エンジニアリングプラスチック（エンプラ）とは、一般的なプラスチック（汎用プラスチック）と比較して、特に機械的強度や耐熱性、耐薬品性などを大幅に向上させた高機能なプラスチックの総称です 。明確な定義はありませんが、一般的に耐熱性が100℃以上、引張強度が50MPa以上、曲げ弾性率が2.4GPa以上の性能を持つものがエンプラに分類されます 。
私たちの身の回りにあるポリエチレン（PE）やポリプロピレン（PP）、塩化ビニル樹脂（PVC）といった汎用プラスチックは、安価で加工しやすい反面、熱に弱く、高い強度が求められる用途には不向きです 。一方、エンプラはこうした汎用プラスチックの弱点を克服し、これまで金属材料が使われてきたような自動車部品、機械部品、電気・電子部品といった過酷な環境でも使用できる性能を持っています 。
エンプラと汎用プラスチックの最も大きな違いは、その「性能」と「価格」です。エンプラは特殊な分子構造を持ち、ガラス繊維や炭素繊維などを配合してさらに性能を高めることも可能ですが、その分、汎用プラスチックに比べて価格は高くなります 。しかし、その高い性能により、金属部品の代替として採用することで、製品全体の軽量化やコスト削減、性能向上を実現できるため、多くの産業分野で利用が拡大しています 。
より詳細なプラスチックの分類や定義については、以下のリンクで専門的な情報がまとめられています。
旭化成 エンプラ総合情報サイト - プラスチックの種類と特徴
エンジニアリングプラスチックは、その性能や用途によって大きく「汎用エンプラ」と、さらに高性能な「スーパーエンジニアリングプラスチック（スーパーエンプラ）」に分けられます 。特に市場で広く使用されている5種類の汎用エンプラは「5大汎用エンプラ」と呼ばれ、エンプラ全体の生産量の多くを占めています 。
これらはコストと性能のバランスに優れ、非常に幅広い用途で活躍しています 。
汎用エンプラを超える、さらに過酷な環境に対応できるのがスーパーエンプラです。耐熱性が150℃以上と非常に高く、航空宇宙産業や医療分野など、極限の性能が求められる領域で使用されます。
| 種類 | 略称 | 主な特性 | 代表的な用途例 |
|---|---|---|---|
| ポリフェニレンサルファイド | PPS | 優れた耐熱性、耐薬品性、寸法安定性、難燃性 | 自動車の電装部品、ポンプ部品、半導体製造装置部品 |
| ポリエーテルエーテルケトン | PEEK | 最高クラスの耐熱性、耐薬品性、耐摩耗性、耐放射線性 | 航空宇宙部品、医療用インプラント、半導体製造装置のウエハーキャリア |
| 液晶ポリマー | LCP | 極めて高い寸法安定性、薄肉流動性、低吸湿性 | スマートフォンやPCの超小型コネクタ、精密電子部品 |
| ポリイミド | PI | 非常に高い耐熱性、優れた電気絶縁性、機械的強度 | 航空宇宙用の断熱材、フレキシブルプリント基板 |
各エンプラの詳細な物性データ比較表は、以下の専門サイトで確認できます。
バルカー・エンジニアリングプラスチック加工 - エンプラの材質比較
近年、自動車産業をはじめとする多くの分野で、金属部品をエンジニアリングプラスチックに置き換える「金属代替」の動きが加速しています 。これは、エンプラが持つ多くのメリットによるものです。
多くのメリットを持つエンジニアリングプラスチックですが、万能というわけではありません。特に「耐候性」と「吸水性」は、設計者や加工技術者が見落としがちな弱点と言えるでしょう。しかし、近年の技術開発により、これらの弱点を克服する様々なアプローチが登場しています。
屋外で使用されるプラスチック製品が、太陽光を浴びて変色したり、表面がボロボロになったりするのを見たことがあるでしょう。これは主に紫外線による劣化が原因です。エンプラも例外ではなく、特にPOMやPAは耐候性が低く、屋外での長期使用には向いていません 。紫外線によってポリマーの分子鎖が切断され、強度や靭性といった本来の性能が著しく低下してしまうのです。
克服する技術： この弱点を克服するため、耐候性改良剤（紫外線吸収剤や光安定剤）を添加する技術が一般的です。また、製品の表面に耐候性の高いアクリル系塗料やフッ素系塗料をコーティングする手法も有効です。さらに最近では、材料自体をナノレベルで改質し、紫外線による劣化メカニズムそのものを抑制する新しいエンプラの開発も進んでいます。
「プラスチックは水を吸わない」というイメージがあるかもしれませんが、PA（ナイロン）に代表されるいくつかのエンプラは、水分を吸収しやすい性質（吸水性）を持っています 。水分を吸収すると、材料が膨張して寸法が変化したり、強度が低下したりすることがあります。精密な寸法精度が要求される歯車や機構部品において、この吸水による寸法変化は致命的な問題となり得ます。
克服する技術： 従来は、使用環境の湿度を考慮して、あらかじめ寸法変化量を予測した上で設計を行うといった対策が取られてきました。しかし近年では、吸水率そのものを大幅に低減した「低吸水PA」の開発が進んでいます。また、ガラス繊維や炭素繊維を配合して複合材料化することで、吸水による寸法変化を抑制する技術も広く用いられています。これにより、高湿度環境下でも安定した性能を維持することが可能になりました。
これらの技術情報についてより深く知るには、材料メーカーが公開している技術資料を参照することをお勧めします。
ポリプラスチックス株式会社 - 設計支援
エンジニアリングプラスチックの性能を最大限に引き出すためには、用途に応じた適切な材料を選定し、その材料特性に合った加工を行うことが極めて重要です。ここでは、選定と加工の際に押さえるべき基本的なポイントを解説します。
材料選定で失敗しないためには、製品に求められる要求特性を明確にすることが第一歩です。以下の項目をチェックリストとして活用しましょう。
エンプラの加工で最も一般的な射出成形では、材料の特性を理解した上で成形条件を最適化することが、不良の発生を防ぎ、高品質な製品を生み出す鍵となります。
これらのポイントに加え、成形不良の原因と対策に関する知識を深めることが、安定した生産に繋がります。以下のサイトでは、具体的な不良現象とその対策が分かりやすく解説されています。
株式会社日本製鋼所 - 射出成形技術サポート・不良対策
