ポリウレタン（PU）とエポキシ樹脂（EP）の選定基準とその成形特性の違い

ポリウレタン（PU）とエポキシ樹脂（EP）の基礎知識

ポリウレタンはイソシアネートとポリオールの反応で得られる高分子材料です。
柔軟なフォームから硬質エラストマーまで幅広い硬度設計が可能です。
一方、エポキシ樹脂はエポキシ基をもつプレポリマーに硬化剤を添加して架橋反応を進める熱硬化性樹脂です。
高い接着性と耐薬品性で電子部品や複合材料のマトリックスとして用いられます。

用途別に見る代表的な採用シーン

ポリウレタンの主な用途

自動車内装のシートクッション、建築断熱材、靴底、塗料、シーリング材など多岐にわたります。
発泡倍率を自由に調整できるため、軽量化と断熱効果を同時に達成できます。

エポキシ樹脂の主な用途

プリント基板の絶縁層、カーボンファイバー複合材、土木補修用接着剤、電気絶縁ポッティング材などに使用されます。
高温下でも機械特性を維持しやすく、寸法安定性が要求される部品に適しています。

材料選定で押さえる5つの評価ポイント

1. 機械的強度と弾性

PUはゴム弾性を示すため衝撃吸収や曲げ疲労に強いです。
EPは高い引張強度と剛性を示し、圧縮クリープが小さい特徴があります。

2. 熱特性

PUは熱可塑性PUと熱硬化性PUに大別され、熱可塑性タイプは再溶融加工が可能です。
EPは架橋密度を調整することで120〜200℃までの耐熱グレードがあり、ガラス転移温度（Tg）の設計自由度が高いです。

3. 耐薬品性

PUは酸・アルカリに対しては中程度の耐性ですが、加水分解を受けやすいグレードがあります。
EPは極性溶媒やアルカリ環境に強く、化学プラントや海洋構造物の防食用途で実績があります。

4. 加工プロセスとサイクルタイム

PUの発泡成形は常温〜中温で反応硬化が進み、複雑形状を一体成形しやすいです。
EPはオーブン硬化やオートクレーブ成形が主流で、硬化時間が長めですが高精度な寸法が得られます。

5. コストとサステナビリティ

PU原料は大量生産されており価格競争力が高いです。
バイオマス由来ポリオールによりCO2削減効果も期待できます。
EPは原料価格が高い傾向にありますが、長寿命化によるライフサイクルコスト低減が見込めます。

成形特性の違いを具体的に比較

流動性と充填性

PUは発泡反応に伴い低粘度から高粘度へ遷移するため、金型の通気設計が重要です。
EPは初期粘度を添加剤で調整でき、プリプレグや液状封止材としてギャップ充填に優れます。

硬化収縮

PUの硬化収縮率は2〜3％程度で、セル構造により緩和されます。
EPは1〜2％と小さく、寸法精度が要求される光学部品でも採用例があります。

界面接着性

PUは柔軟層が界面応力を緩和し、異種材料との剥離を抑制できます。
EPは極性官能基による化学結合で金属・ガラスへの密着が高く、下地処理で接着強度をさらに向上できます。

実践的な選定フローチャート

1. 要求物性を列挙する（衝撃吸収、耐熱温度、耐薬品性など）。
2. 使用環境温度が80℃以下で衝撃吸収が最優先 → PUを検討。
3. 使用温度が120℃以上で高剛性が必要 → EPを優先。
4. 可搬性やリサイクルを重視 → 熱可塑性PUまたは低TgタイプのEPを比較評価。
5. 試作評価で寸法精度が課題 → EPの低収縮グレードを選択。

PUとEPの物性データ例（参考値）

密度：PU 0.03〜1.2 g/cm³、EP 1.1〜1.3 g/cm³。
引張強度：PU 5〜60 MPa、EP 50〜120 MPa。
伸び：PU 200〜700％、EP 2〜6％。
熱伝導率：PUフォーム 0.02〜0.04 W/mK、EP 0.2 W/mK。
ガラス転移温度：PU -50〜120℃、EP 80〜250℃。

最新トレンドと技術革新

バイオPUの拡大

ヒマシ油やトウモロコシ由来ポリオールの採用が進み、全体の25％以上を再生可能原料に置き換える事例が増加しています。

高耐熱EPの登場

イミド変性エポキシやシクロアルファチックエポキシにより、Tg 250℃超のグレードが航空宇宙分野で採用されています。

リサイクル技術

PUではケミカルリサイクルとしてグリコール分解が実証段階にあり、EPでは熱可逆性クロスリンク「オキシム型ダイナミックボンド」を用いたリワーク対応品が開発されています。

失敗しないための評価試験と品質保証

初期スクリーニングではDSCでTg、TMAで線膨張係数を測定します。
耐久評価は80℃ 95％RHで500時間の加速試験、塩水噴霧1000時間で腐食進行を評価します。
接着強度はJIS K 6850に準拠してラップシアテストを実施し、5 MPa以上を合格基準とすることが一般的です。

採用事例から学ぶベストプラクティス

自動車バンパーインサート

従来EP接着に頼っていた複合材接合を、PUフォームのエラストマー化で一体発泡し、部品点数を30％削減しました。

風力タービンブレード

長尺ブレードの補強にEPマトリックス＋カーボンファイバーを採用し、疲労寿命を1.5倍に延伸。
硬化工程でヒートブランケットを用い、サイクルタイムを20％短縮しました。

電子機器ポッティング

高温多湿環境下でも絶縁抵抗を維持するため、フィラー入りEPを選択。
硬化収縮を0.8％に抑え、BGAはんだ接点のクラック発生率をゼロにしました。

まとめ：PUとEPを的確に使い分けて最適性能を引き出す

ポリウレタンは柔軟性、発泡性、コスト競争力に優れ、衝撃吸収や軽量化が求められる用途に最適です。
エポキシ樹脂は高剛性、高耐熱、接着性を活かし、精密電子部品や構造複合材で強みを発揮します。
選定にあたっては機械特性、熱特性、耐薬品性、加工性、コストを総合的に比較し、事前試作と評価試験でリスクを最小化することが成功の鍵です。
本記事のポイントを指針として、用途に合わせた最適な樹脂選定を実践してください。