ロッドシール材質別の温度制限

ロッドシール材質別の温度制限

ロッドシールにとって温度が重要な理由

ロッドシールは、油圧シリンダーおよび空気圧シリンダーの重要な部品です。シール性能の持続性は温度に大きく依存します。温度が低すぎるとエラストマーが硬く脆くなり、はみ出しや割れのリスクが高まります。一方、温度が高すぎると化学劣化が促進され、引張強度が低下し、圧縮永久歪が増加して漏れが発生します。ロッドシールの仕様を決定するエンジニアにとって、システムの信頼性、寿命、そして費用対効果の高いメンテナンスを確保するには、材料固有の温度限界を理解することが不可欠です。

温度がロッドシールに与える影響：実際のメカニズム

材料レベルでは、温度はロッドシールにいくつかの影響を与えます。

• 弾性とガラス転移: エラストマーにはガラス転移温度 (Tg) があり、Tg より低い温度では硬くなって柔軟性が失われ、動的ロッドシールの漏れや摩耗が増加します。
• 化学的劣化と酸化: 温度が上昇すると鎖の切断と架橋が加速され、硬化、脆化、または粘着性の残留物が発生します。
• 圧縮永久歪みと永久変形: 熱により圧縮されたシール部分が緩み、シール力が低下して時間の経過とともに漏れが発生します。
• 摩擦と熱の発生: ダイナミック ロッド シールは摩擦熱を発生し、周囲の熱と組み合わさってシールが安全範囲を超える可能性があります。
• 膨張と流体の適合性: 温度はオイルと油圧流体がシール化合物と相互作用する方法に影響し、寸法と機械的特性を変えます。

エンジニアは、連続運転時の温度上昇と、起動時や緊急運転時の短時間の急上昇の両方を考慮する必要があります。急上昇に対する安全マージンを考慮した保守的な選定を行うことで、耐用年数を延ばすことができます。

一般的なロッドシール材料とその温度範囲

以下は、一般的に使用されるロッドシール材と、代表的な動作範囲、短期限界値、および性能に関する注意事項の比較です。これらは業界標準の範囲であり、特定の化合物や充填剤によって限界値が変化する場合があります。

上記範囲の出典としては、メーカーの技術ハンドブックおよび材料データシート（末尾の引用文献を参照）などがあります。充填剤（カーボン、MoS2、青銅）およびポリマーグレードは、制限値に大きく影響することをご留意ください。

極度の温度に耐えるロッドシールの選び方

適切なロッドシール材料を選定するには、温度性能と圧力、動速度、流体適合性、そしてコストのバランスを考慮する必要があります。実践的なガイダンス：

• 高温（150°C超）で連続使用する場合：弾性が重要な動的ロッドには、PTFEベースのシールまたはFFKMをご検討ください。FKMは200°C程度まで選択されることが多いです。
• 非常に高い化学物質および温度への暴露の場合: FFKM は、コストははるかに高くなりますが、最も広範な化学物質および熱への耐性を提供します。
• 極低温または非常に低い温度の場合: PTFE とシリコンは柔軟性を維持しますが、動的高圧ロッドの場合は、サポートバックアップリング付きの PTFE が適しています。
• 研磨性または摩耗性の高い環境の場合：ポリウレタンは、その耐熱温度（約80℃）まで優れた性能を発揮します。この範囲外では、適切な充填剤を添加したPTFEコンパウンドを使用してください。
• 油性の場合油圧システム中程度の温度の場合: NBR は 100°C までコスト効率に優れています。高温やオゾンへの曝露が予想される場合は HNBR の方が適しています。

温度による軟化により押し出しリスクが増大するため、必ず化合物固有のデータシートを確認し、温度とシステム圧力の複合影響を考慮してください。

温度に敏感なロッドシールの設計と試験に関する考慮事項

信頼性の高いパフォーマンスを確保するには、次の手順に従ってください。

• 動作範囲を定義します: 連続温度、短期スパイク、ロッド速度、圧力、流体の種類。
• 材料選択マトリックス: 流体の適合性と温度範囲を一致させ、スパイクに対して 10 ～ 25 °C の安全マージンを含めます。
• プロトタイプ試験：温度サイクル試験、高温油老化試験、動的耐久試験を実施します。圧縮永久歪み、漏れ、摩擦、摩耗を監視します。
• 低弾性材料 (PTFE) を使用する場合は、高圧および高温での押し出しを防ぐために、バックアップ リングと適切なグランド設計を使用します。
• 動的加熱を測定します。往復運動による摩擦熱を考慮します。シール部分の実際の動作温度は、速度と潤滑に応じて周囲温度より 10 ～ 40°C 超える場合があります。

試験基準と方法：多くのOEMは、パーカーOリングハンドブック、エラストマーのISO試験方法、およびサプライヤー固有のエージングプロトコルのガイドラインに従っています。結果を常に記録し、必要に応じて配合や設計を反復してください。

ポリパック：温度が重要なロッドシールの能力と利点

ポリパックは、シール製造、シール材料の開発、カスタマイズを専門とする科学的で技術的な油圧シールメーカーおよびオイルシールサプライヤーです。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シールの製造から事業を開始しました。現在では、NBR、FKM、シリコン、EPDM、FFKMなど、様々な材料を使用したOリングも製造しています。Polypacは、材料に関する深い専門知識と、業界規模の製造および研究開発パートナーシップを組み合わせることで、高温ロッドシールやカスタムコンパウンドの迅速な開発を可能にしています。

主力製品と競争力：

• Oリング: 幅広い材質、厳しい公差、カスタムサイズ
• ロッドシール：ダイナミックシーリング温度範囲全体にわたるパフォーマンス
• ピストンシール：低摩擦の高圧設計
• 端面スプリングシール回転部品の軸方向シール
• スクレーパーシール/ダストリング：耐久性のある汚染制御
• 回転シール：高温回転用のリップおよびスプリング駆動型
• バックアップリング：PTFEおよび低弾性シールの押し出し保護
• ダストリング：長期にわたる環境シール

温度が重要なロッドシールにおけるポリパックの利点:

• 高温、低摩擦用途向けのPTFEおよび充填PTFEに関する豊富な経験
• 耐熱性、圧縮永久歪み、摩耗性を調整するための自社コンパウンド開発
• 高温油老化、動的サイクル試験、熱サイクル試験用の高度な試験装置
• 大学との共同研究開発により、実世界の熱応力下での材料の検証を実現

特殊な温度プロファイル向けに設計されたロッドシールが必要な場合、Polypac は、システムが熱エンベロープ全体で確実に動作することを保証する材料の推奨、プロトタイプ金型、検証テストを提供できます。

温度が重要なロッドシールのメンテナンス、設置、およびベストプラクティス

適切なメンテナンスと設置により、温度に敏感なアプリケーションにおけるシール寿命が大幅に延長されます。

• 適切な保管方法: シールを涼しく暗い場所に保管し、高温による劣化を促進する紫外線やオゾンへの曝露を避けてください。
• 正しいグランド設計: 熱膨張に対して適切な圧縮力とグランド形状を確保し、閉じ込められた空気の熱膨張によって問題が発生する可能性がある場所に通気口を設けます。
• バックアップ リングの使用: 高温高圧下での PTFE または薄リップ シールの場合は、押し出しを防ぐためにバックアップ リングを追加します。
• 潤滑: シール材質と予想される温度の両方に適合する潤滑剤を選択します。一部のグリースは高温で劣化し、摩擦が変化する可能性があります。
• 熱シールドと冷却: 可能な場合は、シールを直接の熱源からシールドするか、流体冷却を提供してシール温度を安全な範囲内に保ちます。
• 定期的な検査間隔: 最悪のケースの熱サイクルに基づいて検査を計画し、硬化、ひび割れ、圧縮歪みを調べます。

選定チェックリストと応募例

温度が重要なシステム用のロッドシールを選択する際の簡単なチェックリスト:

1. 連続温度とピーク温度を定義する（摩擦熱を含む）
2. 流体の種類と汚染レベルを指定する
3. 圧力、ロッド速度、ストローク長を決定する
4. ピークと化学的適合性に余裕のある材料を選択する
5. 熱膨張と押し出し制御のためのグランドの設計
6. 最悪サイクルでのプロトタイプテスト

マッピングの例:

• 移動式油圧シリンダー (周囲温度 90°C まで、油温 100°C): コスト重視の場合は HNBR または NBR。長寿命化には HNBR が推奨されます。
• 高温プロセスシリンダー (連続 180 ～ 220°C): FKM または PTFE ベースのロッドシール。腐食性の高い化学物質が存在する場合は FFKM を検討してください。
• 極低温アクチュエータ (-150°C): PTFE ベースのシールまたは特別に配合されたエラストマー。低温テストを確実に実行します。
• 中程度の温度（最大 80°C）での高摩耗往復ロッド：耐摩耗性ポリウレタン。

よくある質問

Q: あらゆる温度に最適なロッドシールの材質は何ですか?

A: すべての温度に最適な単一の材料はありません。PTFEとFFKMは高温から低温まで幅広い範囲をカバーしますが、弾性、コスト、そして押し出し抵抗材料の選択では、温度、流体、機械的条件を考慮する必要があります。

Q: 高圧でバックアップ リングなしの PTFE ロッド シールを使用できますか?

A: 推奨しません。PTFE は弾性が低いため、バックアップ リングと適切なグランド設計でサポートされていない限り、高圧下で押し出される可能性があります。

Q: ロッドシールの選択にはどの程度の温度余裕を見込む必要がありますか?

A: スパイクや摩擦熱に対応するために、予想される最大動作温度より 10 ～ 25°C 高い余裕を持たせるのが一般的です。

Q: 充填剤 (例: カーボン、青銅) によって PTFE シールの温度制限は変わりますか?

A: 充填剤は摩耗、摩擦、熱伝導性を変化させますが、PTFEの上限熱安定性を劇的に変化させることはありませんが、高温における機械的挙動（クリープの低減）を改善する効果があります。

Q: アプリケーション内のシールを検証するにはどうすればよいですか?

A: 熱サイクル試験、高温油中老化試験、動的寿命試験、圧縮永久歪測定などのプロトタイプ試験を実施し、漏れと摩擦をモニタリングします。経験豊富なメーカーと協力して、コンパウンドの調整を行います。

連絡先と次のステップ

温度が重要なロッドシールに関するプロジェクトの場合は、Polypacまでお問い合わせください。技術コンサルティング、材質の推奨、試作試験など、お気軽にご相談ください。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、幅広い製品ラインナップをご用意しております。また、カスタムソリューションもご依頼いただけます。お客様の温度範囲に最適な材質とグランド設計の選定をお手伝いいたします。

出典と参考文献

• Parker O-リング ハンドブック (Parker Hannifin Corporation)、技術データおよび材料の範囲。
• SKF シーリング ソリューション ガイドおよびダイナミック シールの製品データシート。
• MatWeb 材料特性データ (一般的なエラストマーおよび PTFE 特性表)。
• デュポンPTFE製品情報（テフロン技術データ）。
• FFKM および特殊化合物のメーカーデータシート (さまざまなサプライヤーの技術ノート)。
• 業界のシールメーカーによる内部テストのベストプラクティスとガイドライン。