テフロン（ポリテトラフルオロエチレンまたはPTFE）は、非常に有用でありながら機械加工が困難なユニークな特性を持つ万能ポリマーである。その非粘着性、化学的不活性、熱安定性は、航空宇宙、医療、食品加工などの産業で珍重されている。しかし、これらの特性は、その柔らかさと熱特性とともに、特殊な加工アプローチを必要とします。これらの重要な特性を理解することは、メーカーがこの材料を加工する際に、適切な工具、技術、公差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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非粘着面と低摩擦
- テフロンの摩擦係数は極めて低く（0.05～0.10）、ベアリングやシールに最適ですが、機械加工は複雑になります。
- 切削工具は材料の「すべり」に打ち勝たなければならない。
- PTFEには自己潤滑性があるため、クーラントは不要な場合が多いが、適切な切りくず排出が重要である。
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熱特性
- 一方 ポリテトラフルオロエチレンテフロン 耐熱温度は260°C（500°F）ですが、熱伝導率が低い（0.25W/m・K）ため、切削部分に熱が集中します。
- 熱膨張率が高いため(100-135×10-⁶/°C)、加工後の冷却が必要です。
- ゆっくりと制御された送り速度は、局所的な熱の蓄積による溶融や変形を防ぎます。
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機械的な柔らかさとクリープ
- PTFEのショアD硬度は50～65であるため、工具の圧力で変形しやすい。
- 高応力クリープ（負荷による長時間の変形）のため、部品の歪みを避けるためにクランプ力を控えめにする必要があります。
- ファイン仕上げの超硬またはダイヤモンドコーティングされた工具は、エッジのバリを減らし、表面品質を向上させます。
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耐薬品性
- ほぼすべての化学薬品に耐性があるため、腐食の心配はないが、加工後の化学的平滑化のオプションは制限される。
- PTFE粒子は蓄積しやすく、吸い込むと呼吸器系に危険を及ぼすため、粉塵除去が不可欠です。
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電気的・誘電的挙動
- PTFEは優れた絶縁耐力（60kV/mm）を持つため、絶縁体として重宝されるが、加工中の電荷蓄積を防ぐため、静電放電工具が必要となる。
- バルク抵抗率が高い (>10¹⁸ Ω-cm)ため、切り屑が静電気吸引力で工具に付着することがあり、頻繁なクリーニングが必要。
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材料のばらつき
- バージンPTFEと充填PTFE(ガラス強化やカーボン強化など)では、加工挙動が異なる。充填グレードは寸法安定性に優れるが、工具摩耗を促進する。
- 板材と棒材では、製造工程から生じる異方性により、異なる工具経路が必要になる場合があります。
これらの特性を考慮することで、機械加工者は工具形状（すくい角15～20°）、主軸回転速度（超硬工具の場合200～300m/min）、固定方法などのパラメーターを最適化し、工具寿命を延ばしながら精密部品を実現することができる。この材料のユニークな特徴の組み合わせは、その加工上の課題にもかかわらず、最終的には半導体部品から焦げ付きにくい調理器具への応用を可能にする。
総括表
| 特性 | 加工への影響 | ソリューション |
|---|---|---|
| ノンスティック表面 | 工具のスリップ、ガム、破れ | 鋭利で研磨された工具、最小限のクーラント |
| 低い熱伝導性 | 切削ゾーンでの熱蓄積 | 制御された送り速度、加工後の冷却 |
| 高熱膨張 | 機械加工後の寸法精度 | 最終測定前に冷却する |
| 機械的な柔らかさ | 工具圧力による変形 | 低クランプ力; 超硬/ダイヤモンド工具 |
| 化学的不活性 | 限られた加工後の平滑化オプション | 安全のための粉塵除去 |
| 誘電強度 | 切粉を引き寄せる静電気の蓄積 | 静電放電工具; 頻繁なクリーニング |
| 材料のばらつき | バージンPTFEと充填PTFEで異なる挙動 | グレードに応じてツールパスと速度を調整 |
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