パワートレインに使える高耐熱のポリフタルアミド、スーパーエンプラと同等の性能：材料技術

オランダの化学大手DSMは、耐熱性や剛性を向上した自動車用ポリフタルアミド（PPA）の新製品「ForTii Ace（フォーティー エース）」を発表した。樹脂を使うのが難しかったエンジンやトランスミッション、電動パワートレイン向けに提案する。

[齊藤由希，MONOist]

　オランダの化学大手DSMの日本法人ディーエスエムジャパンエンジニアリングプラスチックスは2017年8月3日、東京都内で会見を開き、耐熱性や剛性を向上した自動車用ポリフタルアミド（PPA）の新製品「ForTii Ace（フォーティー エース）」を発表した。樹脂を使うのが難しかったエンジンやトランスミッション、電動パワートレイン向けに提案する。

　新製品は、高温環境下でも弾性や剛性、引っ張り強度を維持できるようにした。ガラス転移点^（※1）は、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）のポリエーテルエーテルケトン（PEEK）よりも高い160℃だ。エンジンオイルなどに対する耐薬品性もPEEKとそん色ない水準を確保した。

（※1）結晶性プラスチックの非結晶部分の分子が動き出す温度。一般的なポリアミド（PA）66の場合は80℃以下。融点は、結晶部分の分子も動き出す温度のこと。

　フォーティー エースはDSMのオランダ工場で生産する。既に日系企業4社との共同開発をスタートさせており、ハイブリッド車向けのモーターや構造部材での採用が検討されている。2020年に発売するモデルに供給することを目指す。

樹脂材料の性能向上によって、従来は困難だった金属代替を実現していく（クリックして拡大） 出典:DSM

「樹脂化はスピードダウンした」

ディーエスエムジャパンエンジニアリングプラスチックスの永田裕介氏

　ディーエスエムジャパンエンジニアリングプラスチックス 営業マーケティング本部 自動車統括部長の永田裕介氏は自動車の樹脂化について「ここ2〜3年、スピードダウンしている」と指摘した。

　「樹脂に替えられる部分には既に樹脂が採用されている。樹脂化が進まない部分があるのは、採用できる材料がないからだ」（永田氏）と、樹脂材料の限界によって金属代替が進んでいないことを説明した。

DSMのRalf Ponicki氏

　DSM本社 グローバルマーケティングマネジャーのRalf Ponicki氏は「世界各国で強化されるCO₂排出規制をクリアするには2025年までに車両を200kg軽量化する必要がある」と説明。同社の調査では、2010年は車両1台のうち6割が金属だったのに対し樹脂は16％程度で、150〜200kgにとどまるという。2030年には車両1台に占める金属の比率が50％まで下がり、樹脂の比率は25％まで増加する見通しだ。

　今回発表したフォーティー エースは樹脂化が進んでこなかった部位に向けて耐熱性や剛性、耐薬品性を改善したものだ。永田氏は「多少コストが上がっても軽量化できるなら……と採用してもらえたのは昔の話。今はコストダウンと軽量化を両立しないと選んでもらえない」とコメント。金型や、ネジ穴など2次加工が必要な金属部品の製造コストと比較して、樹脂化と射出成型により20〜30％のコストダウンが図れると説明した。

カギは芳香族化合物の比率

ディーエスエムジャパンエンジニアリングプラスチックスの森岡雅士氏

　フォーティー エースに、より高価なスーパーエンプラであるPEEKと同程度の耐熱性を持たせることができた要因は、芳香族化合物の比率を50％以上に増やしたことだという。従来の芳香族化合物の比率については明言しなかった。新製品はガラス転移点が高くなったことで、80〜160℃の温度域で長期耐熱性を発揮する。150℃の環境下では、弾性率が1万MPa、剛性は1万MPa以上、引っ張り強度は150MPaを維持する。なお、一般的なPAであるPA66は同じ環境で弾性率と剛性が10分の1に低下する。

　従来の樹脂では125℃前後で機械的特性が大幅に低下していたため、新製品によって「エンジンルーム内の部品の多くを樹脂化することが可能になる」（ディーエスエムジャパンエンジニアリングプラスチックス 開発技術本部 自動車グループ 製品用途開発エンジニアの森岡雅士氏）。

　フォーティー エースはPAの1種であるPA4TをベースとしたPPAで、価格は通常のPA4Tと同等か少し高い程度に抑えている。PAは耐薬品性や吸水性に課題があったが、これも解決している。新製品はpH1の強酸に対しPEEKの95％の耐酸性を確保（一般的なPA66の耐酸性はPEEKの2％）。エンジンオイルへの耐性も高い。また、吸水性が低いため、寸法が安定し、機械物性の変化も起こりにくい。吸水によるガラス転移点の低下も抑制している。

　加工難易度が高く、寸法が安定しないスーパーエンプラに対し、許容成型範囲を大きく設定し、既存の射出成型機でも量産できるようにした。フォーティー エースは最大で320℃まで耐える性質で、加工時は340〜370℃まで加熱する必要がある。

　ディーエスエムジャパンエンジニアリングプラスチックス 営業マーケティング本部 自動車メーカー統括マネジャーの川口勉氏は「パワートレイン自体の進化や電動化が進んでいるが、車両の軽量化による燃費改善効果が大きいのも事実。『燃費よりも走りの質感』とアピールする向きもあるが、厳しくなるCO₂排出規制に対応していかなければならないのは変わらない。今まで樹脂化されていなかったパワートレインに手を付けるのであれば、樹脂を使うことを前提に熱などの設計も見直していく必要がある」と説明した。