製造業界では、シーリングを担当するエンジニアは通常、プロジェクト チームの中で最も要求の厳しいメンバーです。
マシンが正常に動作しているときは、誰もあなたのことなど考えません。しかし、顧客の現場で機器に（水、油、またはガスの）漏れが発生した場合、最初に責任を問われるのは間違いなくシーリング技術者です。
構造エンジニアはまずトレンチの寸法を検査し、公差仕様に従って正確に描かれていることを確認します。次に IQC 部門は工場報告書を検証し、主要メーカーから供給された製品が必要な基準をすべて満たしていることを確認します。最終的に、故障解析の責任はシーリング技術者にあります。
欠陥のある O- リングを取り外しました。表面は無傷で、亀裂や化学腐食の兆候はありませんでした。唯一の変化は、平らになっていて元の形状に戻すことができなかったことです。
この段階では、サプライヤーの材料仕様に記載されている引張強さとショア硬度の値だけに注目すると、故障の実際の原因を特定できない可能性があります。
シールされたポリマー材料の領域では、長期的なシール性能は材料の硬度や引張強度ではなく、過小評価されがちなパラメータである圧縮永久歪み（CS）によって決まることがよくあります。{0}}
このパラメータを 3 つの観点から詳しく調べてみましょう。
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封印 – 封印されているものは何ですか?
圧縮永久変形について議論する前に、一般的な機械的誤解を正すことが重要です。つまり、シールは「ブロック」ではなく「サポート」に依存しているということです。
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シリコン O- リングを金属の溝に挿入してフランジを締めると、シリコンが圧縮されます（通常は 15% ～ 30% の比率）。
シリコンは伸縮性に優れた素材です。圧縮されると分子鎖が強制的に歪み、元の状態に戻ろうとする強い反発力（接触応力）が発生します。
この反発力が金属壁にしっかりと対抗します。理論的には、内部流体の圧力を超える限り、媒体はまったく漏れません。
したがって、シールの本質は、圧縮下でシリコーン分子鎖による弾性力を継続的に提供し、金属表面にしっかりと接着できるようにすることにあります。
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シール不良の原因は何ですか?
封印は復元力に頼っているので、この力がなくなったらどうなるでしょうか？
圧縮永久変形とは何ですか?
シリコーンゲルを25%平らにし、120度のオーブンで70時間焼き、その後取り出して冷まして元の形状に戻しました。
元の厚さを完全に復元できれば、CS=0% (現実には存在しない完全なエラストマー) になります。
完全に平らになり、まったく回復しない場合は、CS=100% (硬質プラスチックになったことを示します)。
なぜ分子鎖は「元の状態に戻らない」のでしょうか？問題は顕微鏡レベルにあります。
身体レベル – ストレスの緩和と連鎖セグメントの再構成
シリコーンは長い分子鎖が絡み合って形成されます。高温で長時間圧縮を受けると、
徐々にスライドして再組織することで内部応力を軽減します。
これは、ふわふわした毛糸玉を箱の底に 1 年間押し込んだようなものです。-箱を取り出す頃には、すでに平らな形状に慣れており、元のふわふわ感を取り戻すことはほとんどできません。
この物理的な「妥協」により、反発力は徐々に低下します。
化学レベル - 架橋結合の破壊と再構成-
これが最も重要な側面です。シリコーンの弾性は、分子鎖間の架橋結合（硫黄-結合など）-に依存しています。
高温で長時間圧縮されると、元の架橋結合が壊れ、弾性牽引力が失われます。-
さらに重要なことは、破壊によって生成されたフリーラジカルが、-材料の圧縮条件下で新しい架橋結合を再形成し、-分子鎖を効果的に「平坦な状態」に固定することです。-外力が取り除かれた後でも、これらの新しい化学結合により、材料は元の形状に戻ることができなくなります。
物理的滑り + 化学的再結合=圧縮永久変形。
CS 値が高いほど、シリコーンゲルは平坦になり、接触応力は弱くなります。やがて流体圧力に比べて反発力が不足すると漏れが発生します。
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エンジニアリングの観点からこれにどのように対処すべきでしょうか?
根底にあるメカニズムは理解できたので、シールの設計や材料の選択時にこのリスクを回避するにはどうすればよいでしょうか?
1. CS データを解釈する際には、必ず試験条件を明確にしてください。
サプライヤーが提供する物性表には、「圧縮永久変形: 25%」と記載されていることがよくあります。しかし、これらの測定は、どのような温度で、どのような圧縮比で、どのくらいの時間行われたのでしょうか?
CS 値が 100 度で 25% で測定される場合、実際の動作条件である 150 度では、熱老化と酸化老化の加速により 50% 以上に上昇する可能性があります。
重要な要件は、CS 値を評価する際、テスト温度が製品の最高動作温度を下回ってはならず、テスト時間が少なくとも 70 時間または 168 時間である必要があることです。このようなデータのみが選択の有効な参考として機能します。
2. やみくもに硬度を高めるのではなく、架橋システムに焦点を当てます-
CS 値が要件を満たしていない場合は、シリコーン ゲルの硬度を上げて補おうとしないでください。{0}}硬度は永久変形を元に戻すことはできません。代わりに、介入は材料の化学架橋システムに向けられるべきです。-
NBR または EPDM を例に挙げると、従来の硫黄加硫システムでは結合エネルギーが低い硫黄-結合が形成されるため、高温で切断や再形成が起こりやすく、CS 値が低下します。
過酸化物加硫システムを採用することにより、炭素-炭素単結合が形成され、高い結合エネルギーを示し、高温圧縮下でも切断や再結合に耐性を持ち、圧縮永久変形が大幅に軽減されます。-
その代償として、過酸化物加硫材料の引き裂き抵抗が低下します。-これは、「非引き裂き性」の達成と「反発特性」の維持との間の典型的なバランスを表しています。-
3. 構造設計による材料の CS 減衰の補償
材料の CS 値がその物理的限界（たとえば 30%）まで最適化されている場合、長期使用にわたって継続的なシール性能を確保するにはどうすればよいでしょうか。-
ある程度の弾性が失われることがわかっているため、溝の寸法を設計する際には、この損失を圧縮代に組み込む必要があります。
ただし、圧縮率を無制限に高めることはできません。圧縮率が高すぎる（40％を超える）と、ポリマー内の内部応力が指数関数的に増加し、分子鎖の早期機械的破壊につながり、結果としてCSの劣化が促進されます。
最も効率的なアプローチは、構造エンジニアと材料エンジニアが共同で応力緩和曲線に基づいて溝の公差を導き出すことです。{0}この公差は、シリコーンの完全性を損なうことなく、10 年後に十分なシール圧力比を維持できなくなるものです。
シールを作成するということは、本質的に時間の友人であると同時に時間の敵になることを意味します。
真のシーリングエンジニアは、組み立て完了時に水密シールを確保することだけに焦点を当てているわけではありません。
彼らの懸念は、3 年、5 年、さらには 10 年経っても、{0}}繰り返し高温と強い圧力にさらされた-後、分子鎖が依然として金属表面にしっかりと付着したままであるかどうかにあります。
繰り返し漏れ続けるシールがあるものの、原因が特定できない場合、またはサプライヤーの特性表がわかりにくい場合は、{0}}図面と失敗したサンプルを添えて、お気軽に当社のセールス エンジニアにご連絡ください。