ほとんどのエンジニアリング用途において、PTFEおよびPEEKバックアップリングは純粋ではありません。材料の機械的特性、特に高圧下での変形や押し出しに抵抗する能力を向上させるために、ガラスや炭素繊維などの充填剤と複合化されていることがほとんどです。
バックアップリングの主な機能は、構造的なサポートを提供し、高圧シールのクリアランスギャップへのOリングの押し出しを防ぐことです。未加工のPTFEとPEEKは、望ましい低摩擦性と耐薬品性を持っていますが、このタスクに必要な生の圧縮強度と寸法安定性に欠けています。充填剤は、要求の厳しいシーリング用途に適したものにするための重要な追加要素です。
充填剤が不可欠な理由
未充填、または「バージン」ポリマーは、バックアップリングに課せられる厳しい機械的要件を満たすことができないことがよくあります。特定の充填剤を追加することで、それらの固有の弱点が直接解決されます。
問題：押し出しと変形
高圧システムでは、Oリングがバックアップリングに押し付けられます。バックアップリングは、押し出しギャップを閉じ、シールをサポートするために、その形状を正確に維持する必要があります。
バージンポリマー、特にPTFEは、「コールドフロー」またはクリープ（持続的な圧力にさらされたときに永久に変形する傾向）の影響を受けやすいです。この変形はシールを損ない、故障につながります。
解決策：強化された機械的特性
充填剤は、鉄筋がコンクリートを強化するのと同じように、ポリマーマトリックス内で補強材として機能します。この補強は、2つの主要な利点をもたらします。
圧縮強度を高めます。これは、材料が押しつぶされることに抵抗する能力です。これは、Oリングとバックアップリングがクリアランスギャップに押し込まれるのを防ぐ上で最も重要な要素です。
寸法安定性を向上させます。熱膨張を低減し、負荷下でのクリープを最小限に抑えることで、寸法安定性が向上します。充填されたバックアップリングは、さまざまな温度と圧力範囲で正確な形状とサイズを維持し、時間の経過とともに信頼性の高いシールを保証します。
PTFEとPEEKの核となる利点を維持する
重要なことに、充填剤の追加は、ベースポリマーの最も価値のある特性を犠牲にすることなく、機械的強度を高めます。
極めて低い摩擦
充填されていても、PTFEは非常に低い摩擦係数を維持します。これは、動的シーリング用途において、抵抗、発熱、および可動部品の摩耗を低減するため、非常に重要です。
優れた耐薬品性
PTFEとPEEKは、その化学的不活性性で知られています。他の材料がすぐに劣化するような高腐食性環境でも機能するため、化学的に攻撃的なプロセスに最適です。
広い温度範囲
特にPTFEは、極低温（-200°C）から高温（260°C）まで安定した優れた機能温度範囲を持っています。これにより、これらのバックアップリングは極端な熱環境でも確実に機能します。
トレードオフを理解する
充填剤はバックアップリングにとって圧倒的に有益ですが、材料選択にとって重要な考慮事項も導入します。
相手面への影響
ガラス繊維のような一部の充填剤は、バージンポリマーよりも研磨性が高い場合があります。軟質金属シャフトやボアを備えた動的用途では、ハードウェアの早期摩耗を防ぐために、充填剤の選択を慎重に検討する必要があります。
充填剤の化学的適合性
ベースポリマーが特定の化学物質に耐性がある場合でも、充填剤はそうでない場合があります。たとえば、ガラス充填剤は特定の攻撃的な化学物質によって侵食され、PTFEまたはPEEKマトリックスが影響を受けない場合でも、バックアップリングの完全性が損なわれる可能性があります。
用途に合った適切な選択をする
正しいバックアップリング材料を選択するには、充填された複合材料の特性をシステムの特定の要求に合わせる必要があります。
- 極端な耐圧性が主な焦点である場合：充填されたPTFEまたはPEEKは不可欠です。充填剤が不可欠な圧縮強度と押し出し防止特性を提供するからです。
- 攻撃的な化学物質との適合性が主な焦点である場合：PTFEまたはPEEKベースの固有の耐性が開始点ですが、選択した充填剤が媒体と互換性があることも確認する必要があります。
- 動的システムでの摩擦低減が主な焦点である場合：PTFEの自然な低摩擦特性が優れた選択肢であり、システム圧力に耐えられるように充填剤が追加されます。
最終的に、充填剤は、これらの多用途ポリマーを信頼性のために設計された高性能バックアップリングに変える重要な成分です。
概要表：
| 特性 | バージン（純粋）ポリマー | 充填ポリマー |
|---|---|---|
| 圧縮強度 | 低い | 高い（圧力下での変形に抵抗） |
| 寸法安定性 | 悪い（コールドフロー/クリープしやすい） | 優れている（負荷下で形状を維持） |
| 耐薬品性 | 優れている | 優れている（ベースポリマーは耐性を維持） |
| 摩擦 | 極めて低い | 低い（PTFEベースは低摩擦を維持） |
| 相手面への摩耗 | 最小限 | 高くなる場合がある（充填剤の種類による） |
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