温度がゴム製シールに与える影響：NBR、EPDM、FKM、シリコーンの比較
温度はデータシート上の単なる数値ではない
効果的なシールは、周囲環境では問題ないように見えても、冬の始動時、高温停止時、またはサイクル後に低温で故障する可能性があります。温度は、材料がどのように硬くなり、変形後にどれだけ簡単に回復するかに影響を与えるだけでなく、応力下でどれだけ早く緩和するか、老化に対する感受性も変化させ、流体、圧力、ハードウェアなどの周囲の変数にも影響します。ISO 5119:2023 は、加圧ガスを使用して低温で静的 O リングをテストすることを規定しています。製品の受け入れ基準は定義されていません。実際には、製品の品質の許容レベルを相互に決定できるのは、供給者と顧客です。ただし、1 つの構成が別の構成の最低温度を確立するものではないと述べています。
寒さと熱がエラストマーに及ぼす影響
寒さは柔軟性と回復速度を低下させ、低温はゴムを脆くします。圧力によってシールに穴が開くと、材料が圧縮されるか、回復が遅くなる可能性があります。つまり、試験片が完全に乾燥する前に漏れが始まる可能性があるということです。シールは単に乾燥しているだけでなく、良好な接触に依存します。
熱は老化と力の低下を加速させる
高温は酸化、架橋、鎖分解、可塑剤の損失を引き起こす可能性があります。シールが硬化したり脆くなったり、ひび割れたりすることもあります。サイズが適切であっても、接触力が低下すると漏れの原因となることがあります。
熱サイクルが動きを加える
ゴム、プラスチック、金属はそれぞれ異なる程度に膨張し、圧縮とクリアランスが変化します。サイクルによって、変形、始動圧力、粘度変化がさらに大きくなるため、最悪の事態は、停止点ではなく、移行時に発生する可能性があります。
NBR、EPDM、FKM、シリコーン：スクリーニング比較
マテリアルファミリー | パーカーハンドブックのバンドの目安* | 役立つ出発点 | 主な注意事項 |
NBR | -34～121℃ | 鉱物油、燃料、油圧機器。 | 低温回復、熱老化、オゾン。 |
EPDM | -57～121℃ | 水、蒸気、そして天候。 | 石油系オイル；化合物ごとの蒸気圧限界。 |
公衆衛生学部 | -26～205℃ | 熱、油、燃料、そして多くの化学物質。 | 低温時の硬直性と、媒体特有の例外。 |
シリコーン | -115～232℃ | 幅広い温度範囲に対応可能。静的シール。 | 引き裂き、摩耗、押し出し、および透過性。 |
これらのパーカー社のゴムシールの温度範囲はあくまで目安です。媒体によって大きく変動しますし、特殊グレードによっても異なります。そのため、同じゴムシールの温度範囲を再度使用する場合は、実際の使用条件下でテストを行う必要があります。
NBR：油類には適しているが、低温限界は配合によって異なる。
NBRゴムシールは、様々なオイルや燃料に対して優れたバランスを提供する、コスト効率の高い製品です。アクリロニトリル含有量が高いほどゴムシールの耐流体性は向上しますが、同時に低温環境下でのシールの性能が低下するため、同じゴム硬度のニトリルゴムシールでも挙動が異なる場合があります。
高温にさらされると、硬度と硬化が増加するだけでなく、シール材は計画された試験において、オイル、添加剤、保持時間、および寿命について試験されなければなりません。短時間のオーブン試験では、シール交換の間隔に必要な時間を判断するには不十分です。
EPDM：防水性と耐候性に優れ、石油系オイルは使用していません。
EPDMゴム製シールは、低温での柔軟性と耐オゾン性を兼ね備え、耐候性や多くの水性流体に対する耐性も高い。EPDMは多くの水回りや屋外用途のシールに使用できるが、使用する化合物によっては、高温の水や蒸気によっても変化が生じる可能性がある。
石油系オイルや燃料は、EPDMゴムシールの最大の敵です。詳細を知らないと、両方のシールが耐熱限界内であっても、一方のEPDMゴムシールが膨張し、もう一方のシールの特性が損なわれる可能性があります。そのため、潤滑剤、洗浄剤、そして偶発的な暴露にも注意を払う必要があります。
FKM：優れた高温特性と低温始動性の両立を実現
FKMゴムシールは、高温の油、各種燃料、化学溶液への曝露に耐えることができます。多くの場合、FKMゴムシールは高温下でニトリルゴムシールよりも優れた性能を発揮します。これらの材料は、エンジン、ポンプ、コンプレッサー、およびプロセス機器の周辺で広く使用されています。
一般的なFKMゴムシールは低温下でより早く硬化しますが、低温グレードは互換性がありません。高温用途で使用されるFKMゴムシールは、蒸気、アミン、塩基、その他の特殊な流体に対する耐性試験を実施する必要があります。耐熱性があるからといって、他の特性が維持されるわけではなく、また材料が長期にわたって適合性を維持するとは限らないためです。
シリコーン：幅広い温度範囲で驚異的な柔軟性を発揮するが、機械的性能によって制限される
シリコーンゴム製のシールは、さまざまな温度条件下でも弾力性を維持します。静的シール、高温・低温回復、乾熱などにも役立ちます。ただし、規制や清浄度に関する主張は、材料の外観ではなく、文書化された配合に関するものでなければなりません。
シリコーンゴム製シールは、引裂き、摩耗、押し出しに対する耐性が低く、またガス透過性も高いため、動き、摩耗、圧力ギャップ領域を注意深く確認する必要があります。
実際の低温問題の例：CNGバルブの漏れ
当初、GMはNHTSAを通じて「16-NM-121」というタイトルの速報を発行し、極寒条件下または燃料補給中のCNGベントからのガス漏れについて説明した。急速充填されたガスは膨張し、部品の温度が-40℃以下に低下するため、硬化したOリングからガスが漏れ出す可能性がある。
また、この速報では、弾性が回復して以来、-40℃以上では漏れが止まったこと、ディスペンサーにかかる圧力が大きくなると問題が悪化する可能性があること、そしてステーションでの点検に加えて、後者のケースでは必要に応じてバルブが更新されたことも報告されている。
このゼネラルモーターズの事例は、Yida社によるものではありません。この事例は、ガスの膨張、圧力、金属の温度、回復がシールに複合的に作用する場合、周囲温度だけでは不十分な指標となることを示しています。
媒体と温度の評価の組み合わせ
高温の表面は流体による攻撃を受けやすく、膨張や抽出も起こりやすい一方、低温の表面は粘性が増し、力が強くなります。さらに、配合は状況によって異なり、同じ材料でも極端な条件下では通常の状況とは全く異なる挙動を示す可能性があります。したがって、どのような条件で作業しているのかが分からない場合は、適合性データに頼るべきではありません。
温度仕様が示していることと示していないこと
参照またはテスト | 質問への回答 | 単独では証明できないこと |
ISO 5119:2023 | 試験対象の静的Oリング構成における低温ガスシール性能。 | 別のサイズ、媒体、または腺に対する最低温度。 |
ISO 3601-5:2015 | 選定された工業用Oリングに関する合意済みの材料仕様。 | 購入者側の金具で封印する。 |
ASTM D1329 | 低温処理後の収縮。 | 圧縮シールにおける漏れまたは回復。 |
ASTM D573 | 制御された熱風老化処理後の物性変化。 | 油、蒸気、圧力サイクル、または溝。 |
ASTM D395-18(2025) | 長時間の圧縮後も弾性特性を維持する。 | 動的摩耗、適合性、または接合部の漏れ。 |
ASTM D1414-22 | Oリングの特性と経年変化（品質管理およびエンジニアリング向け）。 | グランドの設計、アセンブリの保護、またはフィールド寿命。 |
ISO 3601-5:2015によれば、使用者と供給者は、材料特性、実施する試験、およびサンプルの要件について合意する必要があります。ポリマー名、硬度等級、および一般的なスラブを記載するだけでは、製造後の密封材料の挙動を適切に説明することはできません。
完成シールの温度検証手順
検証は、実際の使用状況で起こりうる状況と全く同じ状況を作り出す必要がある。安定した低温保持では加圧中の回復を捉えられない可能性があり、短時間の加熱では時間依存的な応力緩和を見落とす可能性がある。
a. シールが実際に動作するときの温度を調べてください。周囲温度や供給温度が一致しない可能性があるため、仮定しても意味がありません。
b. 化合物、シール、溝、ハードウェア、潤滑剤の組み立て方法を完全に同じ範囲に維持する、つまり変更しない。
c. 完成した製造シールを所定の滞留時間（可能であれば実際の媒体を用いて）にさらす。
d. 代表的な組立品の、リリース済みの工具、潤滑剤、および完成品のハードウェアを使用する。
e. コールドスタート、ホットソーク、シャットダウン、サイクルを正しい圧力、真空、または動作シーケンスで実行します。
f. 熱サイクル試験終了後だけでなく、試験中に漏洩量を測定する。
g. 硬化、硬度変化、ひび割れ、膨張、押し出し、および設置時の損傷の兆候を探します。
h. バッチとバージョンを文書化し、行った変更について再検証が必要な時期を決定します。
特定温度で動作するシールの購入者向けガイドライン
購入者からの意見 | 意思決定に役立つ詳細情報 |
気温履歴 | シール位置の最小値、最大値、通常値、滞留値、ランプ値、サイクル数、およびシャットダウン値。 |
メディア | 各温度における、流体または気体、濃度、潤滑剤、洗浄剤、および曝露時間。 |
シールの任務 | 静的または動的な位置、圧力、真空度、パルス、速度、および漏洩制限。 |
ハードウェア | サイズ、溝、圧縮、伸張、ギャップ、仕上げ、膨張、および公差。 |
化合物 | 正確なコード、硬度、承認、トレーサビリティ、および変更通知。 |
検証 | 条件設定、ハードウェア、サンプルサイズ、リーク方法、サイクル数、および制限値。 |
大連宜達社と材料選定および検証で協力
大連宜達精密ゴム製品有限公司は、シールの設計および組み立てに関連するさまざまな媒体、熱サイクル、圧力および真空履歴などの適合性を評価することができます。適切な配合と制御されたプロセスにより、最適な製品が選定されます。
図面、シール位置に関する情報、測定されたシール形状、媒体特性、圧力／真空サイクル、顧客の要求事項および規格を送付してください。Yidaの性能に関する主張は、プロジェクトの承認が得られた場合にのみ使用できます。
数値が最も高いゴムが正解ではなく、実際の条件下でジョイントの接触力、回復力、完全性を維持できるコンパウンドが正解です。スクリーニングを行い、コンパウンドを確認し、最後に全サイクルテストを実施してください。
