高度なバックアップリング材料：極度の温度環境におけるPTFEを超える性能

高圧高温（HPHT）シーリングの世界では、バックアップリングPTFEは壊滅的な故障を防ぐ、縁の下の力持ちです。バージンPTFEは長年業界標準でしたが、石油・ガスや航空宇宙産業における現代の産業用途では、フッ素ポリマーの物理的限界を超える圧力と温度が求められています。ポリパック工業技術株式会社標準的な材料では耐えられないクリープに耐えるように設計された高弾性熱可塑性プラスチックへの大きな移行が見られてきました。

このガイドでは、PEEKとPTFEのバックアップリング正しいものを選択するために必要なエンジニアリングデータを概説しますHPHTシーリングソリューション2026年以降に向けて。

バックアップ O リングとは何ですか? なぜ重要なのですか?

バックアップ リングは、O リングと押し出しギャップの間に取り付けられた剛性の非シール リングであり、高圧下で柔らかいシールがクリアランス スペースに流れ込むのを防ぎます。

バックアップリングは機械的なバリアとして機能します。流体シールとして機能するエラストマーOリングとは異なり、バックアップリングの唯一の役割は、有効押し出し隙間を小さくすることです。このサポートがなければ、Oリングは1,500 PSI（硬度によって異なります）を超える圧力にさらされると、ハードウェアのクリアランス内で塑性変形し、「ニブリング」または完全な破裂を引き起こします。

コア機能:

• 押し出し防止:O リングがクリアランスギャップに入るのを物理的にブロックします。
• 圧力定格拡張:標準の O リングが 5,000 PSI を超える圧力で機能できるようになります。
• 形状保持:圧力スパイク時にもシール形状を維持します。

PTFEの限界：標準的な材料が極度の熱に耐えられない理由

標準的なバージン PTFE は、高い熱膨張係数と相まって、負荷がかかると材料が永久に変形する現象である「コールドフロー」により、過酷な環境では機能しなくなります。

PTFEは化学的に不活性で低摩擦ですが、機械的特性は熱によって急速に劣化します。エンジニアは、充填PTFE材料特性250°F（121°C）を超える環境で設計する場合。Ossilaの材料データによると、PTFEの引張強度は約25～35 MPaであるのに対し、PEEKなどのより強度の高い代替材料は90～100 MPaに耐えることができます。さらに、PTFEの熱膨張は非線形かつ急激であるため、リングが溝の容量を超えて膨張し、固着やせん断につながることがよくあります。

PTFEの故障モード:

1. クリープ（コールドフロー）：一定の圧力がかかると、PTFE は融点以下でも押し出しギャップにゆっくりと「滲み出し」ます。
2. 熱膨張:PTFE は鋼鉄よりも約 10 倍膨張し、溝の充填率を変えます。
3. せん断破壊:動的用途では、柔らかい PTFE が剥がれて油圧流体が汚染される可能性があります。

PTFEを超えて：2026年以降の用途に向けた最先端材料

HPHT アプリケーションの場合、エンジニアは、優れた圧縮弾性率と 500°F+ (260°C+) までの熱安定性を提供する PEEK とポリイミドに移行しています。

深井戸掘削や航空宇宙油圧の破壊力に耐えるために、高温押し出し防止リング堅固さを維持しなければならない。ポリパック当社では、ブロンズ充填 PTFE やカーボン充填 PTFE などのさまざまな充填材を使用して、標準 PTFE と高性能熱可塑性プラスチックの間のギャップを埋めています。

1. PEEK（ポリエーテルエーテルケトン）

PEEKは高圧時の押し出し防止におけるゴールドスタンダードです。優れた耐薬品性と約343℃の融点を備えています。剛性（ショアD硬度85）が高く、PTFEよりもはるかに優れた耐クリープ性を備えています。

• 最適な用途:圧力は5,000 PSI以上、温度は300°F以上。
• トレード・オフ：剛性のため、閉じた溝への取り付けは困難です。

2. ポリイミド（例：Vespel®）

ポリイミドは最も過酷な条件に耐えられるよう設​​計されています。American Flexible社によると、ポリイミドは最高260℃（500°F）までの連続温度と最高900°F（900°F）までの逸脱温度に耐えることができ、あらゆるポリマーの中で最も高い耐クリープ性を備えています。

• 最適な用途:極度の熱および極低温アプリケーション。
• トレード・オフ：コストが高く、性質が脆い。

3. 充填PTFE（ガラス/カーボン/ブロンズ）

ポリパック当社はこれらのブレンドを専門としています。ガラス繊維や青銅などの充填剤をPTFEに添加することで、ベースポリマーの低摩擦特性の一部を維持しながら、圧縮強度を高め、クリープを低減します。

• 最適な用途:PEEK では高価すぎるか硬すぎる中間圧力。

ジオメトリの設計: スカーフ、スパイラル、それともソリ​​ッド?

バックアップ リングの形状 (ソリッド、スカーフ カット、またはスパイラル) は、材料の剛性と取り付け方法に基づいて選択する必要があります。

柔軟なPTFEから硬質PEEKに移行すると、ピストン上やボア内にリングを伸ばす能力が失われます。ソリッドPEEKリングは、標準的な密閉溝に損傷を与えることなく取り付けることはできません。

ジオメトリ選択ガイド:

• ソリッド（カットなし）:究極の押し出し耐性を実現します。しなければならない分割ハードウェア (2 ピース グランド) またはオープン グルーブで使用できます。
• スカーフカット（バイアスカット）:PEEKの業界標準です。リングに斜めカット（通常30°または45°）を施すことで、リングをわずかに開き、取り付けることができます。この角度により、取り付け後の隙間を効果的に埋めることができます。
• スパイラル（輪郭線）:通常、PTFEと組み合わせて使用​​されます。平らなコイル（2巻き）のような形状で、大きな温度変化を補償するのに優れていますが、硬質プラスチックからの機械加工は困難です。

専門家のヒント：HPHTシステムの故障を防ぐ

シール不良を防ぐには、「E ギャップ」(押し出しギャップ) を正確に計算し、最大システム圧力で材料の制限内に収まるようにする必要があります。

Oリング押し出し隙間計算は非常に重要です。Eギャップは静的クリアランスだけでなく、圧力下でのシリンダー壁の伸縮とハードウェアの公差の積み重ねも含まれます。SKFによると、システム圧力の上昇に伴い、最大許容押し出しギャップは減少します。例えば、5,000 PSIでは、PEEKリングは0.005インチのギャップでも許容できますが、PTFEリングは0.002インチで破損します。

インストールのベストプラクティス:

1. 表面仕上げ:PEEKのような硬い素材は、摩耗に弱いです。摩耗を防ぐため、金属表面が滑らか（8～16 RMS）であることを確認してください。
2. ポジショニング:バックアップリングは必ずOリングの低圧側に取り付けてください。双方向圧力の場合は、バックアップリングを2つ（両側に1つずつ）使用してください。
3. 熱成長:膨張を計算してください。ポリイミドリングがスチールグランドよりも速く膨張すると、システムがロックされる可能性があります。

結論と行動への呼びかけ

産業分野が深度、圧力、熱の限界に挑戦する中、標準的なPTFEバックアップリングに頼るのはリスクを伴います。PEEKや充填材入り熱可塑性樹脂などの先進材料への移行により、シールは最も過酷な条件にも耐え、コストのかかるダウンタイムを回避できます。10,000平方メートルを超える生産スペースと専用試験設備を備えた当社は、ポリパック工業技術株式会社は、カスタム HPHT シーリング ソリューションをエンジニアリングするパートナーです。

今すぐご連絡いただき、具体的なニーズについてご相談いただき、資料のご相談をリクエストしてください。