試作人基礎講座

材料解説シリーズ！！本日はPEEKについて解説します！
難削材の樹脂でもあるPEEKの特徴など解説していきますので是非ご覧ください♪

PEEKとは

PEEK樹脂は「ポリエーテルエーテルケトン」という名称のスーパー・エンジニアリング・プラスチックです。
日本語では「ピーク樹脂」と呼ばれています。
PEEK樹脂は、芳香族ポリエーテルケトン(PAEK)樹脂と呼ばれる熱可塑性樹脂群の一種です。
連続使用温度は260℃と高く、耐熱性、耐薬品性、耐熱水性、難燃性、力学的特性、電気的特性に優れており、スーパー・エンジニアリング・プラスチックのなかでも最も高性能な樹脂の一つとして知られています。

PEEK樹脂は、英国のICI社(現:Victrex社)によって1978年にはじめて開発されました。
今日までPEEK樹脂以外にも様々なPAEK樹脂が開発されてきましたが、PEEK樹脂のほうが加工性や物性が優れていたため、ほかのPAEK樹脂の多くは開発が中止されました。
現在は、PEEK樹脂がPAEK市場をほぼ独占しています。

PEEK樹脂は、パウダーやペレットなど、さまざまな形状で製造、販売されています。
PEEK樹脂の価格は1kg当たり1万円程度と、他の樹脂に比べてかなり高価です。
しかし、総合的な性能が非常に優れているため、先端分野を支える素材として多くの用途に活用されています。

PEEK樹脂の種類

基本グレード

通常、単に「PEEK」と呼ばれる製品は基本グレードです。
上述の通り、耐熱性や耐薬品性などに優れた、スーパー・エンジニアリング・プラスチックです。

強化グレード

強化グレードは、基本グレードのPEEKに繊維などを添加して機械的強度を向上させた製品です。
ガラス繊維を添加した「ガラス繊維強化グレード」や、炭素繊維を添加した「炭素繊維強化グレード」などがあります。
強化グレードは、基本グレードに比べて強度とモジュラス(弾性をもつ物体に応力を加えた際に、元に戻ろうとする力)がはるかに向上し、短期耐熱性の評価基準である熱変形温度がきわめて高くなる点がメリットです。
一方、添加した繊維の影響で切削加工性は悪くなります。

摺動グレード

基本グレードに炭素繊維、黒鉛、および四フッ化エチレン(PTFE)をそれぞれ10％程度添加して、摺動性や耐摩耗性を向上させたグレードです。
自動車や工業などの分野で、歯車や軸受けによく使用されます。

導電グレード

導電グレードは、基本グレードに炭素繊維を添加して導電性を向上させた製品です。
静電気やほこりを嫌う、微小な電子部品などによく使用されます。
強化グレードと同じく、炭素繊維により切削加工性が悪化する点には注意が必要です。

PEEKの特徴

PEEK樹脂のメリット

耐熱性や高温特性に優れる

PEEK樹脂の連続使用温度は260℃程度と、一般的なスーパー・エンジニアリング・プラスチック(連続使用温度:150℃以上)と比べて非常に高温です。
融点は334℃ときわめて高く、成形時には400℃に近い高温で溶融させます。
さらに、PEEK樹脂は熱水やスチームに対しても耐性があり、オートクレーブによる高圧蒸気滅菌も可能です。
高温環境下で安定した物性を維持できる点は、PEEK樹脂の大きな強みだといえます。

機械的特性が高い

PEEK樹脂は、高温環境下でも優れた機械的特性(引張強度や耐衝撃性、耐クリープ性、耐摩耗性など)を示します。
上述のように、ガラス繊維や炭素繊維を添加すれば、さらに強度を向上させることができます。

耐薬品性に優れる

PEEK樹脂の大きな強みの1つが、耐薬品性の高さです。
濃硫酸中では溶解してしまいますが、その他ほとんどの酸やアルカリ、有機溶媒に対しては、高温下でも耐性を示します。
薬品に触れる医療機器などにも問題なく使用できる点がメリットです。

食品安全性が認められている

PEEK樹脂は、日本の食品衛生法や米国FDA(食品医薬品局)などの規格を満たしており、食品に対しても安全に使用できます。
そのため、食品や飲料の加工装置にPEEK製の部品を用いるケースもよく見られます。

ほかのPAEK樹脂よりも成形しやすい

一般に、成形温度が樹脂の分解温度に近くなると、成形が難しくなります。
PEEK樹脂はほかのPAEK樹脂よりも成形温度が低い(380～400℃程度)ため、溶融成形しやすい点がメリットです。

PEEK樹脂のデメリット

コストが高い

PEEK樹脂の価格は2022年10月の時点では1kg当たり約1万円と、スーパー・エンジニアリング・プラスチックのなかでも非常に高価です。
樹脂価格は原材料費の変動などの影響により変化するものの、この価格は汎用樹脂の約50倍、一般的なエンジニアリング・プラスチックの約30倍にもなります。
原料コストを削減して価格を抑えることができれば、PEEK樹脂の需要や生産規模はより大きくなると予想されています。

強度が非常に高いため、切削加工や切断加工が難しい

前述のように、PEEK樹脂は強度が高い点が大きなメリットです。
しかし、強度の高さゆえに、切削加工や切断加工の際に割れや欠けが発生してしまうのがデメリットです。
さらに刃物が欠けたり折れたりするケースもあります。
刃物を使用してPEEK樹脂を加工する場合は、注意しましょう。

PEEK樹脂の主な用途

PEEK樹脂は、信頼性の高い樹脂として様々な産業で活用されています。
一例として挙げられるのは、宇宙・航空、自動車、医療機器、3Dプリンタ、食品、半導体などの分野です。

自動車分野では、軽量化や性能向上、コスト削減のために金属部品をPEEK樹脂に置き換える動きが進んでいます。
金属性のギアをPEEK製に置き換えれば、不要なノイズや振動を抑えることも可能です。
メディカル分野では、注射針やインプラント、義歯などにPEEK樹脂が活用されています。
PEEK樹脂は体内で無毒かつ不活性で生体適合性が高いため、メディカル用途に適しているのです。
世界各国の材料メーカーから、さまざまな医療用PEEK樹脂が販売されています。

PEEK樹脂は、3Dプリンタ用のフィラメントとしても注目をされています。
ドイツのIndmatec社(現:Apium社)は、2015年にPEEK樹脂専用の3Dプリンタを初めて開発しました。
同社はメディカル分野をターゲットの1つに定めており、現在は医療現場に特化した3Dプリンタも販売しています。

こちらの記事はmeviy様の記事を参照しております。

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