PEI樹脂（ポリエーテルイミド）の選び方と発注——難燃・低発煙と、溶剤・屋外・疲労の弱点

この記事は、電気電子部品・機構部品・医療機器の部品・航空機の内装部品などの成形材料としての PEI を扱う。ウルテムは PEI の商標として知られる名前で、この記事では一般名の PEI（ポリエーテルイミド）で書く。プラスチックの記号を定めた JIS K 6899-1 は、PEI を「ポリエーテルイミド」の略語として載せている^[5]。発注する側が、発注書と仕様書に何を書き、受け取るときに何を確かめるかに絞る。

PEI はどんな樹脂か：溶かして成形できるポリイミド系

高分子学会誌の解説（1990 年）は、当初開発されたポリイミドは不溶不融で成形加工性に劣るため、分子鎖に種々の基を導入して溶融性・溶解性を付けた「変性ポリイミド」が研究され、ポリエーテルイミドやポリアミドイミドが開発されたこと、これらがエンジニアリングプラスチックとして溶融成形が可能であることを書いている^[2]。材料学会の論文（1996 年）も、PEI はイミド基とエーテル結合で芳香環を結んだ構造をもち、ポリイミド系としてはまれな熱可塑性樹脂で、非結晶質のため成形性がよく寸法安定性も高い、と書いている^[4]。

繊維学会誌の解説（1991 年）は、PEI を琥珀色透明な非晶性樹脂とし、主な特徴として耐熱寸法安定性、難燃性（限界酸素指数 47 %）と低発煙、電気特性、耐放射線・耐候の耐環境性を挙げている。用途としてはスイッチ・IC ソケット・ブレーカー部品・リレーベース・コネクターなどの電気電子部品が主で、難燃・低発煙から航空機の内装材や機内食トレーの分野が開発されている、と書いている^[1]。

購買の立場で押さえるのは、PEI が選ばれる理由の多くが「耐熱」より「燃えにくく煙が少ない」「電気的に安定」「非晶性で寸法が安定し、成形しやすい」の側にある点である。完全なポリイミドの部品（ポリイミド樹脂の部品）とは、成形の方法も耐熱の水準も違う。PEI を指定されたら、どの理由で選ばれたかを設計に確かめておく。

PAI（ポリアミドイミド）と取り違えない

同じ「変性ポリイミド」の仲間に PAI（ポリアミドイミド）がある^[2]。PEI がほかの熱可塑性樹脂と同じように成形して終わるのに対し、PAI は成形したあとに加熱してイミド化を仕上げる工程が要る材料として紹介されている^[1]。略号が似ていても、熱処理の工程の有無で段取りもコストも変わる。図面や見積書の略号は JIS K 6899-1 の略語（PEI・PAI）と突き合わせて確かめる^[5]。PAI の扱いはポリイミド樹脂の部品でも触れた。

耐久性の試験結果：屋外・溶剤・繰り返し荷重

鉄道総合技術研究所などの研究者が、屋外で振動荷重を受ける用途を想定して、PEI を汎用エンジニアリングプラスチックの最強クラスとしてナイロン 66 のガラス繊維 40 % 強化品（以下 PA66-GF40）と比べた報告がある（1989 年）。無充てん（PEI-0）、ガラス繊維入り（PEI-G）、カーボン繊維入り（PEI-C）の結果を、報告の本文から写す^[3]。

せん断強さについて、報告の本文は、PEI 系はいずれも PA66-GF40 を下回り、常温の力学的用途ではとくに優位性が見られず、耐熱性に優れ高コストであることからも高温用途への適用が考えられる、と書いている。一方で結論の節は、樹脂単体でも PA66-GF40 とほぼ同等で、繊維強化で強度・剛性がさらに向上する、とまとめており、本文と結論で書き方が分かれている^[3]。どちらにしても、常温の強さで PEI が汎用の強化ナイロンを大きく上回るとは言えない。耐環境応力性について結論の節は、PEI 系はベンゼン・アセトン水溶液などの有機溶剤類や濃硫酸に対して不安定、とまとめている^[3]。応力のかかった状態での環境剤の試験は、一定の初期外力（16.7 N/mm）を与えた C 形の試験片で 30 分後の応力の保持率を見たもので、ベンゼンについてはこの応力値が限界応力値を超えているとみなせる、としている^[3]。動的粘弾性では、カーボン繊維入りの PEI の弾性率と損失が −100〜+190 ℃付近の広い範囲で変化が小さかったと書いている^[3]。

この表から発注で読み取れることは三つある。一つは、屋外に置く部品で PEI を使うなら（とくに無充てん品は）耐候の確かめが要ること。報告の結論は、耐熱性に優れていても耐候性には安定とはいえない、と書いている^[3]。二つ目は、溶剤に触れ、かつ力がかかる部品では、溶剤の名前を伝えて確かめること。三つ目は、繰り返し荷重（疲労）が主な要求なら、PEI が最適とは限らないこと。同じ報告は促進耐候と屋外暴露の傾向が似ていたとも書いている^[3]。屋外で使う部品の耐候試験の指定は耐候性試験の指定で扱った。

洗浄・滅菌を繰り返す部品

1996 年の論文は、PEI が医療用の装置・器具の材料として用途を広げており、医療の現場では感染防止のための洗浄や照射滅菌が繰り返されるため、その劣化挙動の把握が重要だという問題意識から、水分吸収・オゾン水吸収・紫外線照射・水分吸収と紫外線照射の共存による劣化を調べている。結論として、水分吸収と紫外線照射が共存する環境で主鎖構造が崩れ、疲労に対する強度が低下したことを報告している^[4]。

医療機器や食品機械の部品で、洗浄・消毒・滅菌の工程を繰り返すものに PEI を使うなら、どの洗浄剤・消毒剤を使い、どの滅菌方法（蒸気・照射など）を何回繰り返すかを仕様書に書き、その条件での確かめを仕入先と取り決める（当方の提案）。食品に触れる部品なら、材料の性能とは別に法規制への適合の確かめが要る。食品に触れる部品の確かめ方は食品に触れる部品の調達にまとめた。熱水や蒸気が主な条件なら、同じ非晶性の耐熱樹脂でもPSU・PPSUと比べてみる価値がある。

難燃・低発煙は「値」と「試験」で指定する

1991 年の解説は、PEI の難燃性を限界酸素指数 47 % という値で示している^[1]。限界酸素指数は、燃焼を続けるのに要る酸素の濃度で、値が大きいほど燃えにくい。ただし、この値は材料の比較のための指標で、部品が求められる難燃の規格に合うかは、その規格の試験で決まる。電気部品なら UL の認定と難燃等級、航空機の内装なら航空機の規則に基づく試験、というように、求められる試験は用途で違う。

発注では、「難燃グレードの PEI」と書くのではなく、どの規格のどの等級・どの試験の合格を求めるかを書く。UL 認定を受けた部品・材料の確かめ方はUL 認定部品を確かめるときで扱った。認定は材料の銘柄と色・厚さの組合せで取られていることが多いので、銘柄の変更は認定が外れる変更になりうる（当方の注意）。

耐熱の値の扱い

PEI の耐熱は、データシートの荷重たわみ温度で比べられることが多い。荷重たわみ温度の求め方を定めた JIS K 7191-1 は、その試験で得たデータを最終製品の性能予測や、設計解析・高温での耐久性予測に用いてはならない、と書いている^[6]。荷重たわみ温度は材料を同じ条件で比べる値であって、部品をその温度で使えるという意味ではない。使用温度での強さや寸法の変化は、実際の荷重と時間で確かめる。

発注書と仕様書に書くこと

ここからは規格の要求ではなく、発注する側としての提案である。

1. 材料と選んだ理由
PEI、樹脂メーカーの銘柄、充てん材（無充てん・ガラス繊維・カーボン繊維）の種類と量。耐熱・難燃・電気・寸法安定のどれのために選んだか^[1]。

2. 触れる溶剤・薬品と応力
溶剤・洗浄剤・消毒剤の名前と濃度、そのとき部品にかかる応力（締結・圧入・はめ込み）^[3]。

3. 屋外・紫外線・水
屋外に置くか、紫外線と水分が同時に当たるか^[3][4]。

4. 難燃の規格
求める規格・等級・試験と、認定の番号の提出。

5. 変更の承認
銘柄・充てん材・色の変更は事前に承認とする。

受け入れるときに確かめること

初回は、銘柄とロット番号が注文どおりかを材料の成績書で確かめ、難燃の認定が必要な部品は認定の番号と、認定の範囲（色・厚さ）に部品が収まっているかを見る。溶剤に触れる部品は、取り決めた溶剤での確認結果を出してもらう。非晶性の樹脂は、成形でひずみが残ると溶剤で割れやすくなることがある（当方の注意）ので、溶剤に触れる部品で割れが出たら、材料だけでなく成形条件や締結の方法も一緒に見直す。

注文書の書き方の例

決まった様式はない。発注側として書いておきたい内容を一つの例にまとめる。

「材質：PEI（ポリエーテルイミド）、樹脂メーカー銘柄 ○○、ガラス繊維 ○ % 入り、色 ○○。用途：装置内の電気絶縁部品（屋外設置なし）。難燃：UL 94 の ○○ 等級の認定品であること、認定の番号を提出すること。洗浄：○○（成分名・濃度）で月 1 回清拭、清拭時に部品にはねじの締付け力がかかっている。初回納入時に上記洗浄剤への確認結果を提出すること。銘柄・充てん材・色の変更は事前に連絡し承認を得ること。」

よくある質問

PEI と PEEK のどちらを選ぶべきですか

PEI は非晶性で寸法が安定し、難燃・低発煙を特長とする^[1]。PEEK は結晶性の樹脂で、耐薬品性や耐疲労性を特長とする^[1]。溶剤への耐性や繰り返し荷重が主な要求なら PEEK 側も比べる。PEEK 部品の発注で決めることはPEEK 部品の発注にまとめた。

高価なスーパーエンプラにすれば強くなりますか

限らない。PEI を PA66-GF40 と比べた報告では、繰り返しねじりの疲労は PEI 系が概して劣り、常温のせん断強さも本文では下回る、結論ではほぼ同等とされた^[3]。PEI を選ぶ理由が耐熱・難燃・電気特性にあるかを確かめる。

透明な部品にできますか

PEI は琥珀色透明の非晶性樹脂とされる^[1]。無色透明ではない。透明性が要る部品なら、色味を限度見本で取り決める。

まとめ

PEI は溶融成形できるポリイミド系の非晶性樹脂で、難燃・低発煙・電気特性・寸法安定性で選ばれる。応力のかかった状態での有機溶剤や濃硫酸、屋外での劣化（とくに無充てん品）、水と紫外線の共存による疲労強度の低下が報告されており、疲労ではガラス繊維強化ナイロンに劣る場合もある。発注では、選んだ理由・充てん材・溶剤と応力・屋外と洗浄の条件・難燃の規格を書き、銘柄の変更を承認の対象にする。

同じ束では、LCP（液晶ポリマー）、PSU・PPSU、ポリイミド樹脂の部品、クロロプレンゴム（CR）の発注も扱う。

出典・参考資料

1. 伊東克彦「スーパーエンプラと新用途」繊維学会誌 47 巻 5 号（繊維学会／1991 年）
2. 井上和夫「ポリイミド系樹脂」高分子 39 巻 2 号（高分子学会／1990 年）
3. 大石不二夫・吉川高雄・中野純「スーパーエンジニアリングプラスチックの耐久性 PEI・PAMXD6」マテリアルライフ 1 巻 2 号（マテリアルライフ学会／1989 年）
4. 矢ケ崎隆義・木村雄二「ポリエーテルイミド樹脂の種々の環境因子による劣化が疲労挙動等に及ぼす影響」材料 45 巻 3 号（日本材料学会／1996 年）
5. JIS K 6899-1:2015 プラスチック－記号及び略語－第 1 部：基本ポリマー及びその特性（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2015 年 2 月 20 日改正・2024 年 10 月 21 日確認）
6. JIS K 7191-1:2015 プラスチック－荷重たわみ温度の求め方－第1部：通則（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2015 年 11 月 20 日改正・2025 年 10 月 20 日確認）

WHITE PAPER

この記事の理解を深める
無料ホワイトペーパーをプレゼント

製造業の現場で使える実務資料（PDF）を無料でお届けします。"こんな資料が届きます" ↓ 下のボタンからどうぞ。

🔒 全文は無料ダウンロードで