変性PPE（m-PPE）の選び方——JIS K 7313-1 の呼び方とPS系・PA系の違い、発注で指定すること

この記事は、工業部品の材料として変性 PPE（m-PPE、変性ポリフェニレンエーテル）を選び、成形品を発注するときに、何を指定し、受け取るときに何を確かめるかをまとめたものである。「ノリル」という呼び名で検索されることも多いが、これは特定の会社の変性 PPE の商品名（商標）として知られている名前で、材料の一般名ではない。図面や購買仕様書には一般名の「変性 PPE」と規格の呼び方を書き、商品名はメーカーとグレードの欄で扱うほうが、置き換えの議論をするときに混乱しない。

変性 PPE は「何で変性したか」で別の材料になる

PPE（ポリフェニレンエーテル）は、それだけではガラス転移温度が 210℃と高く、成形が難しかった。樹脂メーカーの技術者による講座（2002 年）は、PPE がポリスチレンとよく混ざる珍しい組合せであることが見つかり、PPE と耐衝撃性ポリスチレン（HIPS）のポリマーアロイ（変性 PPE）として商品化されて市場が広がった経緯を書いている^[3]。PPE とポリスチレンはどの割合でも完全に混ざり合い、ガラス転移温度は割合に応じて PPE 単体の 210℃からポリスチレン単体の 100℃まで直線的に変わる^[3]。つまり PS 系の変性 PPE の耐熱性は、PPE とポリスチレンの割合で決まる。同じ「変性 PPE」でも、耐熱の違うグレードがいくつも並ぶのはこのためである。

同じ講座は、PPE とよく混ざらないポリアミドとのアロイや、ポリプロピレンとのアロイも商品化されていると書いている^[3]。JIS K 7313-1（ポリフェニレンエーテル（PPE）成形用及び押出用材料－呼び方のシステム及び仕様表記の基礎）は、ポリスチレン、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィドなどで変性したすべての PPE に適用するとし、表 1 で樹脂の組成をコードで呼び分けている^[1]。

表 1 にはこのほか、その他の樹脂による変性（PPE-4）もある。こちらは表 3（1.8 MPa）と表 4（0.45 MPa）の両方の見出しに挙がっているので、どちらの荷重で付けたコードかを A・B の文字で確かめる^[1]。発注書に「材質：変性 PPE」とだけ書くと、この表のどれが来ても文句は言えない。少なくとも何で変性した材料かを書く。

荷重たわみ温度のコードは、系統によって荷重が違う

JIS K 7313-1 の呼び方では、データブロック 3 に荷重たわみ温度、メルトボリュームフローレイト、ノッチ付きシャルピー衝撃強さ、燃焼性の順でコードを並べる^[1]。荷重たわみ温度のコードは、PPE・PPE＋PS・PPE＋PS＋その他の樹脂では 1.8 MPa の荷重で測った値を A の文字で（A050〜A210）、PPE＋PA・PPE＋PP・PPE＋PPS では 0.45 MPa の荷重で測った値を B の文字で（B050〜B210）表す^[1]。

ここで注意したいのは、A130 と B130 は同じ 130℃でも、かけた荷重が 4 倍違うという点である。荷重が小さいほどたわみにくく、高い温度まで持つように見える。PS 系から PA 系への置き換えを検討するときに、データシートの荷重たわみ温度の数字だけを並べて「PA 系のほうが耐熱が高い」と判断すると、比べられないものを比べていることがある。数字を並べる前に、荷重の条件がそろっているかを確かめる。

呼び方は「選ぶ手がかり」で、適合を判定するものではない

JIS K 7313-1 は、呼び方が同じ材料であっても必ずしも同一の性能を示すとは限らず、特定の用途の材料や加工方法を特定するためのデータを与えるものではない、としている^[1]。注記でも、呼び方にかかわる規定は使う人の選択の便を図るためのもので、この規格で適合性評価を行うことは意図していない、と書いている^[1]。境界に近い値のコードは製造業者が決め、その後の試験値が範囲から外れても製造の許容範囲ならコードを変える必要はない、という決まりもある^[1]。

したがって、規格の呼び方は「どの系統の、どのくらいの耐熱と流動性の材料か」を伝える手がかりとして使い、発注で固定するのは材料メーカーとグレード（銘柄）である。グレードの指定と代替の承認の進め方そのものは樹脂のグレード指定と代替グレードの承認で扱った。この記事では、変性 PPE で比べ方を誤りやすい点に絞る。

PS 系の変性 PPE：寸法安定・軽さ・難燃の材料

前出の講座は、変性 PPE を非晶性樹脂に分類し、非晶性樹脂は寸法安定性が高い一方で耐薬品性が低い、と整理している^[3]。PPE 単体の長所としては、ガラス転移温度が高いこと、難燃性であること、線膨張係数が小さいこと、比重が小さいこと、誘電正接が小さいことを挙げ、短所として耐候変色があることと、非晶性樹脂に共通の特性として耐薬品性を考えた設計が必要なことを挙げている^[3]。

数字で見ると、PPE 単体の比重は 1.06 で、5 大エンプラの中で最も軽く、ポリスチレンで変性した PS 系でもこの位置づけは変わらない^[3]。線膨張係数は PPE 単体で 5.2×10^-5/℃で、変性 PPE ではポリスチレンを加える分だけ大きくなるので、無機フィラーを加えて 3〜5×10^-5/℃程度の材料として提供されている^[3]。誘電正接は 1×10^-3 程度で、ポリアミドやポリエステルの 20〜30×10^-3 程度に比べて小さい^[3]。2000 年度の用途は事務機器が 44%、電気・電子が 35%、自動車が 12% で、プリンターなどのシャーシや充電器・電池ケース、アダプタケースに使われていた^[3]。

難燃グレードは、使う難燃剤と金型汚れも見る

PPE は燃えるときに炭化層を作りやすく、りん系の難燃剤と組み合わせると炭化層の形成が進む。この仕組みで、強化・非強化とも多くの難燃グレードが出ており、非ハロゲンの難燃材料として注目されている^[3]。同じ講座は、以前の低分子のりん酸エステルは成形のときにガスが出て金型を汚した（モールドデポジット）ので、最近は中分子量のりん酸エステルが主に使われるようになった、とも書いている^[3]。

発注側から見ると、難燃グレードは「どの燃焼性の区分か」と「どの難燃剤の系統か」を一緒に確かめたい。JIS K 7313-1 の呼び方では燃焼性を HB40・HB75・V-2・V-1・V-0 の区分で表すが^[1]、これは規格の試験片の厚さで測った区分である。部品の厚さで UL 94 の区分が取れているかは認定書類で確かめる。その照合の仕方はUL 認定部品を仕入先に確かめるで扱った。

使ってはいけない所：薬品に触れて力のかかる部品

非晶性の PS 系の変性 PPE は、耐薬品性を考えた設計が要る材料である^[3]。洗浄剤、潤滑油、溶剤、接着剤などに触れ、しかも組付けやねじ締めで力がかかっている部品に、確かめないまま使ってはいけない。非晶性樹脂が薬品と応力の重なりで割れる仕組みと、その確かめ方の考え方はポリカーボネート部品の発注で扱った。変性 PPE でも、部品が触れる薬品の名前と、触れ方（付着、浸漬、蒸気）、かかる力を仕入先に伝え、候補のグレードを実際の部品で確かめてから決める。屋外で光の当たる部品も、耐候変色があることを前提に確かめる^[3]。

フィラー入りグレードは、フィラーの形で寸法の出方が変わる

変性 PPE には、寸法安定性をさらに高めたり、強度や耐熱を上げたりするために、無機フィラーを加えたグレードがある^[3]。同じ講座は、ガラス繊維のような繊維状のフィラーを加えると、長さと直径の比に比例して成形品の線膨張係数の向き（流動方向と直角方向）による差が大きくなる一方、マイカのような鱗片状やガラスフレークのような板状のフィラーでは、その差がほとんど出ない、と図で示している^[3]。寸法安定性を求める部品向けにはマイカやガラスフレーク入りが使われる^[3]。

もう一つ、成形の条件で反りが変わる点も書かれている。シャーシのような成形品は冷却で成形の時間が決まることが多く、成形サイクルを短くすると、冷却不足のまま高い温度で取り出されて反りが大きくなる^[3]。単価を下げるためにサイクルを詰めると、同じグレード・同じ金型でも寸法が変わりうる。量産で成形条件を変える場合は事前に知らせてもらう、と購買仕様書に入れておく。樹脂成形品の寸法をどの状態で測るかは樹脂成形品の寸法公差の決め方で扱った。

PA 系・PP 系の変性 PPE は、PS 系とは考え方を分ける

前出の講座によれば、ポリアミドと PPE のアロイは自動車のフェンダーなどの外板や、集合コネクターであるリレーブロックなどに実用化され、ポリプロピレンと PPE のアロイはハイブリッド車の電池のケースなどに使われ始めていた^[3]。PPE の高い耐熱性と炭化による難燃性を生かし、PPE の短所である耐薬品性や成形の流れにくさを相手の樹脂で補う狙いのアロイである^[3]。

PS 系と PA 系の違いは、混ざり方にもある。PC/ABS と PPE/HIPS の熱分解を比べた研究は、PPE/HIPS をゴム成分以外は相溶性（よく混ざり合う）のアロイ、PC/ABS を非相溶性のアロイとして扱い、相溶性のアロイでは構成する高分子どうしの相互作用が強いことが熱分解でも裏付けられた、としている^[4]。PS 系の変性 PPE は「混ぜた割合で性質が連続的に変わる材料」、PA 系は「混ざらない樹脂を組み合わせた材料」と分けて考えると、グレードの比較や代替の判断で迷いにくい。PA 系・PP 系で荷重たわみ温度のコードが 0.45 MPa で付くのも^[1]、この違いを踏まえて読む。

データシートを比べるときは、試験片の作り方をそろえる

JIS K 7313-2（試験片の作り方及び性質の求め方）は、再現性があって他と比べられる結果を得るには、この規格の試験片の作り方、状態調節、試験片の寸法と試験手順を使う必要があり、寸法や手順が違えば結果は必ずしも一致しない、としている^[2]。成形前の材料の水分は質量分率 0.05% を超えてはならず、超えるときは乾燥しなければならない^[2]。試験片の射出成形の条件も荷重たわみ温度のコードごとに表で決まっていて、たとえば PPE＋PS の A130 で無充填なら、メルトボリュームフローレイトの区分に応じて溶融温度 280℃または 290℃、金型温度 80℃とされている^[2]。

この条件は試験片を作るためのもので、部品の成形条件を決めるものではない。ただ、仕入先から出てくる 2 社のデータシートがどの規格の方法で測られたかが違えば、数字を並べても比べられない。代替グレードの提案を受けたら、JIS K 7313-2（ISO 20557-2）などの同じ方法で測った値かどうかを先に確かめる。

発注書・購買仕様書に書くこと

決まった様式があるわけではない。発注側として書いておきたい項目を挙げる。

1. 材料の系統
変性 PPE の何系か（PPE＋PS、PPE＋PA など）。可能なら JIS K 7313-1 の呼び方も添える。

2. 材料メーカーとグレード、色
評価して承認した銘柄そのもの。着色の方法（着色済みの材料か、成形時に着色材を混ぜるか）も書く。

3. 燃焼性の要求
区分と、それを確かめる厚さ。UL 94 の区分なら認定書類で確かめることを書く。

4. 使う環境
使う温度と時間、触れる薬品とその触れ方、屋外かどうか。

5. 変更の連絡
材料メーカー・グレード・難燃剤の系統・充填材・成形条件・生産場所を変えるときは事前に承認を得ること。

6. 材料の記録
成形に使った材料のロットの記録を、納入時または求めたときに出すこと。

受け入れるときに確かめること

初回は、注文したメーカーとグレードの材料で成形されたかを、材料のロットの記録で確かめる。変性 PPE は外観では系統の見分けがつかない。量産に入ってからは、寸法と質量のように手早く測れる値をロットごとに記録しておくと、材料やサイクルの変化に気づきやすい。反りが問題になる部品では、どの時点で測った寸法かを仕入先とそろえる。薬品に触れる部品で割れが出たら、その薬品と組付けの力の条件を記録し、材料だけでなく使い方の側も含めて仕入先と原因を確かめる。

よくある質問

「ノリル相当」と書いて発注してもよいですか

避けたほうがよい。商品名の後ろには多くのグレードがあり、系統（PS 系か PA 系か）も耐熱も違う。JIS K 7313-1 が組成をコードで呼び分けているように^[1]、まず系統を決め、承認したメーカーとグレードを書く。「相当品可」とするなら、何をどの試験方法で比べて同等とみなすかを決めておく。

PS 系から PA 系に替えれば耐熱が上がりますか

データシートの数字だけでは判断できない。荷重たわみ温度のコードは、PS 系は 1.8 MPa、PA 系は 0.45 MPa の荷重で測った値で付く^[1]。同じ荷重の値で比べ、そのうえで使う温度と荷重の条件で部品を確かめる。

変性 PPE は寸法が安定すると聞きました。公差は厳しくできますか

非晶性で寸法安定性が高い材料とされるが^[3]、繊維状のフィラーを入れれば向きによる差が出るし、成形サイクルを詰めれば反りが大きくなる^[3]。公差は、グレードと成形条件と測る状態をそろえたうえで、試作の実測から決める。

まとめ

変性 PPE は、ポリスチレン、ポリアミド、ポリプロピレン、PPS など何で変性したかで別の材料になり、JIS K 7313-1 はそれをコードで呼び分けている。荷重たわみ温度のコードは PS 系では 1.8 MPa、PA 系・PP 系・PPS 系では 0.45 MPa で付くので、数字だけを並べて比べない。同じ呼び方でも性能は同じとは限らないので、発注では系統に加えてメーカーとグレードを書き、代替は承認制にする。PS 系は非晶性で寸法が安定し、りん系で非ハロゲンの難燃化ができる。PPE 単体の比重は 1.06 で 5 大エンプラの中で最も軽く、ポリスチレンで変性した PS 系でもその位置づけは変わらない。一方で耐薬品性を考えた設計が要るので、薬品に触れて力のかかる部品には確かめずに使わない。フィラーの形と成形サイクルで寸法と反りが変わることも、発注の前に仕入先と合わせておく。

同じ束では、AS 樹脂と ABS/PC の選び方、樹脂の着色とマスターバッチの指定、成形品のヒケ・ウェルドラインの受入基準、シボ加工の指定も扱う。

出典・参考資料

1. JIS K 7313-1:2008 プラスチック－ポリフェニレンエーテル（PPE）成形用及び押出用材料－第1部：呼び方のシステム及び仕様表記の基礎（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2008 年 1 月 20 日改正・2022 年 10 月 20 日確認）
2. JIS K 7313-2:2024 プラスチック－ポリフェニレンエーテル（PPE）成形用及び押出用材料－第2部：試験片の作り方及び性質の求め方（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧）
3. 中橋順一「講座『成形材料』(10)－変性PPE(m-PPE)－」成形加工 14 巻 1 号（プラスチック成形加工学会／2002 年）
4. 上野智永・東尾悠司・石川朝之・武田邦彦「PPE/HIPS アロイとの比較における PC/ABS アロイの熱分解」高分子論文集 64 巻 9 号（高分子学会／2007 年 9 月）

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