PTFEとエラストマーのロータリーシール：化学産業における比較

過酷な化学環境に適したロータリーシールの選定

化学産業用回転シールにおいて、PTFEとエラストマーの選択が重要な理由

化学産業機器に適したロータリーシールの選定は、決して単純な材料選択ではありません。安全性、リーク率、メンテナンス間隔、そしてライフサイクルコスト全体に影響を及ぼします。PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）とエラストマー（NBR、FKM、EPDM、シリコン、FFKMなど）は、ロータリーシールの主要材料群です。それぞれに独自の利点があり、化学プラントで一般的に見られる酸、塩基、溶剤、高温、研磨性スラリーへの曝露において明確な限界があります。

化学産業向け回転シールを評価するための主要性能要因

化学産業サービスにおけるPTFEとエラストマー回転シールを比較する場合、現場でのパフォーマンスに最も影響を与える5つの要素、すなわち化学的適合性、温度範囲、圧力、押し出し抵抗、摩擦とエネルギー損失、そして耐摩耗性。その他の実用的な考慮事項としては、設置の容易さ、シャフトのずれへの対応力、修理の容易さ、ユニットコストなどが挙げられます。

材料特性と化学的適合性

耐薬品性：化学産業用回転シールにおけるPTFEとエラストマーの比較

PTFEは耐薬品性のベンチマークとして広く認められており、通常の動作温度においては、強酸、アルカリ、ほとんどの有機溶剤を含む、ほぼすべての一般的な工業用薬品に対して不活性です。エラストマーの耐薬品性は材質によって大きく異なります。NBR（ニトリル）は油や炭化水素に対して優れた耐性を示しますが、オゾン、ケトン、一部の強酸に対しては耐性が劣ります。FKM（Viton®）は燃料や多くの薬品に対して優れた耐性を示します。EPDMは熱水や蒸気に対しては優れた耐性を示しますが、多くの燃料や油に対しては侵されます。FFKM（パーフルオロエラストマー）は耐薬品性に​​おいてPTFEに匹敵しますが、はるかに高価です。

温度と圧力の性能

化学産業用回転シールの動作温度範囲

温度性能は材料選定の重要な要素です。PTFEは通常、約-200℃～+260℃の範囲で動作します（連続使用温度範囲の上限は充填材とグレードによって異なります）。エラストマーは様々で、NBRは-40℃～+120℃、FKMは-20℃～+200℃、EPDMは-50℃～+150℃、シリコンは-60℃～+200℃、FFKMは-20℃～+320℃（配合によって異なります）です。必ず動的温度範囲をご確認ください。回転時の発熱と摩擦により、有効動作温度が静的定格を下回る場合があります。

摩擦、摩耗、漏れ挙動

化学産業用回転シールの摩擦と摩耗の比較

PTFEは非常に低い摩擦特性（典型的な動摩擦係数は、相手材と充填材によって異なりますが、約0.05～0.2）を有し、駆動トルクと発熱を低減します。エラストマーは摩擦特性が高くなります（一般的に0.2～0.6）。しかし、その弾性的な柔軟性により、低圧時やシャフト表面が不均一な場合でも、初期接触とシール性が良好です。耐摩耗性は用途によって異なります。充填剤入りPTFEグレード（グラファイト、カーボン、ブロンズ、MoS₂）は、動的な回転用途における耐摩耗性向上に使用されます。一方、エラストマーは、適切な配合により、研磨性スラリー環境において純粋なPTFEよりも優れた性能を発揮します。

比較表：化学産業向けPTFE製とエラストマー製ロータリーシール

表のデータソース: メーカーの材料データシートおよびシール設計ハンドブック (参考文献を参照)。

設計と設置に関する考慮事項

化学産業における回転シールの設計が性能に与える影響

PTFEロータリーシールの場合、設計者は低い弾性を補うために、スプリングエナジャイズドプロファイルまたは金属エナジャイズドPTFEを一般的に使用します。これにより、PTFEの化学的不活性性を活用しながらリップ接触を維持できます。高圧時のはみ出しを防止するために、バックアップリング（PTFEまたはより硬い材料）が必要になることがよくあります。エラストマーの場合、適切な硬度（ショアA）の選択とはみ出し防止装置が重要です。柔らかい化合物は低圧でのシール性に優れていますが、摩耗が早くなります。表面仕上げ、シャフトのミスアライメント許容値、グランド寸法、潤滑方法はすべて、耐用年数に直接影響します。

コスト、リードタイム、ライフサイクルのトレードオフ

化学産業向け回転シールの総所有コスト

初期部品コストは、PTFEやFFKMよりも一般的なエラストマー（NBR、EPDM、FKM）の方が有利です。しかし、PTFEを使用することで頻繁な交換、腐食による損傷、漏れによる予定外のダウンタイムを回避できる用途では、PTFEの方が総所有コストが低くなる可能性があります。予備部品の在庫ニーズを考慮してください。機器に合わせてPTFEとエラストマーの両方の予備部品を用意しておくことで、混合流体を使用する化学プラントにおけるダウンタイムリスクを軽減できます。

意思決定マトリックス: PTFE ロータリーシールとエラストマー ロータリーシールのどちらを指定するべきか

化学産業向け回転シールの実用的な選定ルール

次の場合には PTFE ベースのシールを使用します。

• 流体は腐食性が極めて高く、またはエラストマーを攻撃する強力な溶剤です。
• 動作温度が一般的なエラストマーの限界を超えています。
• トルクや熱を減らすには、非常に低い摩擦が必要です。
• 浸透は最小限に抑える必要があり、化学的不活性が最も重要です。

次の場合にはエラストマーシールを使用します。

• コスト感度と低圧での良好な密閉が主な懸念事項です。
• シャフトの表面には小さな欠陥やずれがあります。
• サービス メディアは互換性があり、研磨条件が存在する場合、エラストマーはプレーン PTFE よりも優れています。
• 頻繁な組み立て/分解により、エラストマーの柔軟性が高まります。

ケーススタディと現場事例

化学産業向け回転シールの実例

1) プロセスプラントの溶剤ポンプ：ニトリルシールがケトンへの曝露により数週間で故障したため、カーボン充填PTFEを使用したPTFEライニングロータリーリップシールを採用しました。結果：耐用年数が6倍に延長され、計画外の停止が解消されました。

2) スラリーを処理する遠心ポンプ: 押し出し防止リングを備えた EPDM コンパウンドは、エラストマーがリップの壊滅的な損傷なしに粒子の埋め込みを許容したため、単純な PTFE リングよりも優れた性能を示しました。

ポリパック — 技術力と、シール仕様における当社の重要性

ポリパック：化学業界のニーズに応える回転シールの専門メーカー

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に対応します。2008年に設立されたPolypacは、充填PTFEシール（ブロンズ充填PTFE、カーボン充填PTFE、グラファイトPTFE、MoS₂充填PTFE、ガラス充填PTFE）の製造から事業を開始しました。その後、製品ラインはNBR、FKM、シリコン、EPDM、FFKM製のOリングへと拡大しました。

工場規模、研究開発、品質の優位性

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面積を誇り、工場スペースは8,000平方メートルです。生産設備および試験設備は業界最高水準を誇ります。中国最大級のシールメーカーとしてシールの製造・開発に注力するポリパックは、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います。これらの連携により、お客様に合わせた材料配合、充填PTFEの精密加工、そして動的回転性能の総合試験を可能にしています。

ポリパックの製品強みと化学プラント向け代表的な製品

ポリパックの化学産業の回転シールニーズに応える主な製品ラインには、Oリング、ロッドシール、ピストンシールなどがあります。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。主な差別化要因：

• 腐食性の高い媒体および高温サービス向けの充填 PTFE グレードに関する専門知識。
• カスタマイズされた互換性を実現するために、NBR、FKM、EPDM、シリコン、FFKM にわたる社内エラストマー配合を行っています。
• 動的な漏れと摩耗を検証するための高度なテストを備えたカスタムシール設計とプロトタイピング。
• 安定した品質管理と長期プロジェクトをサポートする研究パートナーシップを備えた大規模な生産能力。

化学産業向けロータリーシールを注文する前に確認すべき実用仕様チェックリスト

シールサプライヤーに確認すべき7つの項目

1. 培地組成（汚染物質および濃度を含む完全な化学物質リスト）。
2. 動作温度（定常状態および過渡ピーク）。
3. 最大システム圧力と圧力スパイク。
4. 回転速度と予想されるシャフトの振れ/ずれ。
5. シャフト硬度と表面仕上げ（Ra推奨値）。
6. 研磨粒子含有量または浮遊物質。
7. メンテナンス間隔、スペアパーツ戦略、許容漏れ率。

このデータをシール サプライヤ (Polypac など) に提供することで、正確な材料選択が可能になり、シール形状、通電方法、補助コンポーネント (バックアップ リング、スプリングなど) を最適化できるようになります。

よくある質問（FAQ）

1. 化学処理の場合、PTFE ロータリーシールは常にエラストマーより優れていますか?

いいえ。PTFEは化学的に不活性で高温にも耐えますが、シャフトの仕上げや耐はみ出し性に関しては劣る場合があります。スラリーや動的用途によっては、適切に配合されたエラストマーと耐はみ出し防止装置を組み合わせることで、長寿命化とライフサイクルコストの削減を実現できます。

2. 研磨性化学環境における回転シールに最適な PTFE フィラーグレードは何ですか?

カーボン充填PTFEやグラファイト充填PTFEなどの充填グレードは耐摩耗性を向上させ、クリープを低減します。ブロンズ充填PTFEは熱伝導性と耐荷重性を向上させます。適合グレードは相手材と流体によって異なりますので、材料データシートおよびサプライヤーの試験データをご参照ください。

3. PTFE ロータリーシールにとってシャフト表面仕上げはどの程度重要ですか?

非常に重要です。PTFEは、擦り傷を防ぎ、安定した接触面を維持するために、より滑らかなシャフト仕上げ（通常はRa値を低く設定）が必要です。エラストマーはより粗い表面でも許容できますが、それでも許容できる硬度と真円度が必要です。

4. PTFE の代わりに FFKM エラストマーを指定する必要がある場合はどのような場合ですか?

FFKM（パーフルオロエラストマー）は、エラストマーのシーリング特性（柔軟性、動的動作時の低単位トルク）が求められる一方で、PTFEに近い耐薬品性と耐熱性も求められる場合に選択されます。FFKMは高価であるため、通常はダウンタイムが許容されない重要なサービスや安全関連のサービスに使用されます。

5. グランドを変更せずに、エラストマー回転シールを PTFE 回転シールに改造できますか?

多くの場合、そうではありません。PTFEシールは、正常に機能するために、グランド寸法の修正、バックアップリング、またはスプリングエナジャイザーの取り付けが必要になります。改造には、適切な通電と押し出し制御を確保するために、エンジニアリングレビューと、場合によっては溝の再設計が必要になります。

仕様サポートやサンプルのリクエストについては、Polypac にお問い合わせください。

お客様の装置が過酷な化学環境で稼働している場合、または充填PTFEロータリーリップから特注FFKMエラストマーコンパウンドまで、カスタムソリューションが必要な場合は、Polypacまでお問い合わせください。エンジニアリングコンサルティング、材質推奨、試作テストなどをご提供いたします。製品詳細をご覧いただくか、お見積もりをご依頼ください。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、ダストリングなど、お客様のプロセスに最適な製品をご提案いたします。

参考文献

1. パーカー・ハネフィン — Oリングハンドブック。パーカーシールズ部門の技術ハンドブック（データシートと互換性ガイダンス）。アクセス日：2025年11月27日。https://www.parker.com/literature/Seals%20and%20Shielding%20Division%20Literature/Seals%20and%20Shielding%20Division%20Technical%20Data/O-Ring%20Handbook.pdf
2. デュポン — PTFE（テフロン）製品情報と技術特性。アクセス日：2025年11月27日。https://www.dupont.com/polytetrafluoroethylene-ptfe
3. SKF — ロータリーシールの概要と選定ガイド。アクセス日：2025年11月27日。https://www.skf.com/group/products/seals/rotary-seals
4. MatWeb — PTFEおよび充填PTFEグレードの材料特性データ。アクセス日：2025年11月27日。https://www.matweb.com
5. 国際連盟シーリング業界— ベストプラクティスガイド（プロセス産業におけるシール選定）。2025年11月27日アクセス。https://www.ifps.org