テフロン(PTFE)は、調理器具から航空宇宙産業に至るまで、あらゆる産業に不可欠なユニークな特性を持つ注目すべきフッ素樹脂である。極めて高い耐薬品性、温度安定性、非粘着性を併せ持つPTFEは、その分子構造における強力な炭素-フッ素結合に由来しています。PTFEは苛酷な環境において卓越した性能を発揮する一方で、クリープや低強度といった機械的な制約があり、慎重なエンジニアリングを必要とする。PTFEは、生体適合性と規制当局の承認が医療用途を可能にし、誘電特性は電子機器に有益です。これらの特性を理解することは、設計や材料の変更によって制限を緩和しながら、適切な用途を選択するのに役立ちます。
キーポイントの説明
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卓越した物理的特性
- 低摩擦＆ノンスティック:PTFEは固体の中で最も摩擦係数が低い（0.05～0.10）ため、こびりつきにくい調理器具やベアリングを作ることができる。 (PTFEテフロン)
- 耐熱温度:連続的に-200°Cから+260°Cまで安定、300°Cまで短いピークあり
- 低温での柔軟性:多くのポリマーとは異なり、極低温条件下でも柔軟性を維持
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耐薬品性・耐環境性
- 不活性:溶融アルカリ金属とフッ素ガスを除く、ほぼすべての化学薬品に耐性を持つ。
- 耐候性:日光暴露による劣化がごくわずかなUV安定性
- 撥水性:吸水率0.01%で湿気の多い環境でも膨張を防止
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電気的特性と安全性
- 絶縁耐力 60 kV/mmで高電圧絶縁に最適
- 不燃性:LOI（限界酸素指数）95％の自己消火性
- 生体適合性:FDA/USDAは、食品接触および医療用インプラント用として承認しています。
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性能上の制限
- 機械的弱点:引張強度が低い（20～30MPa）ため、耐荷重用には補強が必要。
- クリープ傾向:持続的な圧力下でのコールドフロー、設計上の補正が必要
- 加工の課題:柔らかさがバリの原因となり、研磨性が切削工具を摩耗させる
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特殊用途
- 工業用:ガスケット、ポンプ部品、実験機器ライニング
- 消費者:非粘着性コーティング、防水布、プリンター部品
- メディカル:生体適合性を活用したカテーテル、グラフト、手術用メッシュ
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取り扱いに関する考慮事項
- 熱膨張:高熱膨張係数(100×10^-6/℃)のため、精密アセンブリでは許容が必要。
- 放射線感度:ガンマ線・電子線照射により特性劣化
- 安全性:過熱調理器具（350℃以上）からは、換気を必要とするガスが発生することがあります。
PTFEの比類なき化学的安定性と機械的制約のバランスは、耐薬品性や焦げ付き防止性能が構造上の必要性を上回る場合に、その最適な使用方法を導きます。最新の複合材料では、PTFEにガラスやブロンズなどの充填材をブレンドすることで、主要な利点を維持しながら強度を高めています。
要約表
| 特性 | PTFE特性 |
|---|---|
| 耐熱温度 | 200°C～+260°Cで安定（300°Cまでショートピークあり） |
| 耐薬品性 | 溶融アルカリ金属とフッ素ガスを除く、ほぼすべての化学薬品に耐性を示す。 |
| 摩擦係数 | 0.05-0.10（固体の中で最も低い） |
| 絶縁耐力 | 60 kV/mm (高電圧絶縁に最適) |
| 機械的限界 | 引張強度が低く（20～30MPa）、加圧下でクリープしやすい。 |
| 生体適合性 | 食品接触および医療用インプラントとしてFDA/USDA承認済み |
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