発泡ポリウレタン

項目内容
材料名発泡ポリウレタン
略記号PUフォーム、PURフォーム、PUF、PUR
IUPAC特定の単一IUPAC名は一般に定義しにくい。ウレタン結合を有する高分子であり、一般的には Polyurethane / Polycarbamate 系高分子として扱われる。
英語名Polyurethane Foam、PU Foam、PUR Foam、Foamed Polyurethane
日本語名発泡ポリウレタン、ポリウレタンフォーム、ウレタンフォーム、PUフォーム、発泡ウレタン
分類熱硬化性樹脂系発泡体、フォーム材料、断熱材、クッション材、構造用発泡材料
プラスチック分類一般にはプラスチック系発泡体に分類される。エンジニアリング・プラスチックやスーパーエンプラではなく、用途上は断熱材、緩衝材、シール材、吸音材、軽量構造材として扱われることが多い。
化学式または代表構造代表構造：−[−R−NH−CO−O−R’−O−CO−NH−]n−。ポリオールとポリイソシアネートの反応によりウレタン結合 −NH−CO−O− を形成する。
CAS No.9009-54-5 がポリウレタンの代表的CAS No.として用いられることがある。ただし発泡ポリウレタンは配合物であり、原料、添加剤、発泡剤により個別のCAS No.が異なる。
構造・主成分ポリエーテルポリオールまたはポリエステルポリオール、MDI、TDIなどのポリイソシアネート、発泡剤、触媒、整泡剤、難燃剤、着色剤、充填材などから構成される。
主な用途家具・寝具用クッション、自動車シート、断熱材、冷蔵庫断熱、建築用吹付断熱、吸音材、包装緩衝材、フィルター、シール材、防振材、インテグラルスキン部品など。

概要

発泡ポリウレタンは、ポリオールとポリイソシアネートを主原料として反応させ、同時に化学発泡または物理発泡により気泡構造を形成したポリウレタン系発泡体である。軟質フォーム、半硬質フォーム、硬質フォーム、インテグラルスキンフォームなどに大別され、密度、セル構造、弾性、断熱性、圧縮強さはグレードにより大きく異なる。

一般に軟質発泡ポリウレタンはクッション性、復元性、吸音性に優れ、家具、寝具、自動車シートに多く使用される。一方、硬質発泡ポリウレタンは独立気泡構造を取りやすく、低い熱伝導率と軽量性を生かして建築断熱材、冷蔵庫、冷凍設備、サンドイッチパネルなどに使用される。

発泡ポリウレタンは配合設計の自由度が高い材料であるが、加水分解、熱劣化、紫外線劣化、燃焼性、アウトガス、圧縮永久ひずみなどに注意が必要である。実使用では、グレード、密度、セル構造、使用温度、湿度、荷重、応力、薬品濃度、接触時間を確認する必要がある。

特徴

項目内容
長所軽量性、クッション性、断熱性、吸音性、成形自由度、密着性、現場発泡性に優れる。密度や硬さを比較的広い範囲で調整できる。
短所耐熱性、耐候性、耐加水分解性、耐溶剤性、難燃性に制約がある。条件により黄変、脆化、粉化、圧縮永久ひずみ、アウトガスが問題となる。
外観白色、淡黄色、灰色、黒色など。セル構造は開放気泡、独立気泡、半独立気泡があり、外観と触感はグレードにより大きく異なる。
耐熱性一般的な連続使用温度はおおむね80〜100℃程度である。耐熱グレード、硬質フォーム、PIR系ではより高温に対応する場合があるが、長時間使用では熱劣化を確認する必要がある。
耐薬品性水、油、弱酸、弱アルカリに対しては条件により使用できるが、強酸、強アルカリ、ケトン、エステル、芳香族溶剤、塩素系溶剤では膨潤、軟化、分解が起こりやすい。
加工性現場発泡、注型、モールド成形、連続スラブ発泡、切断、打ち抜き、貼り合わせに適する。熱可塑性樹脂のような通常の再溶融成形は一般に困難である。
分類上の注意発泡ポリウレタンは単一材料名であっても、軟質、硬質、半硬質、インテグラルスキン、スプレーフォームなどで物性が大きく異なる。ポリウレタン、軟質ウレタンフォーム、硬質ウレタンフォームと区別して選定する必要がある。

構造式

発泡ポリウレタンの代表的な構造単位は、ウレタン結合 −NH−CO−O− を含む高分子鎖である。実際の発泡体では、ポリオール、イソシアネート、水、発泡剤、触媒、整泡剤、難燃剤などが反応・分散した三次元的なフォーム構造を形成する。

代表的な構造単位
項目表記
ウレタン結合−NH−CO−O−
代表的な繰り返し構造−[−R−NH−CO−O−R’−O−CO−NH−]n−
基本反応R−NCO + R’−OH → R−NH−CO−O−R’
水発泡反応R−NCO + H2O → R−NH2 + CO2↑、続いて R−NCO + R−NH2 → R−NH−CO−NH−R
発泡構造CO2、低沸点発泡剤、または物理発泡剤により、開放気泡または独立気泡を形成する。
モノマーまたは構成単位
構成成分代表例役割
ポリオールポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオールなど柔軟性、耐加水分解性、耐油性、弾性、硬さを調整する主成分である。
ポリイソシアネートTDI、MDI、ポリメリックMDI、変性MDIなどウレタン結合、尿素結合、架橋構造を形成し、強度、硬さ、耐熱性に影響する。
発泡剤水、CO2、炭化水素系発泡剤、HFO、HCFOなどセル構造、密度、断熱性、寸法安定性を調整する。
触媒アミン触媒、有機スズ触媒などゲル化反応と発泡反応のバランスを制御する。
整泡剤シリコーン系界面活性剤などセル径、セル均一性、開放気泡性、独立気泡性を制御する。

共重合体や変性グレードとして、ポリエーテル系、ポリエステル系、難燃グレード、耐熱グレード、低反発フォーム、高反発フォーム、インテグラルスキンフォーム、硬質PIR系フォーム、ガラス繊維強化構造用PUフォームなどがある。ポリエーテル系は一般に耐加水分解性に優れ、ポリエステル系は機械強度、耐油性、耐摩耗性に優れる傾向がある。

種類

種類の名称主成分または特徴長所短所主な用途
軟質発泡ポリウレタン主にポリエーテルポリオールまたはポリエステルポリオールとTDI、MDIを使用した開放気泡フォーム。柔軟性、復元性、クッション性、吸音性が良い。圧縮永久ひずみ、黄変、燃焼性、加水分解に注意が必要である。家具、寝具、自動車シート、包装緩衝材、吸音材。
高反発フォームHRフォームとも呼ばれ、弾性回復性を高めた軟質PUフォーム。座り心地、反発弾性、耐久性に優れる。配合と密度により価格が高くなる場合がある。自動車シート、椅子、マットレス。
低反発フォーム粘弾性を高めた軟質PUフォーム。温度依存性を持つグレードが多い。体圧分散性、衝撃吸収性が良い。温度により硬さが変化しやすく、通気性や復元速度に注意が必要である。枕、マットレス、医療・介護クッション、保護パッド。
硬質発泡ポリウレタン独立気泡を多く含む硬質フォーム。MDI系配合が多い。断熱性、軽量性、寸法安定性、接着性に優れる。衝撃で割れやすい場合があり、紫外線、燃焼性、熱劣化に注意が必要である。建築断熱材、冷蔵庫、冷凍設備、サンドイッチパネル。
PIR系硬質フォームイソシアヌレート構造を多く含む硬質フォーム。一般的なPUR硬質フォームより耐熱性、難燃性に優れる傾向がある。脆さ、加工性、コストに注意が必要である。建築断熱材、配管断熱、耐熱断熱パネル。
半硬質フォーム軟質と硬質の中間的な弾性と硬さを持つフォーム。衝撃吸収性、形状保持性に優れる。圧縮永久ひずみ、温度依存性を確認する必要がある。自動車内装、衝撃吸収材、緩衝部品。
インテグラルスキンフォーム表皮層が緻密で内部が発泡した一体成形フォーム。外観性、触感、耐摩耗性、軽量性を両立しやすい。金型、発泡条件、表皮品質の管理が重要である。ハンドル、アームレスト、靴底、グリップ、操作部品。
GF強化構造用PUフォームガラス繊維、無機充填材、長繊維などで補強した構造用PUフォーム。剛性、寸法安定性、耐荷重性を高めやすい。通常のクッション材用途には不向きで、切削時の粉じんや繊維露出に注意が必要である。構造芯材、サンドイッチ部材、車両部品、建材。

代表グレード

グレード区分特徴主な確認項目主な用途
汎用グレード標準的な密度、硬さ、反発弾性を持つ軟質または硬質フォーム。密度、硬さ、圧縮永久ひずみ、燃焼性。クッション、包装材、断熱材。
耐熱グレード耐熱性、寸法安定性を高めたグレード。PIR系や高架橋グレードを含む。連続使用温度、熱老化、収縮、発煙性。配管断熱、建築断熱、設備断熱。
難燃グレード難燃剤やPIR化により燃焼性を改善したグレード。UL94、酸素指数、建材燃焼規格、発煙性、ハロゲン有無。建築、車両、電気機器周辺、断熱パネル。
GF強化グレードガラス繊維や無機充填材で剛性、強度、寸法安定性を高めた構造用グレード。曲げ強度、圧縮強度、繊維含有率、切削性。構造芯材、パネル、車両部品。
摺動・耐摩耗グレード表皮層や配合により耐摩耗性、耐久性を改善したグレード。摩耗量、表皮硬度、摩擦、使用荷重。靴底、グリップ、ローラー、保護材。
食品接触対応グレード食品衛生法、FDAなどへの適合を想定した原料・添加剤設計のグレード。適合法規、溶出試験、添加剤、使用温度。食品設備用シール、保冷材周辺、搬送補助材。ただし直接接触用途は個別確認が必要である。
医療・介護向けグレード体圧分散性、清拭性、低臭気、低アウトガスなどを考慮したグレード。生体適合性、難燃性、洗浄性、耐薬品性、臭気。マットレス、クッション、保護パッド。

成形加工

加工方法適性内容・注意点
射出成形△通常の熱可塑性射出成形とは異なる。RIM、発泡射出、インテグラルスキン成形などでは適用される。
押出成形△熱可塑性樹脂のような押出成形は一般的ではない。連続発泡、ラミネート、フォームブロック製造として扱われる場合がある。
ブロー成形×一般的な中空ブロー成形には不向きである。
圧縮成形○モールド発泡、圧縮発泡、反応成形として適用される。密度分布、表皮、発泡圧の管理が重要である。
真空成形×発泡PU単体では一般的ではない。表皮材との複合成形やラミネート工程として用いられる場合がある。
注型・モールド発泡◎金型内で原料を反応発泡させる代表的加工法である。シート、クッション、自動車部品、インテグラルスキン部品に使用される。
スラブ発泡◎連続的に大きなフォームブロックを発泡し、後工程で切断・加工する。軟質フォームに多い。
スプレー発泡◎現場で二液を混合噴霧して発泡させる。建築断熱、気密、設備断熱に使用される。
切削加工◎カッター、バンドナイフ、ウォータージェット、ルーター加工などが可能である。硬質フォームでは粉じん対策が必要である。
打ち抜き加工◎シート状フォームのガスケット、パッキン、緩衝材加工に適する。
接着・ラミネート◎フィルム、布、皮革、金属箔、紙、不織布などとの貼り合わせが可能である。接着剤の溶剤影響を確認する必要がある。

成形条件

項目代表範囲・目安備考
原料温度20〜30℃程度二液発泡、注型、スプレー発泡では原料温度が反応速度、セル径、密度に影響する。
金型温度30〜70℃程度モールドフォーム、インテグラルスキンフォームでは表皮形成、硬化、脱型性に影響する。
乾燥温度原料により異なるポリオールや充填材の水分は発泡倍率と反応バランスに影響する。意図しない水分混入は避ける。
シリンダー温度該当しない場合が多い熱硬化性反応発泡が中心であり、通常の熱可塑性樹脂のシリンダー温度管理とは異なる。
発泡倍率数倍〜数十倍密度、発泡剤、セル構造、金型拘束条件により異なる。
成形収縮率0.5〜3％程度硬質フォーム、モールドフォームでは密度、発泡圧、後硬化、温湿度により変動する。
後硬化室温〜80℃程度残留反応、寸法安定性、臭気、圧縮永久ひずみに影響する。

代表的な物性値又は機械的性質

下表は代表値・目安である。発泡ポリウレタンは密度、セル構造、配合、発泡倍率により物性が大きく変わるため、実設計ではメーカーの個別データシートを確認する必要がある。

項目単位軟質PUフォーム硬質PUフォームGF強化・構造用PUフォーム備考
密度g/cm30.015〜0.0800.025〜0.1000.20〜0.80見掛け密度。フォームでは最重要物性の一つである。
引張強さMPa0.05〜0.300.10〜1.02〜30軟質フォームではkPaレベルで評価されることも多い。
伸び％100〜3002〜101〜10軟質フォームは高伸長、硬質フォームは低伸長で脆い傾向がある。
曲げ弾性率MPa0.01〜15〜100500〜5000密度依存性が大きい。構造用では補強材の影響が大きい。
アイゾット衝撃強さkJ/m2規格評価しにくい1〜55〜30フォームでは圧縮強さ、反発弾性、落球衝撃で評価することが多い。
圧縮強さkPaまたはMPa2〜20100〜10001〜20軟質は25％圧縮応力、硬質は10％圧縮応力などで評価される。
荷重たわみ温度℃該当しにくい80〜120100〜150熱硬化性発泡体のため、通常のHDT評価が適さない場合がある。
融点℃明確な融点なし明確な融点なし明確な融点なし熱硬化性のため再溶融しない。高温では軟化、分解、炭化が起こる。
ガラス転移温度℃−60〜−20程度50〜150程度50〜150程度ソフトセグメント、ハードセグメント、架橋密度により複数の転移を示すことがある。
連続使用温度℃−40〜80−40〜100−40〜120耐熱、PIR、難燃グレードでは範囲が異なる。
吸水率％1〜101〜50.5〜3開放気泡では水を保持しやすく、独立気泡では比較的低い。
体積抵抗率Ω・cm1010〜10141011〜1015108〜1014帯電防止グレード、導電フィラー配合では低下する。
熱伝導率W/m・K0.030〜0.0500.020〜0.0300.030〜0.080硬質独立気泡フォームは断熱性に優れる。
酸素指数％18〜25程度20〜30程度20〜35程度難燃剤、PIR化、密度により大きく変わる。

吸水率

材料・フォーム吸水・吸湿の傾向注意点
発泡ポリウレタン開放気泡では水を保持しやすく、独立気泡では比較的低い。水分は加水分解、断熱性能低下、カビ、寸法変化の原因となる。
PA6吸水率が高く、寸法、強度、剛性が変化しやすい。湿度管理と寸法補正が必要である。
PBTPAより吸水は少ないが、加水分解に注意が必要である。高温高湿、温水、アルカリ環境で確認が必要である。
PET吸水は比較的少ないが、成形前乾燥が重要である。水分により加水分解し、分子量低下が起こる。
PUポリエステル系は加水分解を受けやすく、ポリエーテル系は比較的耐水性に優れる。温水、蒸気、湿熱、洗浄剤との接触条件を確認する。

耐薬品性

発泡ポリウレタンの耐薬品性は、ポリオール種、イソシアネート種、架橋密度、セル構造、密度、添加剤、温度、薬品濃度、接触時間により変化する。下表は一般的な目安であり、長期浸漬、圧縮荷重下、温水、高温では別途確認が必要である。

薬品分類代表薬品評価備考
酸類希塩酸、希硫酸、酢酸△弱酸では短時間接触に耐える場合があるが、強酸、高温、長時間では分解、脆化が起こりやすい。
アルカリ類NaOH、KOH、水酸化ナトリウム水溶液△〜×ポリエステル系PUはアルカリ加水分解を受けやすい。強アルカリでは不適である。
低級アルコール類エタノール、IPA、メタノール△短時間拭き取りでは使える場合があるが、浸漬や繰り返し接触では膨潤、硬化、軟化を確認する。
高級アルコール類グリセリン、MMB、ブタノール△〜○薬品の極性、温度、接触時間により差がある。
芳香族炭化水素類トルエン、キシレン、エチルベンゼン×膨潤、軟化、接着層破壊が起こりやすい。
脂肪族炭化水素類ヘキサン、ヘプタン、ミネラルスピリット△硬質フォームでは比較的安定な場合もあるが、軟質フォームや接着層では膨潤に注意する。
ケトンアセトン、MEK、MIBK×溶解、膨潤、軟化が起こりやすく、一般に不適である。
エステル酢酸エチル、酢酸ブチル×膨潤、軟化、強度低下が起こりやすい。
塩素系溶剤ジクロロメタン、トリクロロエチレン、クロロホルム×溶解、膨潤が大きく、一般に使用を避ける。
水・温水水、温水、湿熱○〜△ポリエーテル系、独立気泡では比較的良い。ポリエステル系、温水、蒸気、長期湿熱では加水分解に注意する。
油鉱物油、潤滑油、植物油○〜△ポリエステル系は比較的良い場合がある。添加剤、可塑剤、油温により膨潤を確認する。
燃料ガソリン、軽油、灯油△〜×膨潤、軟化、抽出の可能性がある。燃料系用途では専用グレード確認が必要である。
SP値（溶解度パラメータ）
項目内容
代表的なSP値発泡ポリウレタンの代表的なSP値は、おおむね20〜24 MPa1/2程度である。配合、ポリエーテル系、ポリエステル系、架橋密度、発泡構造により変動する。
代表値としての設定本ページでは、計算上の目安として δ = 22.0 MPa1/2 を用いる。
注意書きSP値は溶解・膨潤傾向を推定する目安であり、耐薬品性を単独で判断する指標ではない。結晶性、架橋密度、セル構造、添加剤、薬品濃度、温度、応力、接触時間、加水分解性を合わせて評価する必要がある。
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

下表は、発泡ポリウレタンの代表SP値を22.0 MPa1/2とした場合の溶剤とのSP値差の目安である。実際の耐薬品性はSP値だけでなく、水素結合性、極性、分子サイズ、架橋構造、温度、接触時間、応力、発泡セル構造により異なる。

薬品名薬品のSP値
MPa1/2		SP値差評価備考
水47.925.9◎SP値差は大きいが、加水分解、吸水、開放気泡への浸入に注意する。
エタノール26.04.0△消毒用途では短時間接触でも硬さ、膨潤、表面変化を確認する。
IPA23.51.5×〜△SP値が近く、繰り返し接触や浸漬では注意が必要である。
メタノール29.67.6○〜△極性と水素結合性が高く、実使用では膨潤や抽出を確認する。
グリセリン36.214.2◎〜○高粘度で浸透しにくいが、長期接触では配合により差が出る。
MMB21.50.5×SP値が近く、膨潤・軟化の可能性が高い。
アセトン20.11.9×膨潤、軟化、溶解が起こりやすい。
MEK19.03.0×PUフォームには一般に不適である。
酢酸エチル18.23.8×膨潤、軟化、接着層破壊に注意する。
トルエン18.23.8×芳香族溶剤であり、発泡体を膨潤させやすい。
キシレン18.04.0×塗料、接着剤、洗浄剤中の含有に注意する。
n-ヘキサン14.97.1○〜△SP値差はあるが、油状成分の浸透、軟質フォームの膨潤を確認する。
鉱物油16〜175〜6○〜△油種、温度、添加剤、長期接触により変化する。
ジクロロメタン20.21.8×強い膨潤・溶解が起こりやすく、不適である。

製法

原料
原料区分代表例役割
ポリオールポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリマーポリオールフォームの柔軟性、硬さ、耐加水分解性、耐油性、圧縮特性を決める。
ポリイソシアネートTDI、MDI、ポリメリックMDI、変性MDIウレタン結合、尿素結合、架橋構造を形成する。
発泡剤水、CO2、炭化水素系発泡剤、HFO、HCFO密度、セル構造、断熱性を調整する。
触媒アミン触媒、有機金属触媒発泡反応と樹脂化反応の速度を調整する。
整泡剤シリコーン系界面活性剤セル径、セル安定性、開放気泡率、独立気泡率を制御する。
添加剤難燃剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、着色剤、帯電防止剤難燃性、耐候性、外観、電気特性、耐久性を付与する。
充填材・強化材炭酸カルシウム、ガラス繊維、鉱物フィラー、カーボン系フィラー剛性、寸法安定性、コスト、導電性、難燃性を調整する。
重合方法・発泡反応

発泡ポリウレタンは、ポリオール成分とイソシアネート成分を混合し、ウレタン化反応と発泡反応を同時に進行させて得られる。水発泡では、イソシアネートと水の反応でCO2が発生し、このCO2が気泡を形成する。

反応代表式説明
ウレタン化反応R−NCO + R’−OH → R−NH−CO−O−R’イソシアネート基と水酸基が反応し、ウレタン結合を形成する。
水発泡反応R−NCO + H2O → R−NH2 + CO2↑発生したCO2がフォームの気泡を形成する。
尿素結合形成R−NCO + R’−NH2 → R−NH−CO−NH−R’アミンとイソシアネートが反応し、硬さ、架橋、耐熱性に影響する尿素結合を形成する。
イソシアヌレート化3R−NCO → イソシアヌレート環構造PIR系硬質フォームで重要な反応であり、耐熱性、難燃性の向上に寄与する。
ペレット化やコンパウンド

発泡ポリウレタンは熱硬化性反応発泡材料であるため、一般的な熱可塑性樹脂のようにペレット化して再溶融成形する材料ではない。通常は、ポリオールブレンド液とイソシアネート液を二液または多液で供給し、混合直後に発泡・硬化させる。あらかじめ触媒、整泡剤、発泡剤、難燃剤、顔料、充填材をポリオール側に配合したシステム液として供給されることが多い。

代表的な工程
  • 原料設計：ポリオール、イソシアネート、発泡剤、触媒、整泡剤、添加剤を選定する。
  • 計量・混合：二液または多液を所定比率で計量し、高圧または低圧混合する。
  • 発泡：水発泡または物理発泡によりセル構造を形成する。
  • ゲル化・硬化：ウレタン化反応によりフォーム骨格を形成する。
  • 後硬化：必要に応じて室温または加温で残留反応を進める。
  • 二次加工：切断、打ち抜き、研磨、貼り合わせ、表皮材ラミネートを行う。

詳細な利用用途

用途分野具体例選定理由注意点
自動車シートクッション、ヘッドレスト、アームレスト、天井材、吸音材、衝撃吸収材軽量性、クッション性、吸音性、成形自由度に優れる。難燃性、VOC、臭気、耐熱老化、圧縮永久ひずみを確認する。
電気・電子緩衝材、シール材、防振材、断熱材、ポッティング周辺部材振動吸収、隙間充填、軽量化に有効である。アウトガス、難燃性、帯電、接点汚染を確認する。
機械部品防振パッド、吸音材、保護カバー、ローラー芯材、クッション材衝撃吸収、防振、軽量性に優れる。油、熱、荷重、摩耗、圧縮永久ひずみに注意する。
医療・介護体圧分散マットレス、車椅子クッション、保護パッド、固定材体圧分散性、柔軟性、衝撃吸収性に優れる。洗浄剤、消毒剤、皮膚接触、安全性、生体適合性を確認する。
食品機械保冷材周辺、断熱材、緩衝材、シール補助材断熱性、軽量性、加工性に優れる。食品直接接触、洗浄剤、熱水、蒸気、法規制への適合確認が必要である。
建築・設備吹付断熱、断熱ボード、サンドイッチパネル、配管断熱、冷凍冷蔵設備低熱伝導率、軽量性、現場発泡性、接着性に優れる。燃焼性、発煙性、防火規制、吸水、施工条件、発泡剤規制を確認する。
包装・物流緩衝材、保護材、精密機器梱包、輸送用パッド衝撃吸収性、加工性、軽量性に優れる。粉落ち、帯電、再利用性、圧縮永久ひずみに注意する。
家具・寝具ソファ、椅子、マットレス、枕、低反発クッション座り心地、寝心地、反発弾性、体圧分散性に優れる。へたり、通気性、難燃性、臭気、湿気を確認する。

用途別選定

用途推奨されるフォーム重視する物性注意点
ギア一般に不向き剛性、耐摩耗性、寸法精度ギア用途ではPOM、PA66、PEEKなどを検討する。
軸受一般に不向き摺動性、耐摩耗性、耐荷重性軸受用途ではPTFE、POM、PA、PEEKなどが比較対象となる。
チューブ発泡チューブ、断熱チューブ断熱性、柔軟性、耐水性流体接触用途では耐薬品性と食品・医療適合性を確認する。
筐体GF強化構造用PU、インテグラルスキンフォーム軽量性、剛性、外観性通常の薄肉精密筐体ではABS、PC、PC/ABSなどが多い。
フィルム発泡PU単体では一般に不向き薄膜性、透明性、バリア性PUフィルムはTPU系で検討されることが多い。
コネクタ一般に不向き寸法精度、耐熱性、電気絶縁性コネクタ用途ではPBT、PA、LCP、PPSなどが比較対象となる。
断熱材硬質PUフォーム、PIRフォーム熱伝導率、独立気泡率、寸法安定性、難燃性建築用途では防火認定、発煙性、施工条件を確認する。
クッション軟質PUフォーム、高反発フォーム、低反発フォーム硬さ、反発弾性、圧縮永久ひずみ、通気性長期荷重、湿気、熱、難燃性、臭気を確認する。

難燃性

項目代表的な傾向注意点
燃焼性標準的なPUフォームは有機発泡体であり、燃焼性を持つ。用途により難燃グレード、防火認定品、PIR系を選定する。
UL94グレードによりHB、HBF、HF-1、V-0相当などが設定される場合がある。フォームの厚み、密度、試験片形状により評価が異なる。
酸素指数標準品は18〜25％程度、難燃品やPIR系ではより高い値を示す場合がある。酸素指数だけで実火災安全性は判断できない。
発煙性燃焼時に煙や分解ガスを発生する。建築、車両、電気機器用途では発煙性、毒性、規格適合を確認する。
難燃剤リン系、窒素系、ハロゲン系、膨張黒鉛などが使用される場合がある。RoHS、REACH、ハロゲンフリー要求、ブリードアウトを確認する。

法規制

法規制・規格確認内容注意点
RoHS鉛、カドミウム、水銀、六価クロム、特定臭素系難燃剤、フタル酸エステル類などの制限物質。難燃剤、顔料、可塑剤、触媒、添加剤由来の含有確認が必要である。
REACHSVHC、制限物質、登録状況。欧州向け製品では最新のSVHCリスト確認が必要である。
食品衛生食品接触材料としての適合性、溶出試験、使用温度。発泡PUは食品直接接触には専用品が必要であり、一般品の転用は避ける。
FDA米国食品接触用途または医療用途での適合確認。FDA適合は材料全体、配合、用途条件で確認する必要がある。
医療用途生体適合性、皮膚刺激性、抽出物、滅菌耐性。ISO 10993などの確認が必要となる場合がある。
建築規制防火材料、断熱材認定、発煙性、施工基準。地域、建築用途、壁・屋根・天井などの使用部位により要求が異なる。
発泡剤規制オゾン層破壊係数、地球温暖化係数、VOC規制。発泡剤は地域規制や環境要求により選定が変わる。

注意点

  • 加水分解：ポリエステル系PUは高温高湿、温水、アルカリ環境で加水分解しやすい。
  • 応力割れ：フォームでは典型的な応力割れよりも、圧縮永久ひずみ、セル破壊、表皮割れが問題となりやすい。
  • 吸湿・吸水：開放気泡では水を保持しやすく、断熱性、衛生性、寸法安定性に影響する。
  • 熱劣化：高温では黄変、硬化、軟化、脆化、粉化、臭気発生が起こる場合がある。
  • 紫外線劣化：屋外使用では黄変、表面劣化、強度低下が起こりやすく、表皮材や塗装による保護が必要となる。
  • アウトガス：自動車、電子機器、医療用途ではVOC、臭気、曇り性、接点汚染を確認する。
  • 燃焼性：標準品は燃焼性を持つため、用途に応じて難燃グレードや防火認定品を選定する。
  • 溶剤影響：ケトン、エステル、芳香族溶剤、塩素系溶剤では膨潤、軟化、溶解が起こりやすい。

関連材料との比較

比較材料特徴発泡ポリウレタンとの違い
ポリウレタンウレタン結合を持つ樹脂・エラストマーの総称。発泡ポリウレタンはポリウレタンを発泡させた材料であり、密度、断熱性、クッション性が大きく異なる。
軟質ウレタンフォーム柔軟な開放気泡フォーム。発泡ポリウレタンの中でもクッション、吸音、体圧分散用途に適した分類である。
硬質ウレタンフォーム硬質で独立気泡を持つ断熱フォーム。断熱性、寸法安定性に優れるが、軟質フォームのようなクッション性は小さい。
発泡ポリスチレン軽量で成形性が良く、断熱材、緩衝材に使われる。PUフォームの方が断熱性、接着性、現場発泡性に優れる場合がある。EPSはコスト面で有利な場合が多い。
発泡ポリエチレン耐水性、柔軟性、緩衝性に優れる発泡体。PEフォームは耐水性、耐薬品性に優れるが、PUフォームはクッション設計や低反発性、現場発泡性で有利な場合がある。
EVAフォーム柔軟性、耐水性、クッション性に優れる発泡体。EVAは靴底、マット、スポーツ用品に多く、PUフォームは座席、寝具、断熱材に多い。
フェノールフォーム難燃性、断熱性に優れる熱硬化性発泡体。フェノールフォームは難燃性に優れるが脆い傾向があり、PUフォームは成形自由度と接着性に優れる。
発泡ポリプロピレン軽量、耐衝撃性、耐水性、リサイクル性に優れる発泡体。EPPは繰り返し衝撃や成形品用途に強く、PUフォームはクッション性、低反発性、断熱用途で使いやすい。

代替材料比較

比較テーマ候補材料選定の考え方
クッション材軟質PUフォーム、EVAフォーム、PEフォーム、ゴムスポンジ座り心地や体圧分散ではPU、耐水性ではPEやEVA、耐候性ではEPDMスポンジが候補となる。
断熱材硬質PUフォーム、PIRフォーム、EPS、XPS、フェノールフォーム高断熱性と現場発泡性ではPU、難燃性ではPIRやフェノール、コストではEPSやXPSが比較対象となる。
衝撃吸収材半硬質PUフォーム、EPP、EVA、PEフォーム繰り返し衝撃ではEPP、柔らかい衝撃吸収ではPUやEVAが候補となる。
摺動部品POM、PA、PTFE、PEEK発泡PUは摺動部品には一般に不向きであり、耐摩耗性と寸法精度が必要な場合は結晶性樹脂を検討する。
高温部品PPS、PEEK、PIRフォーム、フェノールフォーム発泡PUは高温連続使用に限界があるため、150℃以上の環境では耐熱樹脂や無機断熱材を検討する。

代表的なメーカー

メーカー代表製品・ブランド概要
株式会社イノアックコーポレーションカラーフォーム、各種ウレタンフォーム製品日本のポリウレタン、ゴム、プラスチック、複合材料メーカー。軟質フォーム、産業資材、自動車、寝具、建材関連など幅広い用途に展開している。
BASFElastopor、Elastofoam、Autopour、WALLTITE などポリウレタン原料、硬質フォームシステム、スプレーフォーム、成形用フォームシステムなどを扱う大手化学メーカーである。
CovestroDesmodur、Desmophen、Arcol、Acclaim、Hyperlite などポリウレタン用イソシアネート、ポリオール、フォーム原料を扱う大手材料メーカーである。軟質、硬質、インテグラルスキンフォーム向け材料を展開している。
DowVORANOL、VORANATE、VORASURF などポリウレタン原料、ポリオール、イソシアネート、整泡剤、添加剤などを提供する大手化学メーカーである。
HuntsmanRUBINATE、JEFFOL、DALTOFOAM などポリウレタン用MDI、ポリオール、システム原料を扱うグローバルメーカーである。断熱材、自動車、家具、建材向けに展開している。
BASF INOAC POLYURETHANES Ltd.Foamlite、Lupranate、Cellasto などポリウレタンシステム、MDI、エラストマー関連材料を扱う企業である。日本市場向けのPU材料、フォームシステムに関連する。
Recticel Engineered Foams各種エンジニアードPUフォーム産業用途向けポリウレタンフォーム、吸音材、フィルター、シール、医療・車両向けフォームなどを扱うメーカーである。

関連キーワード

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