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フッ素樹脂コーティングの基礎知識

ここではフッ素樹脂コーティングの基本特性を中心として、目的に合った使い方や加工事例などを紹介しています。

フッ素樹脂コーティングの基本特性

すべり性

フッ素樹脂は摩擦係数が低く滑りやすいという性質があります。C-F結合バランスがよく無極性なので物質との相互作用が小さくなりそれがすべり性を生んでいます。自動車や動作する工業用部品など摩擦が深く関わる分野に使用されるケースが多いです。

難付着性

難付着性や非粘着性はフッ素樹脂の代表的な特性でコーティングを行った後はものが付着しにくくなり固着しても簡単に取り除くことができます。フッ素樹脂コーティングは家庭用フライパンや工業用ではボールなどゴム・樹脂の成形金型などに利用されています。

耐熱性

フッ素樹脂は暑さ、寒さに強く-240度から260度の環境に長時間耐えます。種類によっては300度以上の耐熱性を持つものもあり、、融点を超えても常温に戻せば形は維持します。低摩擦性もあるため耐久性が求められる自動車部品の多く利用されます。

耐薬品性、耐蝕性

フッ素樹脂は耐薬品性や耐蝕性に優れ、酸やアルカリといった薬品に侵されることがほとんどありません。吸湿性・吸水性も0ですがピンホールと呼ばれる小さな穴の発生を防ぐために塗膜を厚くします。製造過程で薬液が使用される半導体分野に使われています。

撥水性、撥油性

ほとんどの物質が固着しない性質のフッ素樹脂コーティングにより表面が水や油を弾き汚れにくくなります。一般向けには防水スプレーにフッ素樹脂が使用されていることが知られ、工業用機械にコーティングを行うと掃除がしやすく省力化・効率化につながります。

電気特性

フッ素樹脂は電気特性として優れた絶縁性を有しています。他の素材と比較すると誘電率が低く、電気抵抗率が高いのが特徴です。そのため導電をできるだけ避けたい電子部品や機械の生産にフッ素樹脂コーティングが用いられることが多いです。

耐摩耗性

フッ素樹脂は耐摩耗性がある素材として知られすべり性や非粘着性も合わせ、機械設備などの寿命を延ばす効果が期待できます。また部品交換等の頻度が低くなるのでコスト削減になります。硬度を上げるだけでなくその他の機能も含め総合的に考えることが重要です。

コーティングレジンの種類

コーティングレジンには、いくつかの種類があります。それら種類の中から、代表的なFEP、PTFE、PFAの3つの特性をご紹介しましょう。

FEP

正式名は「四フッ化･六フッ化プロピレン共重合体」。非粘着性、耐蝕性に優れている点が特徴ですが、耐熱温度は約200℃とやや低めになります。粘着させたくない環境において使用されるテフロンコーティングです。

PTFE

正式名は「四フッ化・ポリテトラフルオロエチレン」。耐熱性、非粘着性、低摩擦特性に優れていている点が特徴ですが、耐蝕性は低めになります。耐熱温度は約260℃です。対象物を滑らせたり切断加工したりする場面で使用されるテフロンコーティングです。

PFA

正式名は「ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂」。耐熱性、非粘着性、耐蝕性に優れている点が特徴で、特に耐蝕性は際立って高めです。耐熱温度は260℃になります。あらゆる性能に優れているため、様々な場面・用途で使用が可能。圧膜コートにも対応しています。

ETFE

PTFEとPEの中間の性質を持つフッ素加工樹脂。耐薬品性や電気絶縁性、低摩擦性、耐放射線性に優れています。PTFEより耐熱性は低いぶん、溶解しやすく加工成形しやすいのが特徴。耐放射線特性が高いので、原子力関連の電線や配線にも使用されています。

PVDF

ポリフッ化ビニリデンとも呼ばれ手織り、ETFEと同様にCを取り巻く側の鎖の半分がフッ素であり、残りの半分は水素です。そのため分子を構成する原子だけであればETFEと同じと言えます。しかしETFEは270度が融点ですが、PVDFは160度と融点が低いのが特徴的です。またPVDFの方が圧縮に対する強さもあり、酸化しにくいといった特徴もあり、ギターやバイオリンの弦、釣り糸など身近な部品でも使われています。

PVDFとETFEの差

重合時の触媒といった差ではなく、原料そのものに差があります。ブロックポリマーということもあり、ゴムなどのアロイを混ぜずに1種類のポリマーだけ海島構造を意図的に創り出すことが可能です。その結果、強靭な樹脂となるでしょう。

PCTFE

フッ素樹脂やエンプラの中でも優れたガス透過性があり、防湿性の高い材料です。他のフッ素樹脂と比べても寸法安定性が高く、耐衝撃性能もあります。また低温においても大きな機械強度があり、液体ヘリウムの弁座に活用されるなど低温特性も特徴的です。半導体製造装置用部材・半導体バルブ・ガスバルブ・医療用バルブ・石油化学向け低温バルブなど幅広い用途で活用されています。

ECTFE

半透明白色をしており、溶解加工ができるクロロトリフルオロエチレンとエチレンの交互共重合体の樹脂です。電気特性に優れ、耐化学薬品性を持った性質があります。また連続で高温状態になったとしても、機械的強度を損なわない耐性もあり、非燃焼性や耐放射線性も保つことが可能です。

テフロン™コーティングとは？

テフロン™とは米国デュポン社が発見したフッ素樹脂PTFEの登録商標のことです。テフロン™加工とフッ素樹脂加工のコーティングに大きな違いはありませんが、「テフロン™」という名前を使用ためにはライセンス契約が必要でそれにより品質の信頼性をアピールできます。

フッ素コート、フッ素加工とは？

フッ素コートやフッ素加工は広い意味で使われ、フッ素樹脂コーティングも含まれます。すべり性や難付着性などの特性を持つフッ素樹脂を使用したものがフッ素樹脂コーティングで、自動車用ワックスや虫歯予防に使われるのはフッ素化合物です。

フッ素樹脂コーティングの工程とは？

フッ素樹脂コーティングの工程について段階ごとに詳細にまとめています。単にコーティングするだけでなく、基材（材料）の状態確認や不純物の除去、下地処理などの様々な手順を踏む必要があり、技術やノウハウ、設備が必要不可欠な作業です。

フッ素樹脂コーティングのピンホールとは

フッ素樹脂コーティングを行うと、ピンホールと呼ばれる無数の穴が開いています。このピンホールから薬液が基台に流れ込み、腐食を進めてしまうのです。ピンホールをなくすためにコーティングを厚くする方法もありますが、厚くしすぎると皮膜乖離が起きやすくなるので注意しましょう。

粉体塗装

パウダーコーティングとも言われ、液体ではなく、静電気を活用して塗料の原料となる粉を塗装したいものに付着させる方法です。粉を付着させたあと、乾燥炉で溶かして固めていきます。アクリルやメラミン、フッ素、ポリエチレンなど様々な樹脂の種類があるため、幅広い用途に使い分けることが可能です。

ディッピング

液体のゴムや樹脂の中に、金属製品を沈めてコーティング加工する方法です。スプレー処理よりも薬液が細部まで染み込ませることができるので、複雑な形状でも処理しやすいという特徴があります。機器類のグリップやOA機器、家電など多岐の分野で活用される製法の一つです。

ブラスト

ブラストはブラスト剤という各種研磨剤の粒を使用し、対象物を圧縮空気など使って打撃、切削をする処理方法です。対象物のサビや汚れを取り除く場合に採用されます。また、表面の洗浄に限らず、表面積が増えて凸凹も生まれてコーティンク加工時の密着性もアップするのがメリットです。

フッ素樹脂コーティングの空焼きとは？

フッ素樹脂コーティングの空焼きとは、基材を焼成炉でコーティング加工温度以上に加熱して、油分を産科燃焼させて取り除く方法です。油脂や汚れの除去を目的にする場合もあり、400度以上の温度で数時間焼成します。有毒ガスの発生がないといったメリットもありますが、注意点もある処理方法です。

フッ素樹脂とテフロンの違いとは？

テフロンはフッ素樹脂の一つで、フッ素と炭素だけで構成されているものです。テフロンには高温や薬剤への耐性に優れているなどの性質があり、幅広い商品に活用されています。ほかにもダイヤモンドやマーブルなどの粉を混ぜたコーティング剤も。

フッ素樹脂コーティングに毒性はあるの？

フッ素樹脂コーティングに対して、有毒ガスが発生するなどの噂もありますが、基本的には安全性の高いコーティング剤と言えるでしょう。医療用品や日常用品など様々な製品に使用されている現状があります。またPFOAが配合されないような取り組みも実施しています。

フッ素樹脂コーティングのメリット

高い防湿性のあるフッ素樹脂コーティングは、多種多様な製品に用いられています。サビや劣化に強く、また建物の美観にも役立つコーティング法でしょう。具体的なフッ素樹脂コーティングのメリットについて解説しています。

コーティングとライニングの違いとは？

明確にコーティングとライニングの定義はありませんが、一般的には膜の厚さが0.3ミリ以上のものをライニング、0.3ミリ以下のものをコーティングと呼ぶようです。厚い膜で覆うことでピンホールレスの加工が施しやすくなるでしょう。それぞれの違いや特徴などをまとめました。

シリコンとシリコーンのちがいとは？

シリコンとシリコーンは名前が似ているものの、全く異なるものです。天然の鉱物から作り出される「シリコン（Silicon）」は、ケイ素のことで、半導体や太陽電池の原料などに用いられています。また、「シリコーン（Silicone）」はケイ素と酸素の結合である「シロキサン結合」を持つ化合物のことで、シリコーン樹脂やシリコーンゴムなどの形で用いられています。

フッ素樹脂コーティングのデメリット

フッ素樹脂塗料を使用したコーティングは、耐久性が高く美しい光沢感を演出できるなどのメリットがあり、高級マンションや建造物の塗装に使用されます。しかし、優れた塗料であるため価格が高い、塗り替えの選択肢がないなどのデメリットもいくつかあります。塗料を選ぶときは、10年後、20年後を見越して検討する必要があります。

フッ素樹脂コーティングの検査方法とは？

フッ素樹脂コーティングは出荷前に検査を行い、基準をクリアしたものが製品として使用されます。検査方法は主に外観検査、膜厚測定検査、ピンホール検査の工程で行います。外観検査は主に目視検査、膜厚測定検査とピンホール検査では電磁式膜厚計やCCDカメラなどの機械を用いて検査を行います。全ての検査工程で指示通り完成されているか、確認することが大切です。

セラミックコーティングとは

セラミックコーティングとはコーティング技術の一種で、高い光沢性と優れた耐久力が特徴です。商品の中には、細かい傷を自己修復する機能を兼ね備えるものもあります。また、高性能であるが故に費用が高い、施工に時間がかかるといったデメリットも考慮しなければなりません。フッ素樹脂コーティングと比べると、耐熱性や耐摩擦性に優れているため、長期的に美観を維持したい場合におすすめです。

フッ素樹脂コーティングの難燃性について

フッ素樹脂コーティングの難燃性は耐熱性や耐薬品性、絶縁性など多くの特性を持ちますが、燃えにくい性質を示す難燃性にも優れています。一般的な樹脂と比較して、フッ素樹脂コーティングは水素原子を含まず、酸素と結合しにくい構造であることが、難燃性に優れている理由です。そのため、電子機器の製造や建築分野など、多くの業界で使用されています。

フッ素樹脂コーティングのUVカット機能とは？

フッ素樹脂コーティングはさまざまな特性を持つ高機能のコーティング材で、UVカット機能も兼ね備えています。UVカット機能は紫外線による劣化を抑え、美観を長期間保つとともに、内部構造や材料の保護にも効果を発揮してくれます。そのため、建物の外壁、自動車のコーティング、ファッションアイテムなど幅広く活用されています。

導電性のあるフッ素樹脂コーティングとは？

従来のフッ素樹脂コーティングには、導電性がありません。そのため、使用用途や環境によっては、静電気によるトラブルが大きな問題になる可能性があります。特に、引火性のある物質を取り扱う場合、導電性のないフッ素樹脂コーティングでは、火災や爆破事故などのトラブルが発生する可能性があり、それを防げる効果に期待できるのが導電性のあるフッ素樹脂コーティングです。

フッ素樹脂コーティングのプライマーとは？

フッ素樹脂には接着性がなく、塗料やほかのものを固着させるためにはプライマーが必要です。プライマーは、大きく分けて溶融型、変化型、反応型に区分でき、それぞれ異なるプロセスで処理する必要があります。この記事では、フッ素樹脂コーティングにおけるプライマーの役割と型ごとの違いについて解説します。

フッ素樹脂コーティングの加工工程

フッ素樹脂コーティングは、フッ素樹脂の種類や塗布する下地の母材の種類、使用目的などによって工程や方法が異なります。以下では、一般的に行なわれる工程・方法をご紹介しますので、テフロンコーティングの基礎的な理解として参考にしてください。

1.母材の状態を確認する
まずは、コーティングを施す母材の状態を確認します。母材に傷や打痕、溶接痕などが残っている場合には、上質なコーティングができません。

2.脱脂と空焼きをする
母材の表面を脱脂してから、約300℃の高温で母材の空焼きを行います。母材に付着している油分や付着物を全て取り除くことが目的です。非常に高い温度での空焼きとなるため、熱で歪みが生じやすい等の母材については注意しなければなりません。

3.表面処理をする
アルミナ研磨剤を使い、母材の表面をブラスト処理します。空焼きで生じた酸化被膜を取り除くことが主な目的です。

4.下塗りをする（プライマ）
母材とコーティングの接着剤を下塗りします。自己接着性のあるフッ素樹脂については、下塗りをする必要はありません。

5.乾燥させる
下塗りした母材を100℃程度の温度に晒して乾燥させます。下塗りの素材によっては、200℃程度の温度が必要となる場合があります。

6.フッ素樹脂を上塗りをする（トップコート）
粉体塗装やスプレーガンを使った方法などで、母材にフッ素樹脂を塗布します。コーティングの種類によっては、トップコートの前にミドルコートと呼ばれる工程が必要となる場合があります。

7.焼成をする
所定の温度と時間で、トップコートを行なった半製品を焼成します。この工程により、コーティングが硬化し製品が完成します。

8.完成品を検査する
目視などを通じ、完成品の外観やピンホール、膜厚などの検査を行います。クライアントからの依頼に応じ、検査成績書を作成することもあります。