化学物質暴露に対するロータリーシール材料の選定方法

腐食性化学媒体用シール材の選定

化学産業における回転シールの課題を理解する

化学産業におけるロータリーシールは、腐食性の高い流体（酸、塩基、溶剤）、大きな温度変化、変動する圧力とシャフト速度、そして機械的摩耗が組み合わさった環境で動作する必要があります。不適切な材料を選択すると、急速な膨潤、硬化、亀裂、漏れの増加、計画外のダウンタイム、そしてライフサイクルコストの増大につながります。この記事では、使用条件の評価方法、一般的なシール材料の比較、そして化学薬品暴露に耐えうる信頼性の高いロータリーシールを特定するための段階的な選定および検証プロセスを説明します。

化学産業向け回転シールを選択する前に定義する主要なサービスパラメータ

材料を比較する前に、正確な動作データを収集してください。各パラメータによって材料の適合性が変わります。

• 流体の識別: 正確な化学物質、濃度、混合溶媒、不純物、または粒子の存在。
• 温度範囲: 連続温度、断続温度、ピーク温度。
• 圧力: システムの静圧と動圧のスパイク。
• 回転速度と表面仕上げ: シャフトの回転速度と微細仕上げ (Ra) は摩擦と摩耗に影響します。
• 動作タイプ: 純粋な回転、振動、または回転と往復の組み合わせ。
• 環境: 紫外線、オゾン、洗浄剤への外部曝露。
• サイズと形状: グランド寸法、圧縮および押し出しギャップ。

これらの変数を文書化することで、エンジニアは一般的な推奨事項に頼るのではなく、材料特性を実際のサービス要求に適合させることができます。

化学適合性が化学産業用回転シールの材料選択を左右する

化学的適合性は主要なフィルターです。適合性チャートは初期の状態を示しますが、あくまでも保守的で一般的なものであり、実際の挙動は濃度、温度、および暴露時間によって異なります。主な化学的故障モードは2つあります。

• 膨潤と軟化 - 弾性ゴム (NBR、EPDM、FKM) は溶剤を吸収することが多く、寸法の変化、シール力の低下、押し出しが発生します。
• 硬化とひび割れ - 酸化攻撃または架橋結合の切断（特に非フッ素ゴムの場合）により脆化と漏れが発生します。

パーフルオロエラストマー (FFKM) および PTFE ベースの化合物は、最も広範な耐薬品性を示します。NBR や EPDM などのエラストマーは経済的ですが、特定の化学物質 (それぞれ炭化水素または強力な極性/水性媒体) に限定されます。

化学産業用回転シールの温度、圧力、機械的考慮事項

材料の選択では、耐薬品性と熱性能および機械性能のバランスをとる必要があります。

• 温度：PTFEおよび充填PTFEは非常に高い温度（充填剤によって異なりますが、通常260～300℃）に耐えます。FFKMは通常300℃まで、FKMは約200℃まで、NBRは約100～120℃まで、EPDMは約150℃まで、シリコーンは約200℃まで耐えます。機械特性（圧縮永久歪み、弾性率）は温度によって変化し、シーリングの信頼性に影響を与えます。
• 圧力と押し出し: 柔らかい材料は圧力を受けると膨張します。バックアップ リング (PTFE、PEEK) またはより硬い充填材を使用すると、高圧回転システムでの押し出しリスクが軽減されます。
• 動的摩擦と摩耗: PTFE ベースの材料は摩擦が低いですが、回転運動にはバネの励磁または特定のプロファイルが必要です。エラストマーは弾力性とシーリングのプリロードに優れていますが、研磨性または溶剤を多く含む環境では摩耗が早くなります。

化学産業向け回転シールの材質比較

以下は、一般的に使用される材料の簡潔な比較です。あくまで参考としてご利用ください。必ずサプライヤーのデータシートや実際の使用条件下での適合性試験をご確認ください。

表の出典と標準範囲は、末尾の参考文献にまとめられています。充填剤入りPTFEグレードは、摩耗を低減する代わりに剛性を高めることにご注意ください。充填剤の選択は、摩擦と摩耗の優先度に応じて異なります。

化学物質への曝露におけるシール寿命を延ばすための設計と運用戦略

材料の選択だけでは不十分です。化学産業向け回転シールの性能を向上させるには、以下の設計戦略を適用してください。

• スプリングの通電と適切な通電装置の選択 - 低弾性率材料の場合、膨張や温度変化下でも接触を維持するために適切なガーター スプリングまたはカップ スプリングを使用します。
• バックアップリングの使用 - 高圧環境や押し出し隙間がある場合は、PTFEまたはPEEKバックアップリングを使用してシールのはみ出しを防ぐ。
• 表面仕上げと硬度 - 摩耗を減らすためにシャフトの硬度と表面仕上げ（多くの回転シールでは Ra 0.2～0.8 μm など）を指定します。溝の硬いエッジを避けます。
• プロファイルの選択 - リップ形状、二次シール、または面シールにより、液体の摂取を減らし、寿命を延ばすことができます。
• 制御された起動手順 - 熱と圧力の上昇により、起動時にシールにかかる機械的衝撃が軽減されます。
• 濾過およびシーリングバリア - 微粒子を除去し、ラビリンスまたはダストシールを使用して摩耗を軽減します。

化学産業向け回転シールの試験と検証

チャートではすべての変数を捉えることができない可能性があるため、フィールドレベルの互換性チェックが必要です。推奨される検証手順は次のとおりです。

1. ベンチテスト：サンプルを対象流体中で、想定される温度で規定の間隔（例：24時間、168時間、720時間）放置し、硬度、引張強度、寸法変化、リーク率を測定します。
2. 動的テスト装置: 選択した材料を使用して代表的なシャフト速度、圧力、温度を実行し、トルク、漏れ、摩耗率を監視します。
3. 小規模フィールド試験: 制御された監視下にある限られた数のユニットにシールを設置して、実際の相互作用とメンテナンス データを取得します。

文書化されたテスト データは、EEAT および調達記録にとって不可欠であり、保証および継続的な改善プログラムをサポートします。

コストと信頼性：化学産業向け回転シールの商業的決定

FFKMや充填PTFEなどの高品質材料は初期費用が高くなりますが、耐用年数が長くダウンタイムが短いため、腐食性の高い化学プロセスでは総所有コスト（TCO）の削減につながることがよくあります。材料費、予想耐用年数、交換にかかる人件費、1時間あたりのダウンタイムコスト、環境／安全コンプライアンスコストなどを含むシンプルなTCO計算をご利用ください。最適な選択を行うことで、交換サイクルや計画外の停止を削減できる場合が多くあります。

ポリパック：化学産業向け回転シールの性能と考慮すべき理由

ポリパックは科学的かつ技術的な油圧シールシール製造、シール材料開発、カスタマイズを専門とするメーカーおよびオイルシールサプライヤーシーリングソリューション特殊な作業条件向け。2008年に設立されたPolypacは、充填PTFEシール（青銅充填、カーボン充填、グラファイトPTFE、MoS₂充填PTFE、ガラス充填PTFE）の製造からスタートしました。現在、Polypacの製品ラインには、NBR、FKM、シリコン、EPDM、FFKM製のOリングが含まれています。

ポリパックのカスタムゴムリングおよびOリング工場は、10,000平方メートルを超える敷地に8,000平方メートルの生産スペースを有しています。生産設備と試験設備は業界最先端の水準を誇ります。ポリパックは国内外の大学や研究機関と長期的な協力関係を維持しており、材料開発や用途に応じた試験をサポートしています。

化学産業に関連する中核製品と利点は次のとおりです。

• 製品範囲: Oリング、ロッドシール、ピストンシール、端面スプリングシール、スクレーパーシール、ロータリーシール、バックアップリング、ダストリング。
• 材料の専門知識: 充填剤入り PTFE、FFKM、FKM、NBR、EPDM、シリコン、高度な特殊化合物。
• カスタマイズ: 特定の化学物質、温度、圧力に合わせてカスタマイズされた化合物の開発とシール形状。
• テストと研究開発: 化学的老化、動的摩耗、長期的な互換性について社内およびパートナーのラボでテストを実施します。
• 製造規模: 大量生産能力と小バッチカスタム実行および高速プロトタイピングを組み合わせたもの。

ポリパックは、材料科学、製造能力、そして学術界との連携を融合させ、要求の厳しい化学産業用途におけるシール設計において、頼りになるパートナーです。ご相談、またはカスタマイズされた材料試験や製品サンプルのご依頼は、ポリパックの技術営業チーム（下記のCTA参照）までお問い合わせください。

化学産業向け回転シールのステップバイステップの選択チェックリスト

このチェックリストを使用して、問題の定義から検証済みのシールの選択に移行します。

1. 正確な使用条件（流体、温度、圧力、速度、動作）を記録します。
2. 互換性ガイドを使用して資料を選別し、不適切なオプションを除外します。
3. 耐薬品性、温度、機械的な要件をバランスよく考慮して 2～3 個の候補を絞り込みます。
4. ガスケット/シール形状を設計し、表面仕上げ/バックアップ リング/エナジャイザーを指定します。
5. 設計条件で加速劣化試験と動的ベンチテストを実行します。
6. 制御されたフィールド試験を実行し、ライフサイクル データを収集します。
7. 材質と形状を確定し、メンテナンス間隔とスペアパーツ戦略を文書化します。

化学産業向け回転シールの選定におけるよくある落とし穴とその回避方法

• 互換性チャートのみに頼らず、常に現実的な条件下でテストして検証してください。
• 混合化学物質と中間反応生成物を無視すると、混合効果は単一の化学物質よりも強力になる可能性があります。
• 温度の影響を過小評価する - 温度上昇により耐薬品性が急速に低下する可能性があります。
• 浸透と蒸気相攻撃に対する計画がない - 一部の液体は時間の経過とともに化学的に耐性のある材料にも浸透します。
• 製造公差と溝の設計を無視すると、グランドの設計が不適切であると押し出しが発生し、早期に故障が発生します。

よくある質問（FAQ）

1. 濃酸や溶剤にさらされるシールにはどの材質が最適ですか?

パーフルオロエラストマー（FFKM）とPTFE（充填PTFEを含む）は、濃酸および有機溶剤に対する耐性が最も広範囲にわたります。FFKMはエラストマーの弾力性とほぼ普遍的な耐薬品性を兼ね備え、PTFEは優れた不活性性と熱安定性を備えています。最適な選択は、コストと機械設計を考慮して決定されます。

2. 化学業界で Viton (FKM) ロータリーシールを使用できますか?

FKM（Viton®）は、多くの炭化水素系化学薬品、燃料、オイル、そして高温下での中程度の腐食性流体に適しています。ただし、強アミン、ケトン（アセトンなど）、および特定の極性溶媒との相性は良くありません。必ず適合性データを確認し、ご使用の流体の混合比と温度に合わせて試験を実施してください。

3. 高圧下でソフトシールのはみ出しを防ぐにはどうすればよいですか?

押し出し隙間を塞ぐには、PTFEまたはPEEK製のバックアップリングを使用してください。グランドサポートを強化するか、押し出し隙間を小さくするか、より硬質または半充填性の材料を選択してください。適切な寸法のバックアップリングと溝形状が重要です。

4. 本格的な展開の前にテストは必須ですか?

はい。ベンチエージング、動的試験、および限定的なフィールド試験を強くお勧めします。チャートはガイダンスを提供しますが、特に混合化学物質、高温、または長いサービス間隔の場合、実環境での検証に代わるものではありません。

5. 充填剤入り PTFE グレードとは何ですか? また、いつ指定すればよいですか?

充填PTFEには、耐摩耗性の向上、コールドフローの低減、摩擦特性の改善を目的として、青銅、炭素、ガラス、グラファイト、MoS₂などの充填剤が含まれています。低摩擦と耐薬品性の両方が求められる場合、特に面シール、回転軸、摺動摩耗が著しい箇所などには、充填PTFEをご使用ください。

6. 温度変化は化学的適合性にどのような影響を与えますか?

高温は通常、化学的な侵食を加速させ、浸透率を高め、膨潤挙動を変化させる可能性があります。室温で適合性のある材料が、高温では機能しなくなる可能性があります。想定される最高使用温度において適合性を検証してください。

7. カスタムテストや材料開発を依頼するには誰に連絡すればよいですか?

Polypacは、材料開発、カスタムシール設計、アプリケーションテストを提供しています。ご相談、材料サンプル、またはお見積もりの​​ご依頼は、Polypacのウェブサイトからお問い合わせいただくか、技術営業チーム（下記のCTA参照）までご連絡ください。

お問い合わせと製品に関するご相談（行動喚起）

化学産業用途向けのカスタマイズアドバイス、アプリケーション固有の適合性試験、サンプルおよびカスタムロータリーシールのご注文については、Polypacまでお問い合わせください。Polypacは、お客様のシールが化学的、熱的、および機械的な要件を満たすよう、エンジニアリングサポート、材料開発、実規模試験を実施いたします。ご相談の開始、Oリング、ロッドシール、ピストンシール、エンドフェイススプリングシール、スクレーパーシール、ロータリーシール、バックアップリング、ダストリングの製品データシートのご請求は、https://www.polypac.com をご覧ください。

参考文献

1. パーカー・ハネフィン - パーカーOリングハンドブック。2025年11月26日アクセス。https://www.parker.com/literature/O-Ring%20Division%20English/Parker%20O-Ring%20Handbook.pdf
2. トレルボルグ シーリングソリューション - 耐薬品性ガイドとシール選定。アクセス日：2025年11月26日。https://www.trelleborg.com/en/seals
3. Cole-Parmer - 耐薬品性データベース。アクセス日：2025年11月26日。https://www.coleparmer.com/
4. MatWeb 材料特性データ - PTFE、FKM、EPDM、PEEK のデータシート。アクセス日：2025年11月26日。https://www.matweb.com/
5. デュポン - Viton® (FKM) フッ素エラストマー製品情報。アクセス日：2025年11月26日。https://www.dupont.com/
6. ポリパックの企業情報および製品情報（同社提供の技術概要と沿革）。アクセス日：2025年11月26日。https://www.polypac.com/