高温ロータリーシール：材料と設計

高温ロータリーシール：材料と設計

高温アプリケーションにおいてロータリーシールが重要な理由

回転シールは、回転機械における流体の封じ込めと汚染防止において重要な役割を果たします。蒸気ポンプ、タービンベアリング、押出機、一部の航空宇宙および自動車システムなどの高温環境では、高温への曝露によってシール材の挙動が根本的に変化します。設計者と保守チームは、シール力を維持し、熱劣化に耐性を持ち、許容可能な摩擦および摩耗特性を維持する回転シールを選択する必要があります。「回転シール」というキーワードは、製品の選択と商業的ニーズの両方を反映しています。適切な回転シールを選択することにより、ダウンタイムと総所有コストを削減できます。

高温におけるロータリーシールの主な故障モード

高温は、回転シールのいくつかの故障モードを加速させます。具体的には、熱老化（脆化、硬化）、押し出しおよびリップの変形、化学的侵食の促進、エラストマーの弾力性の低下、そして摩擦の変化による発熱などが挙げられます。熱劣化は収縮や亀裂を引き起こし、動的不安定性は漏れや最終的には部品の故障につながる可能性があります。これらの故障モードを理解することで、長寿命と信頼性を確保するための適切な材料と設計を選定することができます。

高温回転シール用材料

高温ロータリーシールにおいて、材料選定は多くの場合、最初かつ最も影響力のある決定事項です。一般的な候補としては、充填PTFEコンパウンド、FKM（Viton）、FFKM（Kalrezなどのパーフルオロエラストマー）、シリコーン、特殊熱可塑性プラスチック（PEEK、PAI）、またはグラファイト含浸材料などが挙げられます。以下は、実用的な使用温度範囲、主な利点、および一般的な制限事項をまとめた簡潔な比較表です。

範囲とプロパティのソースは以下に引用されています。

ロータリーシールの材質トレードオフの読み方

材料選定においては、弾性（リップ接触を維持し、シャフトのずれを補正するため）、熱安定性、摩擦、および化学的適合性のバランスをとる必要があります。エラストマー（FKM、FFKM）はシールの弾力性と回復力を提供します。熱可塑性樹脂と充填PTFEは低摩擦、高温耐性、化学的不活性を提供しますが、シール接触を維持するためには慎重な設計が必要です（例：通電PTFE設計、Oリング通電プロファイル）。回転シールの場合、ダイナミクスが重要です。摩擦熱、シャフト表面粗さ、回転速度は材料特性と相互作用し、実際の性能を決定します。

高温ロータリーシール特有の設計上の考慮事項

高熱環境下におけるシール寿命を維持するための設計上の選択肢としては、熱膨張のエンコーディング、適切なラジアルクリアランス、および押し出し防止装置の使用などが挙げられます。主な提案：

• シールのプリロードを提供するために PTFE を選択した場合は、スプリング駆動または O リング駆動のリップ シールを使用します。
• 起動時の摩擦を減らすために、非対称リップ プロファイルを検討してください。
• 歪みを避けるために、熱係数が一致するスプリングと金属部品を選択してください。
• 材質に適した研磨シャフト仕上げを施します。PTFE/充填PTFEは、非常に滑らかなシャフトを必要とする柔らかいエラストマーよりも、やや粗い仕上げで最もよく機能します。
• 流体膜潤滑: 高速回転シールの場合は、摩耗を低く抑える潤滑方式を確保します。一部の高温オイルは大幅に薄くなるため、この点を考慮してください。

シールソリューション：リップシール、ロータリーシャフトシール、オイルシール

ロータリーシールには様々な構造があります。リップシール（シングルリップまたはダブルリップ）は汎用ロータリーシールとして一般的です。オイルシールは特殊なリップシールで、軸方向の予圧を与えるためのガータースプリングを備えていることが多いです。メカニカルフェイスシール（端面スプリングシール）や、PTFEランナーとエラストマーエナジャイザーを組み合わせたハイブリッド設計は、高温下でエラストマーの耐用年数を超える場合に使用されます。高温ロータリーシールでは、エラストマーの寿命が十分でない場合、Oリング付きPTFEハイブリッドフェイスシールや金属グラファイトフェイスシールが一般的に使用されます。

高温ロータリーシールの試験と認定

試験は、実際の使用条件をシミュレートする必要があります。具体的には、静的老化試験、動作温度および速度における動的耐久性試験、化学薬品への曝露試験、熱サイクル試験などが挙げられます。有用な規格や試験方法には、エラストマー老化試験（耐熱性試験：ASTM D572）、動的シール試験装置（カスタムテストスタンド）、硬度変化、圧縮永久歪（ASTM D395）、寸法安定性の検証などがあります。リークと動作時間の関係、トルクの変化、摩耗粒子分析を記録することで、材料選定に役立つ実用的なデータが得られます。

高温ロータリーシールの設置、メンテナンス、トラブルシューティング

適切な取り付けにより、シールの損傷を最小限に抑え、耐用年数を延ばすことができます。ヒント：

• 適切な取り付けツールを使用して、鋭利なエッジを避け、シャフトを面取りしてください。
• 熱膨張を考慮してグランドの寸法を制御し、推奨クリアランスを尊重します。
• 改造する場合は、合わせ面の溝や傷を検査し、損傷したシャフトを再加工または交換します。
• 初期性能を監視します。漏れやトルクの増加は、熱による劣化や設置時の損傷を示している可能性があります。
• 過酷なサービス用途では、計画された間隔でシールを交換します。サービス記録を追跡して間隔を調整します。

ポリパック：高温ロータリーシールの専門知識と製品

ポリパックの回転シールと高温作業における能力

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環境にも対応可能です。Polypac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、工場面積は8,000平方メートルです。当社の生産設備および試験設備は、業界最先端の水準を誇ります。中国最大級のシール製造・開発企業として、国内外の数多くの大学や研究機関と長年にわたる連携・協力関係を維持しています。

2008年に設立されたPolypacは、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などの充填PTFEシールの製造からスタートしました。現在では、NBR、FKM、シリコン、EPDM、FFKMなど、様々な材質のOリングも製造しており、製品ラインを拡大しています。

高温ロータリーシール要件にポリパックを選ぶ理由

ポリパックは、充填PTFEおよび幅広いエラストマー製品で豊富な実績を有しており、実用的な高温ロータリーシールを提供することができます。主な利点：

• 材料に関する深い専門知識: 充填剤入り PTFE 配合と高温用エラストマーの選択に関する長年の経験。
• 生産およびテスト能力: 大規模な工場と最新の設備により、一貫した品質管理とカスタム実行が可能になります。
• R&D パートナーシップ: 大学や研究所との連携により、材料の認定とカスタム ソリューションが加速されます。
• 製品範囲: 回転シールの需要をサポートするコア製品には、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、ダストリングスなど。

コアとなる競争上の強み：カスタムコンパウンド配合、充填材の精密加工PTFE部品、そして、極限の熱、化学、機械条件に対応する標準および特注のロータリーシールを提供する能力。

アプリケーションシナリオと製品のマッチング

ポリパックの高温ロータリーシールが優れた性能を発揮する代表的な用途としては、高温油圧ポンプ、蒸気タービン軸受、工業用押出機、高温バルブ、特殊化学プロセス装置などが挙げられます。ポリパックは、それぞれの用途において、以下のご提案が可能です。

• 高温、化学的に腐食性の高い流体用の O リング エナジャイザーを備えた PTFE ベースのリップ シールです。
• エラストマー弾力性が求められる中温から高温の​​回転シール用の FFKM または特殊 FKM コンパウンド。
• 寸法安定性が重要な極度の温度での回転シーリング用のグラファイト含浸リングまたは PEEK バッキング リング。

よくある質問

Q: 一般的なロータリーシールが耐えられる最高温度はどのくらいですか?

A: 材質によって異なります。充填PTFE部品は260℃近くまで連続運転できる場合が多く、グラファイトや金属グラファイトシールの中にはさらに高い温度に耐えられるものもあります。標準的なFKMなどのエラストマーは一般的に200～220℃程度まで耐えられますが、FFKMの変種はグレードによっては300℃を超えることもあります。

Q: 回転シールに FKM の代わりに充填 PTFE を使用する必要があるのはどのような場合ですか?

A: 化学的不活性、低摩擦、高い連続耐熱性が優先され、リップコンタクトを維持するためのエナジャイザー（Oリングまたはスプリング）を設置できる場合は、充填PTFEをご使用ください。エラストマーの弾力性、設置の容易さ、および200℃以下の温度範囲での初期コストの低減が必要な場合は、FKMをお選びください。

Q: シャフト仕上げは高温回転シールにどのような影響を与えますか?

A: シャフトの仕上げは非常に重要です。硬質熱可塑性樹脂やPTFEコンパウンドは、やや粗い表面（Ra 0.2～0.8 µm）でも許容されますが、軟質エラストマーは通常、より細かい仕上げ（Ra ≤ 0.4 µm）が必要です。粗さが大きすぎると摩耗が増加します。マイクログルーブは潤滑剤のリザーバーとして機能しますが、適切に設計されていないと漏れの原因となる可能性があります。

Q: 高温回転シールに関してサプライヤーに要求すべき標準テストはありますか?

A: はい。代表的な温度と速度での動的耐久試験、熱老化データ、圧縮永久歪み（ASTM D395）、および老化後の硬度変化が必要です。該当する場合は、デューティサイクルをシミュレートする装置から、リーク率と時間の関係、およびトルクと時間の関係のデータを取得してください。

Q: 高温時の押し出しのリスクを軽減するには、どのような手順を踏めばよいでしょうか?

A: はみ出し防止用のバックアップリングを使用し、十分なグランドサポートを設計し、圧縮強度の高い材料（充填PTFEまたはPEEKバックアップリング）を選択してください。また、圧力スパイクを抑制し、グランド寸法を適正に保つことで、はみ出し隙間を低減します。

お問い合わせと製品のCTA

高温ロータリーシールの課題を解決するには、Polypacにご相談ください。

信頼性の高い高温ロータリーシールが必要な用途でしたら、材料選定のアドバイス、カスタム設計、試験サポートについてPolypacまでお問い合わせください。当社の製品ラインナップには、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、ダストリングなどが含まれます。カスタム充填PTFEコンパウンド、エラストマーグレード（FKM/FFKM）、エンジニアリングバックアップソリューションの評価については、お見積もりまたは技術相談をご依頼ください。製品仕様の確認やサンプル試験の手配については、お問い合わせください。

参考文献と情報源

• Parker Hannifin、O リング ハンドブック (材料特性データとアプリケーション ガイダンス)。
• DuPont パフォーマンス エラストマー、Kalrez および Viton 製品データシート (FFKM および FKM 特性)。
• Saint-Gobain シール、PTFE および充填 PTFE 材料ガイド。
• ASTM D395 — ゴム特性の標準試験方法 - 圧縮永久歪み。
• ポリマーの熱安定性とシール設計の実践に関する一般的な材料工学のテキスト。