難燃性樹脂（UL94規格）の種類と特徴 | 難燃性樹脂の選定ガイド

本記事の要点

1. 樹脂の難燃性は、着火や燃焼の広がりを抑える性質であり、材料や試験方法によって評価基準が異なるため、用途に応じた適切なグレードの選定が必要である。

2. 難燃性を示す指標であるUL94では燃焼試験の方法や燃焼挙動に応じてV-0や5VA・5VBなどのグレードが設定されている。

3. 難燃性樹脂を設計に用いる際は、製品安全規格や社内規格から必要なグレードを確認し、材料の認定情報や肉厚を踏まえて要求仕様を満たせるか検討することが重要である。

電子機器や自動車部品の樹脂材質選定で、「UL94 V-0」などの燃焼性規格をクリアする必要があることがあります。その課題解決のその鍵を握るのが、燃えにくさを示す難燃性です。本記事では、難燃性の基礎知識から、V-0などで知られる重要な規格「UL94」のランクごとの違い、そしてPPSやPEEKといった代表的な難燃性プラスチックの選び方までを解説します。

難燃性とは

樹脂の難燃性とは

難燃性とは、樹脂が燃えにくく、着火した場合にも燃焼が広がりにくい性質のことです。樹脂は本来燃える性質を持ちます。難燃性樹脂は、難燃剤の添加や分子設計によって、着火しにくく、着火しても燃え広がりにくく、火源を除けば自然に消える性質を持たせた樹脂です。

難燃は不燃とは異なり、十分に加熱されれば燃焼・分解します。難燃化の目的は燃焼を完全に防ぐことではなく、火災の初期段階で燃焼の進行を遅らせ、あるいは止めて、被害の拡大を抑えることにあります。種類によって燃えやすさが異なり、火炎を近づけた際の着火性や燃焼のしやすさ、火炎を取り除いた後に燃焼が続く時間などに違いがあります。

製品開発で求められる難燃性

樹脂に求められる難燃グレードは、最終製品が適合すべき規格によって決まります。たとえば機器の安全規格（IEC 62368-1、IEC 60335-1など）や業界規格、顧客仕様が、部品ごとに必要なUL 94グレード、最小厚みなどの要件を規定します。

同じ機器内でも、使用箇所によって要求は異なります。電圧が高い部品や発熱部品、内部の火源に近い部品ほど厳しいグレードが求められ、外装部品と内部部品でも条件が変わります。材料選定では製品が適用を受ける規格と各部品への要求を洗い出すことが出発点となります。

難燃性と自己消火性の違い

難燃性と自己消火性は関連する性質ですが同じ意味ではありません。難燃性は材料が燃焼しにくく燃焼が広がりにくい性質を指すのに対し、自己消火性は外部から火炎を取り除いた後に燃焼が自然に止まる性質を指します。

両者の関係は、難燃性が広い概念で、自己消火性はその一要素と考えることができます。自己消火性のある材料は、難燃性の一面を備えていると言えます。一方で、難燃性があるからといって、必ずしも自己消火性があるとは限りません。たとえば、着火しにくい材料でも、いったん火がつくと燃え続けてしまうものがあります。

難燃性の規格「UL94」とは

グレード

樹脂の難燃性を示す指標として、最も広く使われているのが、米国UL(Underwriters Laboratories)の規格「UL94」による難燃グレードです。IEC 60695-11-10およびIEC 60695-11-20にも対応する試験方法があり、国際的にも同等の枠組みで運用されています。試験方法や燃焼時の挙動に応じて複数のグレードが設定されています。

UL94での試験方法は、水平燃焼、垂直燃焼、より強い炎を用いる5V燃焼の3種類に大別されます。グレードはHB、V-2、V-1、V-0、5VB、5VAの順に難燃性が高くなり、要求が厳しい用途ほど上位のグレードが指定されます。電気・電子部品では、V-0が標準的な要求レベルとして広く採用されています。

評価・認定基準

【V-0/V-1/V-2の認定基準】V-0/V-1/V-2は垂直燃焼試験によって判定します。試験片の下端に長さ20mmの炎を当て、30秒以内に燃焼が止まった場合、さらに10秒間炎を当てます。この2回の試験による燃焼時間の長さと周囲への反応でグレードを判定します。

【5V-A/5V-Bの認定基準】5V-A/5V-Bは、V-0またはV-1に適合した材料について、さらに厳しい条件での試験を行います。規定の大きさの試験片を地面に垂直にして、下端から125mmの炎を5秒間当てて5秒離す動作を5回繰り返します。5VA、5VBの判定は試験片を水平にして同様の操作を繰り返します。穴が開けば5VB、開かなければ5VAの判定となります。

グレード別の樹脂材料

V-0の樹脂

5VA/5VBの樹脂

※同じ樹脂であってもグレードによってV-0品と5VA/5VB品が存在する場合があります。

設計時のポイント

部品ごとに求められる難燃グレードを確認する

設計の初期段階で、以下の観点から要求レベルを明確にしておくことが重要です。部品単体で「難燃性が高ければ良い」という判断ではなく、製品全体の安全性を確保する観点から、部位ごとに必要十分なグレードを設定する必要があります。過剰なグレード要求はコストや材料選定の自由度を狭める一方、不足すると製品認証（UL認証など）の段階で再設計が必要になるリスクがあります。設計の後工程での手戻りを避けるため、早い段階で要求グレードを確認・合意しておくことが望まれます。

発熱部品からの距離：電源部、モーター、スイッチング素子など発火リスクのある部品に近い部品ほど、高い難燃グレードが要求される

製品全体の安全規格：UL 62368-1やIEC 62368-1、IEC 60335シリーズなど製品カテゴリごとの安全規格が、筐体や内部部品に対して間接的に難燃グレードを指定している場合がある

社内規格：多くのメーカーでは、部位ごとの難燃グレードをマトリクス化した社内規格を持っており、新規設計でもまずこれに準拠するのが基本

難燃グレードを満たせる肉厚を確認する

同じ材料でも、肉厚によって取得できる難燃グレードが異なる場合があります。UL 94では、試験片の厚さが評価条件の一つとなっており、薄肉になるほど同じグレードを満たすことが難しくなります。そのため、材料の選定時にはそのグレードを満たすために必要な肉厚も確認することが重要です。また、実際の部品形状で要求される難燃性を満たせるか、メーカーの認定情報や材料データシートなどで確認が必要です。

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