明日へ の 技 術 情 報 T E C H N I C A L I N F O R M A T I O N
熱や水など外的因子から電気・電子 部品の電子 基

耐久性に優れた電気絶縁用ポリウレタン樹脂の技術開発

板を保護する役割のほか、ポリウレタン樹脂自体が難燃性を持つため部品の発火を抑制し、また放熱性による電子部品の発熱低減などの役割を持つ（ 図 4）。
電気絶縁用ポリウレタン樹脂
電気水

1. 電気絶縁用ポリウレタン樹脂

い家電製品が近年、市場に出てきている。 特に家庭用燃料電池は日本発の先進環境技術で、世界が注目放熱応力ガス目である。 家電 製品に使 用する部品の材料は、UL* 1

発熱電子

基

板

1.1 ウレタン樹脂とはしている製 品である。 世界市 場 の 予 測は 2 014 年 度

図 4 二液混合型電気絶縁用ポリウレタン樹脂の役割顕著な増加となっている。

物の総称であり、一般的にはイソシアネート基を有す

家 庭 用燃 料電 池 は、天 然ガスから水 素を取り出し、るポリイソシアネート成分と、活性水素化合物を含む酸 素と反 応させることで 水と電 気を発 生させる仕 組ポリオール成 分 の重付 加反 応 から得られる（ 図 2 ）。

耐用年数が長い家電製品が相次いで市場に出ていみである（ 図 1）。 この 家 庭 用 燃 料電 池 は、発 電 ユポリイソシアネート成分やポリオール成分は多種多様ることからも電子部品の長寿命化が求められている。

1. 3 求められる性能

ニット、貯 湯ユニットの2 つからなり、これらユニッで、その組み合わせによりさまざまな機能や性能、性また家電製品は小型・軽量・薄型化が進んでいる。さ状を持つウレタン樹脂が得られる。 ウレタン樹脂は、らに電子部品は性能が向上しており、高速かつ大容量

電 池 はこれまで の 家 電 製 品と比べ 耐 用 年 数 が 長 い

軽量な断熱材として自動車、飛行機、船舶、住宅や工の情報処理が可能となっている。このような小型化やため、それぞれの部品も長寿命化が必 要となる。 ま場などに使われるほか、クッション材として車両のシー高機能化に伴い、電子部品からの発熱量が増加する

た、屋外に設置することで雨風などにさらされること

ト、ベッドやソファ、また塗料、防水材、床材、止 水傾向にある。 電子部品の発熱は部品自体の寿命を短や 水を扱う貯 湯ユニットがあることから、部 品の耐材、バインダーなど幅広い用途がある。

くすることから、熱対策も必要となっている。 よって、湿性能が必要である。

これら電子 基 板の課題 点に対応した樹脂の開発を要

1. 2 電気絶縁用途

望されている。

極性の小さいグリセリン化合 物やポリオレフィン化護する、電気絶 縁用注型樹脂の耐久性向上も求められている。

合物、可塑剤など原料の選定によって、ポリウレタン

本 稿では耐用年 数 が 長い家電 製品向けに開発した、樹脂は電 気を通しにくい 絶 縁 体を構 築することがで高耐久性の二液混合型電気 絶 縁用ポリウレタン樹脂

きる。の技術について述べる。

2. 当社電気絶縁用ポリウレタン樹脂
エイムフレックスEF-56 8

二液混合型電気絶縁用ポリウレタン樹脂はポリオーポリウレタン樹脂の骨格を種々検討することで、汎用ル成分とポリイソシアネート成分をミキサーで混合後、ポリウレタン樹脂（ 以下、汎用樹脂）の課題であった耐基板ケースに注型し硬化させる（ 図 3）。

天然ガス ⇒ H 2
H 2 + 1/ 2O 2 ⇒ H 2 O + 電気HOOH

表1 一般性状OHHO樹脂図1
燃料電池の発電原理

OCN

項目

NCO

ポリオール成分

NCO
OHOCN

ポリオール成分

NCO

OO

N H-O

N H-O

ウレタン結合図 2 ウレタン反応の概念図
第一工業製薬 社報 No. 573 拓人 2015 夏混合O
基板ケース

図 3 二液混合型電気絶縁用ポリウレタン樹脂の基板注型方法

汎用樹脂

エイムフレックス
EF-5 6 8構成成分

ポリイソポリイソポリオール
ポリオール
シアネート
シアネート

外観

透明液状

透明液状

黒色液状

透明液状

粘度
[mPa・s/ 2 5℃ ]70 010 020, 0 0 010 0

比重0.9 6配合比
注型

O
電子基板

11ポリイソシアネート成分

ポリイソシアネート成分
電気絶縁用ポリウレタン樹脂

あるUL-9 4* 2 を満たすことが求められ、EF-56 8 は V- 0の認証を取得している。 リン系 難 燃 剤を配合した汎難燃機構

1.171.74

0.9 9

重量比

10 0 / 70

10 0 / 16

体積比

10 0 / 57.4

10 0 / 28 .1

350

2, 0 0 0─800

リン系難燃剤

無機系難燃剤（ リンフリー、ハロゲンフリー）

配合粘度 2 5℃[mPa・s] 6 0℃

ロゲン系難燃 剤を配合した樹脂は環境負荷物質を含むものもある。EF-56 8 は難 燃 剤として無機系を使 用しており、リンフリー、ハロゲンフリーであることからトを制御する電子 基 板も内蔵している。 家庭 用燃料

このように家電製品の制御基 板などの電子部品を保（ Under writers Laboratories Inc. ）の 難 燃 規 格で用樹脂は低 粘度で作業性が良いが耐久性は低く、ハウレタン樹脂は、ウレタン結合を有する高分子化合に 419 億円、2 03 0 年度では 7,910 億円の見込み 1）と2.1 耐湿熱性
2.1.1 難燃性
電 気 製 品 向 けの 材 料として 高 い 難 燃 性 は 重 要 項

熱基板ケース

太陽電池、LED、家庭用燃料電池など耐用年数が長埃

湿熱性を大幅に向上することに成功し、エイムフレックス
EF-568（ 以下、EF-568）を開発した（表1、表 2）。

耐久性、環境性に優れている（ 表 3）。

表 2 硬化物特性樹脂
項目

汎用樹脂

エイムフレックス
EF-5 6 8

透明黒色

外観
硬度 [shore A]3848

密度 [g/cm 3 ]

1. 05

1. 57

熱伝導率 [ W/m・K ]0. 20.7

体積固有抵抗[Ω・cm]

1. 0×10 13

1. 0×10 12

絶縁破壊電圧[kV/mm]2624

線膨張率 [ppm]19 020 0

引張強度 [MPa]

1.1

1. 6

伸び [%]

15070

ガラス転移温度 [℃ ]-13-60耐加水分解性(121℃×100%RH、2atm)

4 8 時間以内に溶解

1, 50 0 時間で溶解せず

難燃性 [UL- 9 4]

V- 0 認証

V-0認証 (1.6mm)

JE T 絶縁耐力

未登録

130℃登録 (0.5mm)
135℃登録 (1.0mm)

表 3 難燃剤が電気絶縁用ポリウレタン樹脂に与える影響
難燃剤

無機系
難燃剤

リン系
難燃剤

ハロゲン系
難燃剤

環境負荷物質◎△△難燃剤の耐湿熱性

◎×

○

影響項目

湿熱下の硬度寿命

◎×○

△〜○

◎◎

耐湿絶縁性○

×

○

放熱性

◎

作業性×
◎：最適○：適×△：可×：不適

第一工業製薬 社報 No. 573 拓人 2015 夏

12

明日へ の 技 術 情 報 T E C H N I C A L I N F O R M A T I O N
硬10,000

優れており、ハンダへの負荷がかかりにくく、低温域で図 5に電子部品の加速試験で用いられるPC T* 3 条件の使用にも適している。

1,000

2. 3 放熱性

弾性 率下（ 121℃×10 0 %RH, 2atm ）での樹脂の硬度変化を示す。 汎 用樹脂は4 8 時間以内、既存耐久ポリウレタ

電子部品は作動時に熱を発生する。 この熱は電子するが、EF-56 8 は1, 50 0 時間においても溶解しない。

部品自体に影響を与え、動作性能を落とすことが知ら

このことから、汎用樹脂や既存耐久樹脂よりも耐湿熱れている。そこで、電子部品の熱を逃がすために放熱性が格段に優れていることが分かる。

フィンや放熱ファンなどが電気製品に搭載されている。

汎用樹脂

液体領域

100［MPa］

既存耐久樹脂混合粘度ン樹脂（ 以下、既存耐久樹脂 ）は 30 0 時間以内に溶解

ゲル領域
軟 高2.1. 2 硬度

EF-568
10EF-568

熱の逃がし易さを評価するために、熱伝導率という指標が用いられている。EF-56 8 の熱 伝導率は 0.7 W/

図 6 にPC T条 件下（ 121℃×10 0 %RH, 2atm ）でのm・Kと、汎 用樹脂の 0. 2W/m・Kと比 較して3 倍ほど樹脂の体積固有抵抗の変化を示す。 体積固有抵抗は高く、樹脂を注型することにより電子部品の発熱を逃絶 縁性の指標であり、電子部品の電気的な保護のたがす効果が期待できる。 発熱し、熱がこもるような電め維持する必要がある。

子基板向けに適応しやすい樹脂である。

EF-56 8 は導電性不純物を除去した成分で構成しているため、1, 50 0 時間でも体積固有抵抗値（ Ω・cm ）が、10 の 9 乗以上の絶縁性を保持している。

2.4 絶縁耐力

電気 製品は地 球 上のいたるところに設 置されるため、低 温 から高温とさまざまな環 境 下におかれる可1-50050100150

温度［℃］

注型時間

加熱養生時間時 間

図 7 温度による弾性率の変化

図 9 硬化システムの概念図

2. 5 作業性

低電圧の絶縁性能は絶縁抵抗（ 体積固有抵抗 ）の

2. 2 耐冷熱サイクル性

低2.1. 3 体積固有抵抗

二液混合型ポリウレタン樹脂は使用時にポリオール3. おわりに値で定まっている。 一方、高電 圧の場 合は耐電 圧や成分とポリイソシアネート成分の二液を混合する必要

絶 縁破壊電圧で規定されている。 そのため、用途にがある。その際に重要なことは、樹脂が電子基板のす当社の耐久性に優れた電気絶縁用ポリウレタン樹脂

よっては耐電圧や絶 縁破壊電圧の評価である絶 縁耐

みずみまで流れる流動性と生産タクトに直結する硬化は太陽電池、LED、家 庭 用燃料電池などの耐用年 数

力も樹脂の特性として必要になる。

時間である。の長い用途向けに適しており、これらの分野へ開発を進めている。

EF-56 8 は、JE T*4 の絶縁耐力試験において、「 電気

EF-56 8 は混合直後の増粘を抑えることで既存耐久よっては温度により大きく硬度が変化することがある。

用品に使 用される絶 縁 物の使 用温 度の上限値 」とし樹脂と比 較して流 動性が改善している（ 図 8）。 その今後の技術開発の方向性としては、さらなる耐久性

このような温度による硬度の変化は電子部品に影響をて、厚さ0. 5mmで130℃の認証を取得している。

後、加熱により急激に硬化する製品設計を実現していの改良により、耐熱性に優れているシリコーン樹脂の金属製の基板ケースを使用した場合は、電子部品とる（ 図 9）。この硬化システムにより、既存耐久樹脂で代替品や、一層の耐熱性などが求められる自動車やバイクなどの車載分野へ展開していく。

能性がある。 一方で、ウレタンなどの樹脂は、種類に与えるため、できる限り抑える必要がある。
図 7に示すように、EF-56 8 は、汎用樹脂よりも低温ケース間の絶縁性が求められる。EF-56 8 は薄膜でもは困難であった、大型かつ複雑な電子基 板への注型時における弾性率（ 硬度 ）の変化が緩やかである。こ

高い絶 縁性能を備えているため、部 材の省略 化によを可能とした。のことから、幅広い温度領域下で耐冷熱サイクル性にるコストダウンが可能となる。
《 解説 》

60＊1		 UL：Under writer s L aboratories Inc.		 アメリカ保険業者安全試験所＊2		 UL- 9 4 規格：装置及び器具部品のプラスチック材料燃焼性試験		 で、材料の燃えにくさの度合いを表す規格＊3		 PC T：Pressure Cooker Test		 プレッシャー・クッカー試験＊4		 JE T：Japan Electrical Safety & Environment Technology Laboratories		 一般財団法人 電気安全環境研究所

5,000

1.0×1013

EF-568既存耐久樹脂

50

4,000

汎用樹脂
1.0×1011

硬度30［shore A］

EF-5682,000

1.0×109
1,000

250

500

750

1,000

処理時間［hrs］

図 5 PC Tにおける硬度変化131）2015 年版 燃料電池関連技術・市場の将来展望 ㈱富士経済［mPa・s］

100《 参考文献 》

3,000

EF-568［Ω・cm］

20

既存耐久樹脂混合粘度

体積固有抵抗40

第一工業製薬 社報 No. 573 拓人 2015 夏

1,250

1,500

1.0×107

0500

1,000

処理時間［hrs］

図 6 PC Tにおける体積固有抵抗変化

1,5000510時間［ 分］図 8 二液混合後の増粘曲線

1520

藤本 泰範

ふじもと やすのり

樹脂材料研究所
ウレタン研究グループ
第一工業製薬 社報 No. 573 拓人 2015 夏14