PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）シールは、かつてはその耐薬品性と低摩擦性が高く評価されていたが、1950年代から1960年代にかけて大きな問題に直面し、その人気は低下した。ある分野では優れた性能を発揮していたものの、性能、材料の挙動、代替品の出現などにおける実用上の限界から、この時期、多くの産業用途ではあまり好まれなくなったのである。技術的な欠点と、より信頼性の高いシーリング・ソリューションの台頭が相まって、シフトが進んだのである。
キーポイントの説明
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コールドフローとクリープの問題
- PTFEはその分子構造上 コールドフロー (持続的な圧力下での永久変形）とクリープ（応力下での緩やかな変形）がある。
- 動的なシール用途（油圧システムなど）では、材料が形状を失いシール力が低下するため、時間の経過とともにシールの不具合につながった。
- エンジニアは、特に高圧環境において、漏れが発生し、耐用年数が短くなることを確認していた。
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低い耐摩耗性
- PTFEは低摩擦であるにもかかわらず、その耐摩耗性は反復運動や研磨媒体には不十分でした。
- 回転機器や往復運動機器（例：ポンプ、バルブ）のシールは、金属や複合材の代替品よりも早く摩耗しました。
- このため、メンテナンスコストやダウンタイムが増加し、PTFEは酷使される用途では経済的でなくなっていた。
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温度制限
- PTFEは260℃以上で軟化し、-200℃以下では脆くなる。
- 航空宇宙や化学処理のように熱サイクルの多い産業では、PTFEシールはしばしば完全性を維持できませんでした。
- エラストマーやグラファイト強化シールのような競合材料は、より広い動作範囲を提供しました。
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圧縮永久歪みの問題
- PTFEシールは、圧縮後の復元に苦労し、永久的な平坦化とシール能力の喪失につながった。
- これは、フランジガスケットや変動荷重を受ける静的シールでは特に問題でした。
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優れた代替品の出現
- 1950年代から1960年代にかけて、エラストマー化学（Viton®、EPDMなど）や複合材料（充填PTFE、熱可塑性プラスチックなど）が進歩しました。
- これらの材料は、PTFEの耐薬品性とより優れた機械的特性を併せ持ち、コールドフローや摩耗に対応しました。
- 例えば、カーボンを充填したPTFEは耐摩耗性を向上させ、エラストマーシールは弾性を向上させました。
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業界特有の故障
- 自動車や航空宇宙用途では、PTFEシールは燃料暴露や紫外線照射で劣化することがわかった。
- 化学プラントでは、PTFEの応力緩和により、圧力が周期的に変化するシステムでの漏れが報告されている。
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経済性とメンテナンス
- PTFEシールは初期の材料費が安いにもかかわらず、頻繁な交換とシステムのダウンタイムにより、コスト効率が悪くなっていました。
- 産業界は総所有コストを優先し、初期費用が高くても長持ちする代替品を好むようになりました。
PTFEシールの衰退は普遍的なものではなく、低ストレスで耐薬品性に優れた用途では依然として有用でした。しかし、動的で高性能な用途ではPTFEシールに限界があったため、技術革新はハイブリッドソリューションへと向かったのです。今日、最新のフィルドPTFEやマルチマテリアル・シールは、こうした歴史的な欠点の多くに対処しているが、1950年代から1960年代にかけては、より信頼性の高い材料への極めて重要な転換期となった。
総括表
| 課題 | PTFEシールへの影響 |
|---|---|
| コールドフローとクリープ | 圧力下で永久変形を起こし、動的用途ではシールの破損につながる。 |
| 低い耐摩耗性 | 回転／往復運動する機器の摩耗が早く、メンテナンスコストが増加する。 |
| 温度限界 | 高温では軟化し、低温では脆くなるため、使用範囲が制限される。 |
| 圧縮永久歪み | 圧縮後の復元に失敗し、スタティックシールにリークを引き起こした。 |
| 新たな代替材料 | 先進のエラストマーと複合材料は、重要な用途でPTFEを凌駕しています。 |
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