メカニカルシールにおいて、PTFEはOリング、Vリング、ガスケットなどの二次シール要素、および一次シール面のインサートやコーティングとして最も一般的に使用されます。その選定は、ほぼ普遍的な耐薬品性と極めて低い摩擦係数によって推進され、攻撃性の高い流体やスティック・スリップが懸念される用途における問題解決策となります。
メカニカルシールでPTFEを使用する主な理由は、強度ではなく、従来のゴムや他の材料が故障するような場所で、化学的不活性と低摩擦を提供する独自の能力にあります。
一次シーリングにおけるPTFEの役割
一次シールは、一方が回転し、もう一方が静止している2枚の摺動面によって形成されます。これらの面材の主要な構造材料として使用されることは稀ですが、PTFEは重要な専門的役割を果たします。
シール面インサートまたはコーティングとして
特定の用途では、PTFEインサートが一次シール面の一つとして使用されます。これは、低速・低圧の機器で一般的であり、その低摩擦がシャフトの損傷を防ぎ、発熱を低減します。また、他の部品の性能を向上させるためのコーティングとしても使用されます。
耐薬品性の向上
シールの一次リングがカーボンや炭化ケイ素などの材料で作られている場合、PTFEは耐薬品性バリアとして使用できます。これにより、シールアセンブリ内の耐薬品性が低い部品を腐食性または攻撃性の高いプロセス流体から保護します。
二次シール要素におけるPTFE
二次シールは、シャフト沿いやシールハウジング内での漏れを防ぐための静的または動的なコンポーネントです。PTFEが最も頻繁に使用されるのはこの部分です。
Oリング
PTFE Oリングは、シール部品間の静的シールとして使用されます。標準的なエラストマー（Viton®やEPDMなど）に対してプロセス流体が化学的に攻撃的すぎる場合に指定されます。
Vリングおよびウェッジシール
Vリング（またはシェブロンパッキン）とウェッジは、シール面の軸方向の動きを許容する動的二次シールです。PTFEは、化学的適合性と低摩擦の「滑りやすさ」を兼ね備えているため、シールがシャフトで引っかかるのを防ぐために、この分野での材料の第一選択肢となります。
ガスケット
PTFEは、シールグランドとポンプハウジングの間など、シールアセンブリ内の静的ガスケットにも使用されます。化学的攻撃に耐えながら表面に適合する能力により、耐久性のある漏れのない接続が保証されます。
PTFE使用のトレードオフを理解する
非常に効果的である一方で、PTFEは明確な制限を持つ特殊な材料であり、シール設計において尊重されなければなりません。
クリープまたは「コールドフロー」
PTFEの最も重大な欠点は、一定の負荷の下で時間とともにクリープ、つまり永久変形する傾向があることです。これは、特に高圧または高温の用途で、シール圧力の損失と最終的な漏れにつながる可能性があります。
機械的強度の低さ
セラミック、カーボン、金属と比較して、PTFEは柔らかい材料です。これにより、一次シール面としての使用が低負荷の用途に限定され、強度と耐摩耗性を向上させるためにガラス、カーボン、青銅などのフィラーで強化されることが多い理由です。
高い熱膨張率
PTFEは、他のほとんどのエンジニアリング材料よりも温度変化に伴って膨張・収縮します。シール設計者は、動作温度範囲全体で適切なクリアランスと面荷重を維持するために、これを考慮に入れる必要があります。
目標に合わせた適切な選択を行う
適切な材料の選択は、その特性を用途の要求に合わせることにかかっています。
- 攻撃性の高い化学物質のシールが主な焦点である場合：エラストマーがすぐに劣化するようなOリング、ウェッジ、ガスケットなどの二次シールにPTFEを使用します。
- 摩擦やスティック・スリップの低減が主な焦点である場合：低圧・低速の用途で、シール面材料またはコーティングとしてPTFEを検討します。
- 高圧または高温でのサービスが主な焦点である場合：PTFEを注意深く使用し、充填グレードを指定し、シール設計がコールドフローのリスクを軽減するようにします。
PTFEをいつ、なぜ使用するかを理解することが、堅牢で信頼性の高いメカニカルシールを設計・維持するための鍵となります。
要約表：
| コンポーネントタイプ | 一般的なPTFE用途 | 主な利点 |
|---|---|---|
| 一次シーリング | シール面インサート、コーティング | 低摩擦、耐薬品性 |
| 二次シール | Oリング、Vリング、ガスケット | 普遍的な化学的不活性、漏れ防止 |
| 特殊部品 | ウェッジシール、静的ガスケット | スティック・スリップの防止、攻撃的な流体の処理 |
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