シールの素材を選択することは、アプリケーションの品質、寿命、パフォーマンスを決定し、将来の問題を軽減する上で重要な役割を果たします。ここでは、環境がシール材料の選択にどのような影響を与えるか、最も一般的な材料のいくつかとそれらが最も適している用途について見ていきます。
環境要因
シールがさらされる環境は、デザインと素材を選択する際に非常に重要です。安定したシール面の形成、熱伝導性、耐薬品性、優れた耐摩耗性など、シール材にはあらゆる環境に必要な重要な特性が数多くあります。
一部の環境では、これらの特性を他の環境よりも強化する必要があります。環境を考慮する際に考慮すべきその他の材料特性には、硬度、剛性、熱膨張、耐摩耗性、耐薬品性などがあります。これらを念頭に置くと、印鑑に最適な素材を見つけることができます。
シールのコストと品質のどちらを優先できるかは環境によっても決まります。摩耗しやすい過酷な環境では、材料がこれらの条件に耐えるのに十分な強度を必要とするため、シールはより高価になる場合があります。
このような環境では、高品質のシールにお金をかければ、低品質のシールを使用すると発生する費用のかかる停止、修理、シールの改修や交換を防ぐことができるため、時間の経過とともに元が取れます。潤滑特性を持つ非常にきれいな流体であれば、高品質のベアリングを優先して安価なシールを購入することができます。
一般的なシール材質
炭素
シール面に使用されるカーボンはアモルファスカーボンとグラファイトの混合物であり、それぞれの割合によって最終グレードのカーボンの物理的特性が決まります。不活性で安定した材料であり、自己潤滑性があります。
メカニカルシールの一対の端面の一方として広く使用されており、乾燥潤滑や少量潤滑下での分割円周シールやピストンリングとしてもよく使われる材質です。このカーボン/グラファイト混合物に他の材料を含浸させて、多孔性の低減、摩耗性能の向上、強度の向上などのさまざまな特性を与えることもできます。
熱硬化性樹脂含浸カーボンシールはメカニカルシールとして最も一般的であり、ほとんどの樹脂含浸カーボンは強塩基から強酸までの幅広い化学薬品で使用できます。また、優れた摩擦特性と、圧力歪みの制御に役立つ適切な弾性率も備えています。この材料は、水、冷却剤、燃料、油、軽化学溶液、食品および医薬品用途における 260°C (500°F) までの一般的な用途に適しています。
アンチモンを含浸させたカーボンシールも、アンチモンの強度と弾性率により成功することが証明されており、より強くて硬い材料が必要な高圧用途に適しています。これらのシールは、高粘度流体または軽質炭化水素を使用する用途での膨れに対する耐性も優れているため、多くの製油所用途の標準グレードとなっています。
カーボンには、空運転、極低温および真空用途ではフッ化物などの皮膜形成剤を含浸させたり、高温、高速、タービン用途ではリン酸塩などの酸化防止剤を 800 フィート/秒および約 537°C (1,000°F) まで含浸させることもできます。
セラミック
セラミックは、天然または合成化合物、最も一般的には酸化アルミナまたはアルミナから作られる無機非金属材料です。高融点、高硬度、耐摩耗性、耐酸化性に優れているため、機械、化学、石油、製薬、自動車などの業界で広く使用されています。
また、優れた誘電特性も備えており、電気絶縁体、耐摩耗部品、研削媒体、高温部品に一般的に使用されています。高純度のアルミナは、一部の強酸を除くほとんどのプロセス流体に対して優れた耐薬品性を備えているため、多くのメカニカルシール用途に使用されています。ただし、アルミナは熱衝撃を受けると簡単に破損する可能性があるため、これが問題となる可能性がある一部の用途での使用は制限されています。
炭化ケイ素はシリカとコークスを融合させて作られます。化学的にはセラミックに似ていますが、潤滑性に優れ、より硬いため、過酷な環境に適した耐摩耗性のソリューションとなります。
また、再ラッピングや研磨も可能なため、シールはその寿命にわたって何度も修復できます。一般に、優れた耐化学腐食性、高強度、高硬度、優れた耐摩耗性、小さな摩擦係数、および高温耐性により、メカニカルシールなど、より機械的に使用されます。
炭化ケイ素をメカニカルシール面に使用すると、タービン、コンプレッサー、遠心ポンプなどの回転機器の性能が向上し、シール寿命が長くなり、メンテナンスコストが削減され、ランニングコストが削減されます。炭化ケイ素は、製造方法に応じて異なる特性を持つことがあります。反応結合炭化ケイ素は、反応プロセスにおいて炭化ケイ素粒子が互いに結合することによって形成される。
このプロセスは材料の物理的および熱的特性のほとんどに大きな影響を与えませんが、材料の耐薬品性は制限されます。問題となる最も一般的な化学物質は苛性剤 (およびその他の高 pH 化学物質) および強酸であるため、反応結合炭化ケイ素はこれらの用途には使用しないでください。
自己焼結炭化ケイ素は、不活性環境中、2,000℃を超える温度で非酸化物焼結助剤を使用して炭化ケイ素粒子を直接焼結して製造されます。二次材料 (シリコンなど) が含まれていないため、直接焼結材料は、遠心ポンプで見られるほぼすべての流体およびプロセス条件に対して化学的耐性があります。
炭化タングステンは炭化ケイ素と同様に汎用性の高い材料ですが、弾性が高く、非常にわずかに曲がり、面の歪みを防ぐことができるため、高圧用途により適しています。炭化ケイ素と同様に、再ラッピングや研磨が可能です。
炭化タングステンは超硬合金として製造されることがほとんどであるため、炭化タングステンをそれ自体に結合させる試みはありません。炭化タングステン粒子を結合または接着するために二次金属が追加され、その結果、炭化タングステンと金属結合剤の両方の特性を組み合わせた材料が得られます。
これは、炭化タングステン単独で可能なものよりも優れた靭性と衝撃強度を提供することで有利に利用されています。超硬合金タングステンの弱点の 1 つは、密度が高いことです。以前はコバルト結合タングステンカーバイドが使用されていましたが、産業に必要な化学的適合性の範囲が不足しているため、徐々にニッケル結合タングステンカーバイドに置き換えられてきました。
ニッケル結合タングステンカーバイドは、高強度および高靱性特性が求められるシール面に広く使用されており、一般に遊離ニッケルによって制限される優れた化学的適合性を備えています。
GFPTFE
GFPTFE は耐薬品性に優れており、ガラスが添加されているためシール面の摩擦が軽減されます。比較的クリーンな用途に最適で、他の材料よりも安価です。シールを要件や環境によりよく適合させ、全体的なパフォーマンスを向上させるために利用できるサブバリアントがあります。
ブナ
ブナ (ニトリルゴムとしても知られる) は、O リング、シーラント、成形品用のコスト効率の高いエラストマーです。その機械的性能はよく知られており、石油ベース、石油化学、化学用途で優れた性能を発揮します。また、柔軟性に乏しいため、原油、水、各種アルコール、シリコーングリース、作動油などの用途にも広く使用されています。
ブナは合成ゴムコポリマーであるため、金属接着や耐摩耗性材料が必要な用途で優れた性能を発揮し、この化学的背景によりシーラント用途にも最適です。さらに、耐酸性、耐弱アルカリ性に設計されているため、低温にも耐えられます。
ブナは、高温、天候、太陽光、耐蒸気性などの極端な要因を伴う用途に限定されており、酸や過酸化物を含む定置洗浄 (CIP) 消毒剤には適していません。
EPDM
EPDM は、自動車、建築、機械用途のシール、O リング、チューブ、ワッシャーなどに一般的に使用される合成ゴムです。ブナよりも高価ですが、長期にわたる高い引張強度により、さまざまな熱、天候、機械的特性に耐えることができます。多用途で、水、塩素、漂白剤、その他のアルカリ性物質を含む用途に最適です。
EPDM はその弾性と接着特性により、一度引き伸ばされると、温度に関係なく元の形状に戻ります。EPDM は、石油、液体、塩素化炭化水素、または炭化水素溶剤の用途には推奨されません。
バイトン
Viton は、O リングやシールに最も一般的に使用されている、長持ちする高性能のフッ素化炭化水素ゴム製品です。他のゴム材料よりも高価ですが、最も困難で要求の厳しいシーリング ニーズには推奨されるオプションです。
オゾン、酸化、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、ハロゲン化流体、強酸材料などの極端な気象条件に対する耐性があり、より堅牢なフルオロエラストマーの 1 つです。
シールに適切な材料を選択することは、アプリケーションを成功させるために重要です。多くのシール材料は似ていますが、それぞれが特定のニーズを満たすためにさまざまな目的を果たします。
投稿日時: 2023 年 7 月 12 日