エンジニアリングプラスチックの中でも特に注目される素材、PEEK（ポリエーテルエーテルケトン）。
その優れた性能から航空宇宙・医療・半導体など幅広い産業で採用が進んでいますが、「PEEKの密度はどのくらいなのか」「融点や熱伝導率との関係はどう理解すればよいのか」といった疑問を持つ方も多いのではないでしょうか。
本記事では、PEEKの密度をkg/m³およびg/cm³の数値で明確にしながら、融点・熱伝導率・機械的特性との関係まで丁寧に解説していきます。
PEEKの材料選定や設計に関わる方はもちろん、エンジニアリングプラスチックについて学びたい方にも役立つ内容です。
PEEKの密度はkg/m³・g/cm³でそれぞれいくつか？結論を先にお伝えします
それではまず、PEEKの密度について結論から解説していきます。
PEEKの密度（ポリエーテルエーテルケトン密度）は、約1,300〜1,320 kg/m³、g/cm³に換算すると約1.30〜1.32 g/cm³というのが標準的な数値です。
これは非晶質（アモルファス）状態と結晶化状態によってわずかに異なります。
PEEKの代表的な密度
非晶質（アモルファス）状態：約1.26〜1.27 g/cm³（1,260〜1,270 kg/m³）
半結晶質（標準グレード）状態：約1.30〜1.32 g/cm³（1,300〜1,320 kg/m³）
高結晶化状態：最大約1.40 g/cm³程度まで上昇する場合もあります。
PEEKは結晶化度が高まるほど密度も増加する傾向があります。
これは分子鎖が規則正しく配列されることで、分子間の充填効率が高まるためです。
一般的な市販グレードでは1.30〜1.32 g/cm³が標準とされており、素材選定における基準値として広く使用されています。
単位換算の例
1.32 g/cm³ ＝ 1,320 kg/m³
（1 g/cm³ ＝ 1,000 kg/m³ のため、数値を1,000倍することでkg/m³に変換できます）
他のエンジニアリングプラスチックと比較すると、ナイロン（PA）が約1.13〜1.15 g/cm³、ポリカーボネート（PC）が約1.20 g/cm³程度であることを考えると、PEEKはやや密度が高い素材といえるでしょう。
ただし、金属と比べると圧倒的に軽く、例えばアルミニウムの約2.70 g/cm³と比べても半分以下の密度です。
この「金属より軽く、プラスチックより高性能」という特性が、PEEKが高機能部品の代替材料として選ばれる大きな理由のひとつとなっています。
PEEKの融点と熱的特性 — 密度との関係から見えてくるもの
続いては、PEEKの融点および熱的特性と、密度との関係を確認していきます。
PEEKの融点（melting point）は約343℃とされており、これはエンジニアリングプラスチックの中でも非常に高い部類に属します。
融点の高さは、分子構造の規則性、すなわち結晶化度と密接に関連しています。
以下の表に、PEEKの主要な熱的特性をまとめました。
| 特性項目 | 数値・単位 | 備考 |
|---|---|---|
| 融点（Tm） | 約343℃ | 半結晶質グレードの標準値 |
| ガラス転移温度（Tg） | 約143℃ | 非晶質領域が軟化し始める温度 |
| 連続使用温度 | 約250℃ | 長期使用における上限目安 |
| 熱変形温度（HDT） | 約150〜170℃（1.82 MPa荷重下） | グレードにより異なる |
| 熱伝導率 | 約0.25 W/(m·K) | 純PEEKの標準値 |
| 線膨張係数 | 約47〜54 × 10⁻⁶/K | 流動方向により異なる |
密度と融点の関係で注目すべきは、結晶化度が高いほど融点・密度ともに高くなるという相関です。
成形加工の冷却速度を速めると非晶質状態になりやすく、密度がやや低下するとともに融点も明確な値を示さなくなります。
一方、ゆっくり冷却すると結晶化が進み、密度が1.32 g/cm³に近づき、融点もより明確な343℃付近に近づく傾向があります。
熱伝導率については、純PEEKは約0.25 W/(m·K)と比較的低い値ですが、フィラー添加グレードでは大きく変わります。
カーボンファイバー強化PEEK（CF-PEEK）では熱伝導率が向上する場合があり、グラファイト充填PEEKでは約5〜10 W/(m·K)程度まで高められることもあるため、用途に応じたグレード選定が重要です。
PEEKの熱的特性のポイント
融点約343℃という高さは、半結晶質構造によるものです。
結晶化度が上がると密度・融点ともに上昇する相関関係があります。
熱伝導率は純PEEKでは低いが、フィラー添加により大幅に向上させることが可能です。
PEEKの機械的特性 — 密度との関係で理解する強度・剛性・耐摩耗性
続いては、PEEKの機械的特性と密度の関係を確認していきます。
PEEKは高い密度（1.30〜1.32 g/cm³）と緻密な分子構造を背景に、優れた機械的特性を発揮します。
以下の表に、PEEKの主要な機械的特性を整理しました。
| 特性項目 | 数値・単位 | 備考 |
|---|---|---|
| 引張強度 | 約100 MPa | 純PEEKの標準グレード |
| 引張弾性率（ヤング率） | 約3.6〜4.0 GPa | 結晶化度に依存 |
| 曲げ強度 | 約160 MPa | 標準グレードの目安 |
| 曲げ弾性率 | 約3.7〜4.1 GPa | 成形条件により変動 |
| 圧縮強度 | 約120 MPa | 高荷重用途に有効 |
| シャルピー衝撃強度 | 約6〜10 kJ/m² | ノッチ付き試験値 |
| ロックウェル硬さ（M scale） | 約M99 | 高硬度であることを示す |
密度が高いほど分子鎖の充填密度が増し、材料内部の空隙が少なくなります。
その結果、引張強度・弾性率・耐クリープ性が向上する傾向が見られます。
PEEKの比強度（強度÷密度）はアルミニウム合金に匹敵する場合もあり、軽量化と高強度を両立したい設計において大変魅力的な素材です。
耐摩耗性も特筆すべき特性で、PEEKは摺動部品やベアリングなどの用途に非常に適しています。
PTFEやカーボン繊維を配合した摺動グレードでは、摩擦係数をさらに低減することが可能です。
比強度の比較例（概算）
PEEK：引張強度100 MPa ÷ 密度1.32 g/cm³ ＝ 約75.8 MPa·cm³/g
アルミ合金（A6061）：引張強度275 MPa ÷ 密度2.70 g/cm³ ＝ 約101.9 MPa·cm³/g
（CFRPや強化グレードのPEEKを使用すればさらに比強度は向上します）
また、高結晶化グレードは剛性・硬度が高まる一方で、非晶質グレードは靭性（じんせい）に優れるという特徴があります。
用途に応じて結晶化度や添加材の種類を選ぶことが、PEEKの性能を最大限に引き出す鍵となるでしょう。
PEEKの密度に影響を与える要因 — グレード・充填材・成形条件の違い
続いては、PEEKの密度に影響を与える要因について確認していきます。
PEEKの密度は一律ではなく、グレードの種類・充填材・成形条件によって変化します。
これを理解しておくことは、設計精度の向上や材料選定の最適化につながります。
グレードによる密度の違い
PEEKには純粋なポリマーグレードのほかに、ガラス繊維（GF）強化・カーボン繊維（CF）強化・フィラー配合など多様なグレードが存在します。
それぞれのグレードでは、添加材の密度がポリマー本体と異なるため、最終的な複合密度が変化します。
| グレード | 密度（g/cm³） | 特徴 |
|---|---|---|
| 純PEEK（未充填） | 1.30〜1.32 | 標準的な基本特性 |
| GF30%強化PEEK | 約1.49〜1.55 | 剛性・強度が大幅向上 |
| CF30%強化PEEK | 約1.40〜1.44 | 軽量かつ高剛性 |
| 摺動グレード（PTFE等配合） | 約1.30〜1.40 | 摩擦・摩耗低減 |
| グラファイト充填PEEK | 約1.40〜1.50 | 熱伝導性向上 |
ガラス繊維（密度約2.54 g/cm³）を充填すると全体の密度は上昇し、カーボン繊維（密度約1.76〜1.80 g/cm³）の充填では上昇幅が比較的小さくなります。
CF強化グレードは、軽量性と高剛性を両立させたい用途に最適な選択肢といえるでしょう。
成形条件（冷却速度・結晶化度）による影響
PEEKは熱可塑性樹脂であり、射出成形・押出成形・圧縮成形などの方法で加工されます。
その際の冷却速度が結晶化度に大きく影響し、ゆっくり冷却すると結晶化が進んで密度が高まり、急冷すると非晶質が増えて密度が低下します。
金型温度を高く設定することで結晶化度が上がり、密度1.32 g/cm³に近づけることが可能です。
反対に、急冷を行うと透明に近い外観になる場合があり、これが非晶質構造の指標となることもあります。
アニーリング（熱処理）の効果
成形後にアニーリング（焼鈍処理）を施すことで、残留応力の緩和とともに結晶化度がさらに向上し、密度・強度・寸法安定性のすべてが改善されることが知られています。
アニーリング条件としては、約200〜220℃で数時間保持するのが一般的です。
高精度部品の製造においては、このアニーリング工程を設計仕様に組み込むことが推奨されるでしょう。
PEEKの密度に影響する主な要因まとめ
充填材の種類と含有量（GF・CF・PTFEなど）：密度・強度・熱特性に直結します。
成形時の冷却速度：急冷では密度低下、徐冷では密度上昇の傾向があります。
アニーリング処理：結晶化度と密度を安定化させる重要な後処理工程です。
まとめ
本記事では、PEEKの密度はkg/m³やg/cm³の数値と融点・熱伝導率・機械的特性との関係も解説というテーマで、PEEKの基本的な密度数値から各種特性との相関まで幅広く解説しました。
PEEKの密度は標準グレードで約1.30〜1.32 g/cm³（1,300〜1,320 kg/m³）であり、結晶化度・充填材・成形条件によって変動します。
融点は約343℃、熱伝導率は純PEEKで約0.25 W/(m·K)、引張強度は約100 MPaと、いずれも高水準の特性を誇ります。
密度・融点・機械的特性はそれぞれ独立した数値ではなく、結晶化度という共通の因子を介して密接につながっています。
用途に応じた最適グレードの選定、成形条件の管理、アニーリングの活用が、PEEKの性能を最大限に引き出すポイントとなるでしょう。
PEEKは今後も航空宇宙・医療・半導体・自動車などの高付加価値産業における重要素材として、ますます活躍の場を広げていくことが期待されます。
