非エラストマー シーリング材の境界を理解する-

シーリング工学における実際の境界は、事実上、シーリング機構の境界です。エラストマーシールの初期シール力は主に圧縮後の弾性回復力に依存しており、中圧により接触応力はさらに増加し​​ます。圧縮永久歪みが大きくなりすぎて材料の弾性記憶が失われると、シールが機能しなくなります。対照的に、PTFE、UHMWPE、PEEK などの工業用ポリマーは基本的に弾性回復力が低く、特に PTFE はかなりのコールドフローまたはクリープを示します。したがって、これらの材料は「ゴムのようにスナップバック」することによって機能するのではなく、幾何学的設計、予圧、圧力作動、スプリングまたは O リングの通電によってシール性能を発揮します。-これにより、非エラストマー シーリング材のコア境界が定義されます。重要な問題は、その材料がどれほど強いかではなく、システム内でその材料がどのような役割を果たしているかです。-、それが弾性補償を提供するかどうか、または低摩擦、耐摩耗性、耐薬品性、押出抵抗、耐荷重などの機能を提供するかどうかです。-前者はエラストマーに含まれており、後者はエンジニアリング プラスチックがシーリング用途に採用される理由です。

1. PTFE PTFE は単なる「高級プラスチック」として考える必要はなく、耐薬品性、耐熱性、低摩擦という 3 つの重要な限界を同時に押し上げる物質として考えるべきです。- AGC の調査によると、通常の使用温度範囲は約 -180 度から +260 度であり、事実上すべての媒体に対して化学的に不活性です。パーカーのデータによると、スチール上の PTFE の乾燥滑り摩擦係数は約 0.10 で、UHMWPE (約 0.25) やバージン PEEK (約 0.35) よりもはるかに低くなります。これは、PTFE が、高温、深刻な腐食性、低摩擦の動的状況において、エラストマー-ベースのシールの最高性能の限界を効果的に引き上げることを意味します。

しかし、その欠点も同様に重大です。パーカー氏によると、未使用の PTFE は室温で一定の荷重がかかると多くのクリープが発生し、本質的に弾性回復力がありません。摩擦は非常に低いですが、耐摩耗性はかなり劣ります。したがって、PTFE を高温ゴム、またはエラストマー O- リングの硬質同等物と考えるのは正しくありません。典型的な工学上の間違いは、摩擦の低減と安定した弾性シールを提供する能力を混同することです。したがって、実際の用途では PTFE が単独で使用されることはほとんどありません。 1 つの方法は、ガラス繊維、炭素繊維、グラファイト、ブロンズなどの材料を使用してフィラーを変更し、耐クリープ性、耐摩耗性、圧縮強度、抗押出能力を強化することです。-別の方法は、スプリング-シールやエラストマー-などの通電シール構造を採用することで、スプリングや O{11}} リングが低圧接触や長期間の変形を補償します。-

工学的な観点から見ると、PTFE は、幾何学的または弾性的な補償を提供する材料ではなく、媒体適合性、温度、摩擦の限界を突破する材料として考慮される必要があります。高温、激しい化学薬品への曝露、または摩擦の少ない動的動作の状況に最適です。ただし、大きな変形コンプライアンスや長期にわたる弾性回復が主な要件である場合、これは最大の選択肢ではありません。

2.UHMW-PE
UHMWPE は、PTFE と比較して完全に異なる材料境界を表します。たとえば、Ensinger PE1000 は、非常に高い衝撃靱性、優れた耐摩耗性および耐磨耗性、強力な滑り摩耗挙動、および優れた低温性能を備えています。一般的なパラメータは、引張弾性率が約 700 MPa、降伏強度が約 19 MPa、使用温度が約 -260 度から +80 度です。

これは、その材質の性質上、耐高温プラスチックではなく、耐摩耗性および耐衝撃性のテクニカルポリマーです。パーカー氏は、「UHMWPE は最も丈夫で耐摩耗性の高い材料の 1 つですが、PTFE よりも温度と耐薬品性が制限されており、PTFE よりも高い摩擦係数を備えた往復運動や非常に遅い滑り用途により適しています。トレルボルグの主な UHMWPE 製品は、油圧シリンダのガイド リングやウェア リング用の材料であり、横荷重を吸収し、ピストンやロッドをガイドし、金属-と-の接合を排除します」と述べています。連絡先。

言い換えれば、UHMWPE は耐摩耗性、誘導性、低温靱性、およびゆっくりとした滑り動作を実現するように設計されており、高温または化学的に厳しい設定で PTFE と競合しないように設計されています。 UHMWPE は PTFE の安価な代替品としてよく考えられていますが、実際にはその役割は根本的に異なります。 PTFE は極度の耐薬品性、高温、超低摩擦を目的に設計されており、UHMWPE は耐摩耗性、耐衝撃性、低温靱性を目的に設計されています。-

3. PEEK PEEK は、シーリング システムのより構造的な材料です。 Victrex のデータによると、PEEK は高温耐性、広範な耐薬品性、高い機械的強度、優れた寸法安定性、耐加水分解性、耐摩耗性を備えています。たとえば、典型的な 450G グレードは、引張弾性率が約 4.0 GPa、引張強さが約 98 MPa、連続使用温度が 260 度までです。

PEEK は明らかにソフトコンタクト シーリング材ではなく、高弾性率の構造ポリマーです。{0}これは主に、バックアップ リング、押し出し防止装置、ガイド要素、耐荷重構造コンポーネントなどのシール用途に使用されます。- Trelleborg では、ガイダンスおよび摩耗用途に関して、PEEK を高弾性エンジニアリング プラスチックとして分類しています。 PEEK バックアップ リングは、高圧下での O- リングや X- リングの押し出しを避けるために特別に開発されました。

PEEK の利点は、耐圧性、ギャップ制御、耐荷重性、寸法安定性の限界を拡張できることです。ただし、PEEK は汎用的に適用できるシール材ではありません。大きな変形コンプライアンスや公差吸収用途には理想的ではなく、PTFE よりも摩擦係数が大きくなります。したがって、PEEK を主要なシール要素としてではなく、構造および耐押出し材料として考慮することをお勧めします。{3}}

4.TPU(ポリウレタン)
ポリウレタンは、シーリング用途では TPU と呼ばれることが多く、油圧動的シーリングの標準材料です。パーカー TPU は、長年にわたり流体動力システムのベンチマークであり、優れた耐摩耗性、熱安定性、耐加水分解性、圧縮永久歪み性能、弾性回復力を備えています。コベストロ氏はまた、その優れた耐摩耗性、広い柔軟性範囲、高い弾性、および油や特定の溶剤に対する優れた耐性にも注目しています。

これにより、TPU はエラストマーとエンジニアリング プラスチックの中間的な位置に位置します。優れた弾性を備えており、特に高圧動油圧用途において、摩耗寿命と機械的耐久性が大幅に向上します。-しかし、その本当の強みは、一般的な耐薬品性や静的シール条件ではなく、特に動的油圧シールにあります。

最も一般的な誤解の 1 つは、TPU を単一の均質な材料と考えることです。これは、TPU の耐薬品性が配合、硬度、温度、濃度、暴露期間に大きく依存するためです。強酸とアルカリは TPU を攻撃し、芳香族炭化水素は膨張を引き起こし、ケトンとエステルはかなりの膨張を引き起こします。DMF、DMSO、NMP、THF は TPU の溶媒です。この配合は温度耐性にも役割を果たします。 MDI ベースのシステムは通常 100 度ですが、PPDI ベースのシステムは約 135 度です。したがって、PU は 1 つの一定の境界によって決定されるのではなく、システムに依存する定式化境界によって決定されます。-。

5. エラストマーとエンジニアリングプラスチックの工学的限界
エンジニアリング プラスチックとエラストマーの間の根底にある障壁は、いくつかの方法で理解できます。エラストマーは主に弾性回復によってシール力を担いますが、PTFE、UHMWPE、PEEKなどのエンジニアリングプラスチックは弾性変形に依存せず、低摩擦、耐摩耗性、耐薬品性、耐押出性、寸法安定性により性能の限界を押し広げます。

それらの機能的役割は明確に区別されています。 PTFE は主に化学物質、温度、摩擦の制限を扱います。 UHMWPE は、耐摩耗性、ガイダンス、低温性能、および遅い滑りに重点を置いています。 PEEK は耐荷重性、耐押出性、高圧構造安定性のために使用されます。- PU は、動的な油圧条件下での摩耗寿命が最適化されています。実際には、最良のシーリング ソリューションは、多くの場合、交換品ではなく、ハイブリッド システムです。たとえば、O- リングは予圧と初期接触力を提供し、PTFE スリーブは摩擦の低減と耐薬品性の向上を提供し、PEEK または充填 PTFE バックアップ リングは圧力下での押し出しを抑制します。-

最も一般的なエンジニアリング上の間違いは、さまざまなシール方法の材料を比較することです。 PTFE は高級ゴムではなく、PEEK は汎用プラスチックではなく、UHMWPE は安価な PTFE ではなく、PU は単なる硬い NBR ではありません。-主な故障モードが認識されると、材料の境界が明らかになります。