し単位（パラ結合型）を以下に示す。

項目内容
繰り返し単位（化学式）—[C₆H₄–S]n—
構造の特徴ベンゼン環（フェニレン基）のパラ位（1,4位）が硫黄原子（チオエーテル結合 –S–）で連結した直鎖状高分子。主鎖が剛直で高結晶性。
結合様式の表記—[○–S–]n—（○はパラ-フェニレン基を表す）
モノマーp-ジクロロベンゼン（DCB）＋硫化ナトリウム（Na₂S）
分子量（Mw）直鎖型：3万〜9万 g/mol 程度（グレードにより異なる）

直鎖型PPSはC–S–C結合角（約105°）とフェニレン環の共鳴による共役系が主鎖の剛直性と高結晶性の起源となっている。この構造が耐熱性・耐薬品性の根拠でもある。架橋型PPSでは酸化架橋（–S–S– 結合等）が一部生じており、耐クリープ性は高いが靱性が低下する。

共重合体・変性グレードとして、ポリフェニレンサルファイドスルホン（PPSS）、ポリフェニレンサルファイドケトン（PPSK）など類縁構造の高性能グレードも存在するが、商業生産量は少ない。国内ではPPSをベースにした変性・アロイグレードが各社より市販されている。

種類

種類主成分または特徴長所短所主な用途
直鎖型PPS（未強化）高分子量直鎖構造、充填なし靱性がやや高い、電気特性良好脆性あり、コスト高フィルム、繊維、コーティング
架橋型PPS（未強化）低分子量品を後架橋処理耐クリープ性、耐熱性衝撃強さ低い、現在は減少傾向コーティング、電気絶縁部品
GF強化品（GF30〜65%）ガラス繊維30〜65%配合高剛性・高耐熱・低収縮率、精密成形衝撃弱い、研磨性高く金型摩耗コネクタ、自動車エンジン部品、精密部品
GF＋無機充填品GF＋炭酸カルシウム・タルク等成形収縮異方性低減、コスト低減剛性・強度はGF単品より若干低大型成形品、ハウジング
CF強化品炭素繊維30〜40%配合軽量・高剛性・導電性付与高コスト、金型摩耗激しい航空宇宙、精密機器、ESD対策部品
摺動グレードPTFE・MoS₂・グラファイト等配合低摩擦係数・低摩耗、自己潤滑性強度低下ありギア、軸受、バルブシート、スライドガイド
難燃グレード本質難燃＋必要に応じ難燃助剤UL94 V-0、薄肉でも難燃特殊グレードはコスト高電気・電子コネクタ、スイッチ類
高靱性（タフネス）グレードエラストマーアロイ、靱性改良衝撃強さ改善耐熱性・剛性がやや低下構造部品、ハウジング、クリップ類
食品接触・医療グレードFDA・EU10/2011対応コンパウンド食品・医療規制適合グレード限定、事前確認必要食品機械部品、医療器具

成形加工

成形方法適否備考
射出成形◎主流。シリンダー温度300〜330℃、金型温度120〜150℃（結晶化促進のため高め設定が基本）
押出成形○フィルム・シート・パイプ（主に未強化グレード）。設備要件は高い
圧縮成形△特殊形状・大型品の場合に適用可。一般的ではない
ブロー成形×溶融粘度特性から一般に不適
真空成形×シート状成形には適さない（結晶化・剛直性の問題）
切削加工○GF強化品は工具摩耗が大きいため超硬・CBN工具推奨
溶着（超音波・振動）△GF入りは溶着性低下。設計・条件検討が必要
接着△表面処理（プラズマ・化学エッチング）後にエポキシ系接着剤で可
代表的な成形条件（射出成形・参考値）
項目条件（目安）
乾燥温度・時間130〜150℃ × 3〜4時間（吸湿が少ないが、成形前乾燥を推奨）
シリンダー温度（後→前）290〜300 → 300〜320 → 310〜330℃（グレードにより調整）
金型温度120〜150℃（結晶化促進・反り防止のため高め設定が基本）
射出速度中〜高速（バリ・ウェルドに注意）
成形収縮率（GF40%品）流れ方向：0.1〜0.2%、直角方向：0.3〜0.5%（異方性に注意）
アニール処理200〜230℃ × 1〜4時間（寸法安定化・残留応力除去）

代表的な物性値・機械的性質

項目単位未強化PPSGF40%強化GF65%強化CF30%強化試験規格
（参考）
密度g/cm³1.34〜1.361.60〜1.651.85〜1.901.43〜1.47ISO 1183
引張強さMPa65〜80160〜200200〜230180〜220ISO 527
引張伸び（破断）%1.0〜3.01.0〜2.01.0〜1.50.8〜1.5ISO 527
曲げ強さMPa120〜150250〜300300〜350280〜320ISO 178
曲げ弾性率GPa3.5〜4.512〜1618〜2218〜25ISO 178
アイゾット衝撃強さ（ノッチ付き）J/m20〜3560〜9050〜8050〜80ISO 180
荷重たわみ温度（1.82 MPa）℃110〜130255〜265260〜270255〜265ISO 75
融点（Tm）℃280〜285280〜285280〜285280〜285DSC測定
ガラス転移温度（Tg）℃85〜9585〜9585〜9585〜95DSC測定
連続使用温度（目安）℃200〜220220〜240220〜240220〜240—（使用環境依存）
吸水率（23℃浸漬・24h）%0.02〜0.050.02〜0.040.02〜0.030.01〜0.03ISO 62
体積抵抗率Ω·cm10¹⁵〜10¹⁶10¹⁴〜10¹⁵10¹³〜10¹⁴10²〜10⁵（導電性）IEC 60093
誘電率（1 MHz）—3.0〜3.53.5〜4.54.0〜5.0—IEC 60250
線膨張係数×10⁻⁵/℃5〜62〜3（流れ方向）1〜2（流れ方向）1〜2（流れ方向）ISO 11359
難燃性（UL94）—V-0（0.8mm以上）V-0（0.4mm以上）V-0V-0UL94
酸素指数（OI）%44〜4750〜5555〜6550〜55ISO 4589
摩擦係数（対スチール・動）—0.3〜0.40.3〜0.50.3〜0.50.15〜0.25—（ASTM D1894参考）

※上記は代表値・目安であり、グレード・製造メーカー・試験条件により異なる。実設計では必ずメーカーデータシートを参照し、必要に応じて実部品での確認試験を行うこと。

耐薬品性

PPSはその剛直な芳香族主鎖と高結晶性により、200℃以下では実質的にすべての有機溶剤に不溶である。以下の評価は室温（23℃）・短期接触（1〜7日）を基本とした目安であり、高温・長期・応力下では評価が異なる場合がある。グレード（直鎖型/架橋型/GF強化）によっても差異がある。

薬品分類代表薬品評価備考
無機酸（希薄）希塩酸、希硫酸（10%以下）◎室温では良好
無機酸（濃厚）濃塩酸（35%）、濃硫酸（98%）○〜△長期・高温では注意。濃硫酸は膨潤・変色の可能性
酸化性酸濃硝酸、クロム酸△〜×チオエーテル結合の酸化により侵される
アルカリ（希薄）NaOH（10%）、KOH（10%）◎室温・短期では良好
アルカリ（高温・高濃度）NaOH（30%）・高温○〜△長期浸漬・高温では表面変化の可能性あり
低級アルコールメタノール、エタノール、IPA◎良好。長期でも安定
高級アルコール・グリコールグリセリン、エチレングリコール◎良好
芳香族炭化水素トルエン、キシレン、ベンゼン○室温では安定。高温長期では微量膨潤の報告あり
脂肪族炭化水素ヘキサン、ヘプタン、灯油◎良好
ケトンアセトン、MEK、シクロヘキサノン◎良好。200℃超では溶解の報告あり
エステル酢酸エチル、酢酸ブチル◎良好
塩素系溶剤塩化メチレン、クロロホルム、TCE○室温では安定。高温では若干の膨潤あり
水・温水純水、水道水◎吸水率が非常に低く優秀。150℃蒸気でも良好
熱水・高温蒸気100〜150℃温水・飽和蒸気◎加水分解に強く耐性良好
油脂・潤滑油エンジンオイル、グリース、ATF◎高温油脂環境でも優秀。自動車エンジン周辺で多用
燃料ガソリン、軽油、バイオ燃料◎燃料系部品に広く採用
酸化剤次亜塩素酸ナトリウム、過酸化水素△酸化性により硫黄結合が劣化。濃度・温度に注意
アミン類ジメチルアミン、エタノールアミン○〜△低分子アミン・高温では注意

評価基準：◎非常に良好、○概ね良好、△注意が必要、×不適

※実際の耐薬品性は薬品濃度・温度・接触時間・応力の有無・グレードにより大きく異なる。使用前に実液・実温度での浸漬試験を実施すること。

SP値（溶解度パラメータ）
項目値
SP値（δ）約 18〜19 MPa1/2（文献により17.5〜19.5）

SP値は溶解・膨潤の傾向を把握する上での参考指標であり、あくまで目安である。PPSは結晶性が高いため、SP値差が小さい溶剤でも室温では溶解しにくいことが多い。酸化剤・強酸による化学的攻撃はSP値では評価できないため、必ず耐薬品性試験を実施すること。

溶解性の目安
SP値差（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（代表溶剤とのSP値差比較）
溶剤名溶剤SP値
（MPa1/2）		PPS SP値との差評価
水47.9≒29◎
エタノール26.2≒7〜8○〜◎
IPA（イソプロパノール）23.5≒5〜6○
アセトン20.0≒1〜2△〜○（結晶性のため実用上は良好）
MEK（メチルエチルケトン）19.0≒0〜1△（高温長期は注意）
トルエン18.2≒0〜1△〜○（室温では実用的に安定）
酢酸エチル18.6≒0〜1△〜○（結晶性のため短期接触は良好）
塩化メチレン19.8≒1〜2○（室温では安定。高温注意）
n-ヘキサン14.9≒3〜4◎
ガソリン14.0〜16.0≒2〜5◎

※SP値差が小さくても、PPSの高結晶性により室温では溶解しない場合が多い。高温・長期使用時は実液での試験が不可欠である。評価基準：◎非常に良好、○概ね良好、△注意が必要、×不適

製法

ポリフェニレンサルファイドは、p-ジクロロベンゼンと硫化ナトリウムによって得られる結晶性の耐熱性高分子である。

工業化された当時は、高重合度のものを得ることが困難だったが、酸素存在下で高温架橋することで、高分子重合化の技術が確立した。

PPS製法
原料
  • p-ジクロロベンゼン（p-DCB）：主モノマー
  • 硫化ナトリウム九水和物（Na₂S·9H₂O）：硫黄源・モノマー
  • N-メチル-2-ピロリドン（NMP）：極性非プロトン性溶媒
  • 塩化リチウム（LiCl）等：分子量調節剤（グレードにより添加）
重合方法（マクアリー法・硫化ナトリウム法）

PPSの工業的製造は、Phillips Petroleum社が開発したマクアリー法（Macallum法）が基本となっている。以下に代表的な重合反応を示す。

工程反応・操作
① 脱水工程Na₂S·9H₂O を NMP 中で加熱して脱水・活性化（Na₂S + NMP → 活性化スラリー）
② 重合工程p-DCB を添加し、200〜260℃・高圧で縮合重合
n Cl-C₆H₄-Cl + n Na₂S → -(C₆H₄-S)-n + 2n NaCl
③ 洗浄・分離生成した NaCl・NMP・副生物を熱水洗浄・ろ過により除去
④ 乾燥・ペレット化乾燥後、押出機でコンパウンド・ペレット化（GF・CF・充填剤を同時添加）
⑤ 後処理（架橋型の場合）空気中で200〜300℃に加熱して酸化架橋処理（直鎖型では省略）

基本重合反応式：

n Cl–C₆H₄–Cl ＋ n Na₂S  →  —[–C₆H₄–S–]n— ＋ 2n NaCl

副生する NaCl は熱水洗浄で除去される。重合度（分子量）は反応温度・時間・モノマー比・添加剤により制御される。直鎖型高分子量PPSは靱性・機械特性に優れ、現在の主流グレードとなっている。コンパウンド工程ではガラス繊維・炭素繊維・充填材・酸化防止剤・カップリング剤（シランカップリング剤等）が添加される。

詳細な利用用途

用途分野具体的な用途・部品例採用理由
自動車燃料系部品（燃料ポンプ・バルブ・フィルターハウジング）、エンジン周辺部品、ウォーターポンプインペラ、スロットルボディ、EGRバルブ、トランスミッション部品耐熱性・耐油性・耐燃料性・寸法安定性
電気・電子SMTコネクタ、ソケット、リレーハウジング、センサーハウジング、コイルボビン、スイッチ部品、プリント基板部品難燃性・耐熱リフロー性・精密成形性・電気絶縁性
精密機器・OA機器プリンターヘッド部品、複写機内部部品、光学機器ハウジング寸法安定性・低吸水率・耐熱性
化学装置・産業機器ポンプ部品、バルブシート、フィルタフレーム、パイプ継手、フロー計測部品耐薬品性・耐熱性・寸法安定性
医療滅菌可能器具（繰り返しオートクレーブ対応）、外科用器具部品、診断機器ハウジング耐熱水・耐蒸気滅菌性・生体適合性（グレード限定）
食品機械食品接触ガイド部品、コンベヤ部品（FDA適合グレード）耐熱水性・耐油性・FDA対応（グレード選定必要）
繊維・フィルムPPSフィルター繊維（バグフィルター等）、電気絶縁フィルム耐熱性・耐薬品性・難燃性
航空宇宙・防衛構造部品（CF強化品）、断熱部品、電気コネクタ軽量・高強度・耐熱・難燃性

関連材料との比較

比較材料特徴PPSとの主な違い
PEEK（ポリエーテルエーテルケトン）連続使用温度250℃超、耐疲労性、耐薬品性最高峰PPSより耐熱・靱性に優れるが価格が大幅に高い。PPSはコストパフォーマンスで優位
PEI（ポリエーテルイミド）Tg≒217℃、透明・難燃、非晶性PPSより耐有機溶剤性が劣るが透明性・靱性に優れる。コストはPEI＞PPS程度
PSU・PPSU（ポリスルホン類）耐熱水・耐蒸気に優れる、非晶性、透明耐薬品性（有機溶剤）はPPSが優位。PPSのほうが耐熱性（Tm）で上回る
PA66（ポリアミド66）靱性、摺動性に優れる汎用エンプラPPSは耐熱性・耐薬品性・吸水率で大幅に優位。PA66は安価で靱性はPPSより高い
PBT（ポリブチレンテレフタレート）コネクタ用途で多用、結晶性、成形性良好PBTは加水分解性あり、耐熱性もPPSに劣る。PPSはリフロー耐熱が必要な用途で優位
LCP（液晶ポリマー）極めて優れた流動性、薄肉精密成形、超低収縮異方性はLCPが大きい。PPSはコスト・バランスに優れ、厚肉部品にも対応
PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）最高耐薬品性、低摩擦、非粘着性PPSは機械的強度・成形性でPTFEに優位。耐薬品性はPTFEが最上位
高耐熱PA（PA9T・PA6T等）耐熱PA、靱性とエンプラ耐熱の両立PPSは耐薬品性・難燃性で優位。高耐熱PAは靱性・耐衝撃性でPPSを上回る

代表グレードと用途

グレード分類代表特性主な用途
汎用（GF40%）引張強さ約180 MPa、HDT約260℃コネクタ、センサー、機械部品
高充填（GF65%）高剛性・超低収縮、HDT約265℃精密成形部品、寸法精度要求部品
難燃UL94 V-0（薄肉）、5VA対応グレードあり電気・電子部品
摺動摩擦係数0.1〜0.2（PTFE・MoS₂添加）ギア、軸受、スライド部品
CF強化高剛性・軽量・導電性、ESD対策精密機器、航空宇宙、半導体製造装置
高靱性アイゾット衝撃強さ 100〜150 J/m（エラストマーアロイ）構造部品、クリップ、スナップフィット
食品・医療対応FDA 21 CFR・EU 10/2011 適合食品機械、医療器具（グレード確認必須）
注意点
  • 加水分解：耐加水分解性は良好。繰り返し蒸気滅菌（オートクレーブ）にも対応するグレードが多い。
  • 応力割れ（ESC）：GF強化品での残留応力＋有機溶剤の組み合わせによる応力割れに注意。金型温度・アニールで応力低減を図ること。
  • 吸湿：吸水率は非常に低く、PA系材料のような吸湿による特性変化は少ない。ただし成形前の乾燥は推奨。
  • 熱劣化・アウトガス：成形温度（330℃超）での過熱は硫黄系ガス（SO₂等）の発生源になる。換気・温度管理を徹底すること。
  • 酸化剤・強酸化性酸：チオエーテル結合は酸化剤に弱いため、濃硝酸・クロム酸・次亜塩素酸等の高濃度酸化性薬品との接触は避けること。
  • リサイクル：熱劣化を受けやすいため、再生材の使用比率は用途に応じて厳格に管理すること。
法規制・適合規格
規格・法規対応状況備考
RoHS指令（EU）一般に適合（グレード確認要）難燃剤・顔料により異なる場合あり
REACH規則（EU）主要グレードは適合SVHC物質の非含有証明書をメーカーに確認
FDA 21 CFR（食品接触）対応グレードありグレード・用途条件を必ず確認すること
EU食品接触材規則（10/2011）対応グレードあり各メーカーの適合証明書を参照
UL94難燃性V-0（多くのGF強化グレード）肉厚・グレードにより認定条件が異なる
医療機器（ISO 10993等）一部グレードで適合実績あり用途・グレードにより個別評価が必要

代表的なメーカー

メーカー代表製品・ブランド概要
DIC株式会社（日本）DIC PPS（Torelina®）国内最大手。直鎖型PPS樹脂・コンパウンドを幅広く展開。自動車・電子向けに豊富なグレードを揃える
東レ株式会社（日本）Torelina®（トレリナ）DICとの共同事業。コンパウンドグレードの国内最大供給源の一つ
ソルベイ（Solvay、ベルギー）Ryton® PPSPPSを世界で初めて商業化したブランド。自動車・航空宇宙用途に強い
Celanese（米国）Fortron® PPS高品質直鎖型PPS。精密成形・電子部品用途で高い実績
SK chemicals（韓国）SKYPPS®韓国産PPS樹脂。アジア市場向けに展開
ポリプラスチックス株式会社（日本）DURAFIDE®（デュラファイド）GF強化品・摺動品・難燃品など多様なコンパウンドグレードを揃える
帝人株式会社（日本）TEIJIN PPS高靱性・高流動グレードに注力。自動車・電子向け

※上記は主要メーカーの代表例であり、最新情報は各社公式情報を参照すること。ブランド・グレード構成は変更される場合がある。

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