PTFEとは？高機能樹脂バルフロン®の特性や用途、調達法など徹底解説

耐熱性や非粘着性、電気絶縁性など、優れた特性によってさまざまな現場で不可欠とされる高性能樹脂PTFE。しかし、私たちの暮らしや産業にどれほど深く関わっているかを意識したことがある人は少ないのではないでしょうか。

本記事では、当社バルカーの高機能樹脂担当スタッフがPTFEの基礎知識から応用例、調達方法に至るまで徹底解説します。創業以来70年以上に渡って積み上げてきた確かな技術と知見をもとに、信頼性の高い情報をお届けしますので、ぜひ参考にしてください。

PTFEの基本情報と特徴

PTFEはスーパーエンプラの中でも優れた特性を持つ材料です。この章では、PTFEの歴史から基本構造や特性、そして他のスーパーエンプラとの違いについて解説します。

PTFEの発見と発展

PTFEは炭素とふっ素からなるスーパーエンプラの一種で、その正式名称は「ポリテトラフルオロエチレン（Poly Tetra Fluoro Etylene）」です。耐熱性や耐薬品性など、多彩な特性を備えたこの材質は、1938年に米国デュポン社のプランケット博士による冷媒研究の過程で偶然発見されました。

博士はテトラフルオロエチレン（TFE）ガスを圧力容器に保存していた際、ガスが重合して白い粉末が生成されていることに気付きました。この粉末がPTFEです。その後、デュポン社は1947年に「テフロン®」の商標でPTFEを市販化し、日本では1952年にバルカーが「バルフロン®」として製品化。家庭用品から先端産業まで、現在に至るまで幅広い分野で活用されています。

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PTFEの化学構造と特性の源泉

PTFEの優れた特性は、その独特の化学構造によって支えられています。PTFEは炭素原子が直線状に結合した炭素鎖を、ふっ素原子が完全に覆う構造をしています。この分子構造は非常に安定しており、特性の源泉となっています。

具体的には、炭素－ふっ素結合（C-F）の結合エネルギーが非常に強いため、260℃の高温下でも分解や変性が起こりにくい耐熱性を発揮します。

また、ふっ素原子が化学反応を防ぐ働きを持つことで、強酸や強アルカリにも侵されない高い耐薬品性を示します。さらに分子表面の滑らかさにより、物質が付着しにくい非粘着性が得られます。このようにPTFEは、化学構造から生まれる特性により、工業用途でも日常用品でもその性能を発揮します。

PTFEの製造法

PTFEはその独特な化学構造と特性を実現するために、精密な化学反応とプロセス管理を経て製造されます。

原材料と化学反応

PTFEは蛍石（フルオライト）を原材料として製造します。蛍石を硫酸と反応させてフッ酸を生成し、これをクロロホルムと反応させることでモノクロルジフルオロメタンを得ます。

このモノクロルジフルオロメタンを熱分解することで、テトラフルオロエチレン（TFE）が生成されます。TFEはPTFEの基本構成要素であり、この段階の化学反応は、高い安定性を持つPTFEの特性を形作る基盤となります。

重合方法

TFEをPTFEへと変化させる重合工程には、主に2つの方法が採用されています。1つは懸濁重合で、水とTFEガスを耐圧容器内で反応させ、直径数mmの粉末を生成する方法です。この粉末はさらに微粉化され、モールディングパウダーとして使用されます。

もう1つは乳化重合で、ふっ素系界面活性剤を使用し、微細なPTFE粒子を生成します。この粒子は乾燥・凝析の工程を経てファインパウダーやディスパージョン液として利用され、用途に応じて多彩な形態で活用されています。

PTFEとその他スーパーエンプラとの違い

PTFEはスーパーエンプラの中でも、特に耐熱性・非粘着性・耐薬品性において優れています。

たとえば、連続使用温度が260℃に達するPTFEは、PPSやPEEKなど、他のスーパーエンプラでは対応できない過酷な温度環境で使用可能です。また、その滑らかな分子表面による非粘着性は、食品加工やフライパンのコーティングに最適です。

さらに、PTFEはほとんどの化学薬品に耐性を持ち、極めて過酷な化学環境でも性能を維持します。一方で、PEEKは機械的強度が高いものの、耐薬品性には限界があり、PPSはコストパフォーマンスで優れる反面、PTFEほどの非粘着性を持っていません。これにより、PTFEは特定の用途や環境において、他のスーパーエンプラを凌駕する選択肢となっています。

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PTFEのメリット・デメリット

PTFEは、耐熱性や耐薬品性をはじめとする多くのメリットを持つ一方で、使用時に留意すべきデメリットも存在します。この章では、PTFEの特徴における長所と短所について具体的に解説します。

PTFEのメリット

PTFEには、以下のような長所が挙げられます。

まず、PTFEの耐熱性は非常に優れており、260℃という高温下でも安定した性能を発揮します。この特性は、製造現場の高温環境や調理器具のコーティング材として重宝されています。また、ほとんどの酸やアルカリに侵されない耐薬品性を持ち、化学薬品を扱う製造現場において欠かせない素材です。

さらに、PTFEは非粘着性も有しており、物質が表面に付着しにくいため、フライパンや食品加工設備で広く利用されています。同様に、極めて低い摩擦係数を持つため、潤滑剤なしでも滑りが良く、製造機械の回転部品などで高い効率を発揮します。

電気絶縁性の高さもPTFEの特徴のひとつであり、広い周波数や温度領域で安定しているため、電子機器の絶縁材料として使用されます。この他にも、紫外線や環境劣化に対する耐候性が高く、屋外での長期使用にも適しています。また、難燃性や低吸水性により、安全性や耐久性を求められる用途でも優れた性能を示します。

PTFEのデメリット

PTFEには、以下のような短所が挙げられます。

まず、PTFEは温度変化による線膨張が大きい点がデメリットです。たとえば、常温で寸法通りの部品が高温環境下で膨張し、仕様が合わなくなる場合があります。具体的には、25℃でΦ30 × 1,000（mm）の丸棒は、100℃の環境下で約1,010（mm）に膨張し、0℃では約995（mm）に収縮します。特に、23℃にはガラス転移点（Tg）があり、この領域をまたぐと寸法変化が大きくなります。これを防ぐためには、製品を使用する環境に合わせた設計や試験が必要です。

また、PTFEの成形時に内部に残る応力（材料内部に残っているストレス）が、後の加工や使用時に変形の原因となることがあります。あらかじめアニール処理を行うことで、この問題を軽減できますが、加工コストが増加する可能性もあります。

さらに、外部からの高荷重により、時間とともに変形するクリープ現象が発生します。PTFEは樹脂の中では弾力性と柔軟性が高いため、使用時に著しい荷重がかかると、時間とともに変形が進みます。クリープを抑えるためには、充填材を加えたPTFE素材を使用したり、シール材であれば厚くするなどの工夫が求められます。

最後に、PTFEは静電気を帯びやすい性質を持つため、燃料や可燃性物質の近くで使用する際には注意が必要です。静電気抑制剤を混合することでこの問題を改善できますが、設計段階での考慮が不可欠です。

出典：バルカー技術誌 No.47 SUMMER 2024

PTFEの成形方法

PTFEの成形方法はその特性に基づき、特殊な技術が必要です。特に、PTFEは融点以上でも溶解しない性質を持つため、通常の樹脂加工法である押出成形や射出成形が使用できません。そのため、形状や用途に応じた独自の加工法が用いられています。この章では、代表的な成形方法と具体例を解説します。

圧縮成形

圧縮成形は、PTFEを成形する際に広く採用される基本的な方法です。この方法では、モールディングパウダーを金型に充填し、常温で圧縮して成形体を作成します。その後、成形体を焼成炉で加熱し、粉末を融着させます。

この方法は棒材や管材、板材など切削用の素材を製造する際に最適です。化学プラントで使用されるPTFEライニング管やシート、各種の工業用シール材が圧縮成形で製造されています。

ラム押出成形

ラム押出成形は、長尺のロッドやパイプを連続成形する際に用いられる手法です。金型と加熱ヒーターを組み合わせ、油圧シリンダーで押し込みながらPTFEを融着させて成形します。

この方法は、防食パイプや耐薬品性の高い配管材料の製造に適しています。耐薬品性が求められる工業用配管や長尺の絶縁チューブがラム押出成形で作られています。

切削加工

PTFEの柔軟性と弾力性を活かした加工法として、切削加工が挙げられます。この方法では、成形された素材を機械で削り出し、特定の形状に加工します。

摩擦抵抗が小さいPTFEの特性により、加工は比較的容易であり、精密な部品の製造が可能です。医療分野で使用されるカテーテル部品や自動車産業向けのシール材は、切削加工で製造されています。

特殊加工（フィルム・シートなど）

フィルムやシート形状に加工する場合、成形素材をかつら剥きの要領で切削する方法が一般的です。さらに薄いフィルムが必要な場合には、加熱ロールを用いて延伸加工を施します。

一方で、チューブやテープシールといった特定の形状を製造する際には、ファインパウダーが利用されます。ファインパウダーの粒子はスポンジ状の多孔質構造を持ち、潰れやすく、せん断力を加えることで簡単に繊維化し変形しやすい性質があります。この特性を活かすために、押出助剤を添加して押出用の成形体を作成します。この成形体を押出成形により加工することで、チューブやテープシールといった形状を効率的に製造できます。

また、ディスパージョン液はPTFE含浸ガラスクロスを製造する際に広く使用されています。ディスパージョン液にガラスクロスを含浸させ、乾燥焼成を繰り返すことで、耐薬品性や耐熱性に優れた厚みのあるコーティング材を作成することが可能です。食品加工のベルトコーティングや、半導体製造装置で使用されるPTFE含浸ガラスクロスがこの方法で作られます。

PTFEを取り扱う上での注意点

PTFEは多くの優れた特性を持つ一方で、その性質から取り扱うにあたって注意が必要な点もあります。代表的な注意事項について解説するので、選定時の参考にしてください。

線膨張が大きい

PTFEは温度変化による寸法変化（線膨張）が大きいという特徴を持っています。この性質により、加工や使用時には温度の影響を考慮する必要があります。PTFEは金属に比べて大幅な寸法変化を示し、温度が高くなるほど膨張し、低くなるほど収縮します。そのため、特に高い寸法精度が求められる場合には慎重な対応が必要です。

たとえば、PTFE製の部品が高温の環境で膨張すると、設計寸法が変化し、密閉性や部品同士の接続性に影響を与えることがあります。そのため、加工の際には荒加工後に熱処理を施して内部応力を解放する手順が推奨されます。これにより、線膨張の影響を最小限に抑えることが可能です。

高温下でのガス発生に注意

PTFEは耐熱性に優れていますが、350℃以上の高温環境では分解が進み、有害なガスを発生することがあります。この分解ガスにはフッ素系化合物が含まれており、それを吸入すると「ポリマーヒューム熱」と呼ばれるインフルエンザに似た症状を引き起こすことがあります。症状は軽度で後遺症が残ることは少ないものの、健康リスクを避けるための予防が重要です。

350℃を超える環境で使用する際には、適切な換気設備を設置するか、密閉された環境での使用を避けるといった対策が求められます。また、加熱作業を伴う工程では、防毒マスクや作業エリアのガス検知器を利用することが推奨されます。

静電気による火災リスクへの注意

PTFEは静電気を帯びやすい性質があり、使用環境によっては注意が必要です。特に、可燃性物質の近くでの取り扱いには十分な配慮が求められます。PTFEは電気を通しにくいため、使用中に静電気が蓄積しやすくなります。この静電気が原因でスパークが発生すると、火災や爆発のリスクが高まる可能性があります。

たとえば、燃料タンクのライニングや化学プラントでの使用では、静電気の蓄積を防ぐために導電性を持つカーボンを添加したPTFEが使用されることがあります。また、静電気を放電するための接地装置を設置することで、安全性を向上させることが可能です。

長時間の荷重による形状変化への対策

PTFEは荷重が長時間加わると、徐々に形状が変化する「クリープ変形」を引き起こすことがあります。この特性により、設計や運用において工夫が必要です。PTFEは弾力性と柔軟性に優れていますが、これにより長時間の荷重に耐えると形状が歪む傾向があります。特に、高温環境下ではクリープの速度がさらに速まります。

たとえば、シール材やガスケットとして使用される場合、クリープ変形により密閉性が低下するリスクがあります。これを防ぐためには、充填材を混ぜたPTFEを使用するか、設計段階で厚みを増やして変形量を抑える工夫が求められます。

PTFEの主な用途と産業での活用例

PTFEはその優れた特性を活かして、産業から日常生活まで幅広く活用されています。この章では、主な用途を分野ごとに整理し、それぞれの具体例について詳しく解説します。

半導体産業

半導体産業では、PTFEは次のような用途に利用されています。

半導体製造の工程では、ウエハー上に微細な回路を形成するために、強酸や強アルカリといった薬液が使用されます。この工程では、薬液が接触するタンクや配管、ポンプ、バルブの内側に高い耐薬品性を持つPTFEが使用されることで、不純物の混入を防ぎ、安定した製造環境を確保しています。PTFEはこうした用途を通じて、半導体製造の高い品質基準を支える重要な材料です。

電子機器産業

電子機器産業では、PTFEは以下の用途で活用されています。

電子機器の製造現場では、PTFEの高い電気絶縁性が求められます。広い温度や周波数範囲で安定した誘電正接を発揮するため、電線の被覆材料や電子部品の絶縁材として使用されています。さらに、過酷な環境下でも性能を維持できる特性から、高信頼性が必要な航空宇宙分野でも採用されています。これにより、PTFEは電気的安定性を要するすべての分野で欠かせない素材となっています。

医療産業

医療産業では、PTFEは以下の用途が挙げられます。

PTFEは人体に対して反応性が極めて低いため、医療分野での利用価値が高い素材です。特に、カテーテルや人工血管など、体内に使用される医療機器の材料として広く採用されています。また、薬品耐性や非粘着性といった特性が求められる医療現場においても、PTFEはその機能性と安全性の高さが評価されています。

自動車産業

自動車産業では、PTFEは次の用途で活用されています。

PTFEは、耐久性や耐熱性、安全性が求められる自動車部品にも幅広く採用されています。エンジン周辺の高温環境にさらされる部品や、摩耗が発生しやすいガスケットやシール材などで高性能を発揮しています。また、新エネルギー車の開発に伴い、高電圧部品の絶縁材料としても注目されており、次世代の自動車製造においても重要な役割を果たしています。

その他生活環境を支える役割

産業用途にとどまらず、次のような生活環境の分野でもPTFEは活躍しています。

東京ドームのような大型テント膜では、耐候性が活かされ、長期間使用しても劣化しにくいという特徴が評価されています。また、住宅建材や衣料品では、防汚性や撥水性が役立ち、日常生活をより快適にするための素材として採用されています。さらに、グリーンハウスでは光透過性を活かしたフィルム素材として使用され、農業分野でもその特性が広く活用されています。

PTFE（バルフロン®）の種類および商品ラインナップ

PTFEには、用途や性能の要件に応じてさまざまなグレードや充てん材タイプが用意されています。また、バルカーではこれらの特性を活かした幅広い商品ラインナップを展開しており、多くの産業で活用されています。この章では、PTFEの主要なグレードと当社の提供するバルフロン®の商品ラインナップおよび制作事例についてご紹介します。

より詳細な商品ラインナップをご希望の方はバルカー製品情報をご確認ください。

PTFE（バルフロン®）の主要なグレードと特徴

PTFEはその優れた特性をさらに引き出すために、標準タイプから充填材を加えた特殊グレードまで、さまざまなタイプが展開されています。それぞれの特徴と用途について詳しく解説します。

標準および変性グレード

標準および変性グレードは、PTFE本来の特性を活かした汎用性の高いタイプです。耐熱性や耐薬品性、非粘着性のバランスに優れ、さまざまな用途で使用されています。

各種充てん材グレード

グラスファイバーやグラファイト、ブロンズ、カーボン、炭素繊維などの充てん材を配合したグレードは、特定の物性を強化しています。これにより、より過酷な環境での使用が可能となり、幅広い産業で活躍しています。

当社ラインナップおよび制作事例の紹介

当社バルカーは1951年に、米国よりPTFE原料パウダーを10kg輸入。1952年にふっ素樹脂加工技術研究を終えて、PTFEを「バルフロン®」として製品化し、販売したことからはじまりました。

バルフロン®の豊富なラインナップを通じて、多様なニーズに対応する製品を提供しています。以下に代表的な製品群を紹介します。

バルカーのバルフロン®シリーズは、PTFEの特性を最大限に活かし、多様な産業や用途に対応する幅広い製品ラインナップを展開しています。標準グレードから充填材を加えた特殊グレードまで、用途に応じた最適な製品選びをサポートします。

高品質なバルフロン®製品は、バルカーの技術力とともに、産業界のさまざまなニーズに応え続けています。

PTFEの市場動向と最新トレンド

PTFEは、先端技術や社会的ニーズの変化に応じて、用途や市場が急速に広がりを見せています。この章では、PTFEにおける最新の市場動向や今後の展開について詳しく解説します。

半導体業界で拡大する需要

半導体製造におけるPTFEの需要は、今後も順調な拡大が見込まれています。特に、薬液管理や耐薬品性が求められる分野で、PTFEは欠かせない存在です。5G通信やAI（人工知能）、自動運転技術などの進展により、さらなる成長が予測されています。この分野では、高純度の薬液を取り扱うため、耐薬品性と非粘着性を兼ね備えたPTFEが必須材料となります。

市場レポートによると、2024年には世界半導体売上高が前年比18.8%増の6298億ドル、2025年には13.8%増の7167億ドルに達する見込みです。これに伴い、半導体製造装置や薬液配管でのPTFE使用がさらに広がると考えられます。需要の拡大により、PTFEは半導体産業を支える重要な材料として、引き続き高い需要を誇るでしょう。

自動車分野での新たな役割

自動運転技術の進展により、自動車分野でのPTFEの活用が加速しています。特に、ミリ波レーダや高電圧系統での使用が注目されています。自動運転を支えるミリ波レーダは、電装ロスを極限まで抑える必要があります。そのため、絶縁性が高く、耐熱性に優れたPTFEが使用されることが一般的です。

また、電気自動車（EV）では高電圧部品の絶縁材としての役割が期待されています。既存の先進運転支援システム（ADAS）や、アクティブクルーズコントロールに活用されているPTFEは、次世代自動運転車両での活躍がさらに拡大すると予測されます。今後、PTFEは自動車の進化に欠かせない素材として、モビリティの未来を支える存在です。

DXが変えるPTFE調達の未来

デジタルトランスフォーメーション（DX）の進展により、PTFE製品の調達が効率化されています。従来の方法に比べて、スピーディで柔軟な調達が可能になりました。従来の調達プロセスでは、サプライヤーの選定、工場視察、サンプル作成、加工方法の相談など、多くの手間と時間が必要でした。しかし、DXの導入により、これらのプロセスがオンラインで完結できるようになりました。

当社バルカーが展開するデジタル調達サービスQuick Value™では、図面をアップロードするだけで迅速な見積もりを取得でき、2時間以内のレスポンスを提供。これにより、設計から調達までの時間が大幅に短縮されます。DXの進展により、PTFE製品の調達プロセスに革命をもたらし、顧客にとって大きな価値を提供しています。

PTFEの調達ならQuick Value™

Quick Value™は当社バルカーが提供するPTFEやエンプラ製品の調達を効率化するデジタルサービスです。WEB上で簡単に見積り依頼から製品の発注まで完了することができ、短時間で高品質な調達を実現します。

図面をアップロードするだけで、原則2時間以内にお見積りをご提示します。また、バルフロン®をはじめとするPTFE製品の豊富なラインナップに対応しており、切削加工品や特殊加工品についても幅広いオプションを提供しています。