ゴム製シール は製品の信頼性に不可欠だが、多くの人は隠れた脅威を見落としている： 圧縮変形.時間の経過とともにシールは元の形状を失い、漏れや故障につながることがあります。この記事では、圧縮変形とは何か、なぜそれが重要なのか、そして賢い材料の選択と設計によって圧縮変形を防ぐ方法について説明します。
ゴムの圧縮変形は、しばしば圧縮永久歪みと呼ばれ、ゴムシールに圧縮力がかかると永久的に形状が変化します。この変形は、圧力が取り除かれた後、シールが元の形状に戻る能力を低下させます。シールの弾力性が損なわれ、漏れや圧力損失、汚染につながるため、シールの不具合の重大な要因となります。適切な材料と設計を選択することで、この問題を大幅に軽減することができます。
ゴムの圧縮変形を定義したところで、なぜ変形が起こるのか、どのように測定されるのか、そして実際の用途で変形を避けるために何ができるのかを詳しく見ていきましょう。
圧縮変形とは何か？
圧縮変形とは、ゴムに一定の圧縮力が加わると、ゴムの形状が変化することをいう。ガスケットやシールのようにゴムが圧縮されると、圧力が解放されると自然に元の形に戻ろうとする。しかし、圧力が長時間かかりすぎると、特に高温になると、ゴムは完全に元に戻らないことがある。この永久的な形状の消失は 圧縮セット.
変形が起こるのは、ゴムが粘弾性材料であり、液体（粘性）とバネ（弾性）の両方の働きをするためである。一定の負荷がかかると、ゴム内部の分子鎖は弛緩してずれ始め、時間が経つにつれて反発力を失っていく。その結果、シーリングに隙間が生じ、多くの工業用途で漏れや汚染という致命的な不具合が発生する。
圧縮変形は、すべてのゴムタイプで同じではありません。ゴムの配合、架橋密度、充填剤の含有量、硬化プロセスなどの要因はすべて、材料がどの程度圧縮されるか、また跳ね返るかに影響します。この挙動を理解することは、特に長い耐用年数にわたって性能を維持しなければならないシールにおいて、それぞれの用途に適したゴムを選択するのに役立ちます。
ゴムはなぜ永久変形するのか？
ゴムは主に次のような原因で永久変形を起こす。 圧縮セットこれは、材料が長期間の応力を受けた後、元の形状に完全に復元できない場合に発生する。この問題は、熱、時間、化学薬品にさらされた場合に顕著になります。
分子レベルでは、ゴムは架橋した長いポリマー鎖で構成されている。圧縮されると、これらの鎖は伸び、エネルギーを蓄える。理想的には、力を取り除くと元の形状に戻る。しかし、長時間の応力がかかると、内部構造が壊れ始める。特に温度がゴムを軟化させると、鎖は互いにすれ違うか、永久に緩む。その結果、シールが平らになったり歪んだりし、同じシール圧が得られなくなります。
すべてのゴムが同じ挙動を示すわけではない。例えば、シリコーンゴムは高温耐性に優れる傾向があるが、フルオロカーボン（FKM）ゴムよりも圧縮永久ひずみが大きい場合がある。また、オゾン、油、紫外線暴露などの環境要因も劣化を早める可能性があります。
実際の使用では、最初は完璧に機能していたシールが、何ヶ月も圧縮された後に不具合を起こす可能性があるということです。そのため、圧縮変形を理解することは、長期的なシール性能のために材料を選択する際に不可欠なのです。
ゴムシールの圧縮永久歪みを理解する
について話すとき 圧縮セット ゴム・シールでは、シールが圧縮された後、元の形状に戻る能力のことを指しています。優れたシールは、隙間を埋めて漏れを防ぐために圧縮されますが、シャットダウン時や温度変化時など、その圧力が取り除かれると、元に戻るはずです。そうでない場合、そのシールは圧縮永久ひずみが大きくなり、もはやその役割を果たせない可能性がある。
圧縮永久ひずみは通常、パーセンテージで測定される。標準的な試験では、ゴム試料を一定のたわみまで圧縮し、その圧縮状態を特定の温度で一定時間（多くの場合22時間または70時間）維持し、荷重を取り除いた後にどれだけ回復するかを測定します。パーセンテージが低ければ低いほど回復性が高いことを意味し、Oリングやガスケットのような動的シール用途に望ましい。
主な検査方法は2つある：
- ASTM D395メソッドB（一定たわみ）
- ISO 815-1（類似の国際規格）
圧縮永久ひずみが大きいシールは、見た目は無傷でも圧力がかかると漏れる可能性があります。そのため、特に油圧バルブ、自動車エンジン、化学処理装置などの重要なシステムでは、圧縮永久ひずみがゴム製シール材を評価する際の重要な性能指標となります。
EPDM、NBR、FKM、シリコーンなど、ゴムの選択は耐圧縮永久歪性に大きな役割を果たします。また、添加剤、硬化方法、さらには保管条件も大きく影響します。シール材を選ぶ際には、必ず実際の使用条件下での圧縮永久ひずみの仕様を確認してください。
ゴムの圧縮たわみを計算するには？
信頼性の高いゴム・シールを設計するためには、ある材料が特定の荷重の下でどれだけ圧縮されるかを理解することが重要です。これは 圧縮たわみ専門的に聞こえるが、原理は非常に単純だ。
簡単に言えば、圧縮たわみとは、既知の力を加えたときにゴム部品の高さがどれだけ変化するかを測定するものです。これを見積もるには 形状係数, ヤング率 ゴムの ロード を適用した。
ゴム工学で使われる基本的な公式を紹介しよう：
たわみ（インチ）＝荷重（psi）／［E×（1＋2×形状係数²）］。
どこでだ：
- E はゴムのヤング率（単位は通常psi）。
- 形状係数 は負荷面積と自由膨張面積の比である。
例えば、形状係数2、E値150psiのゴムパッドを300psiの荷重で圧縮する場合、これらの数値を計算式に差し込むと、おおよそのたわみが得られます。
しかし現実の世界では、物事は常に直線的とは限らない。ゴムは非線形の挙動を示す。 超弾性 特性を持つ。そのため、多くのエンジニアが 有限要素解析（FEA） 複雑なシール形状や高精度の要求事項を扱う場合、またはテストデータを使用することができます。
オンラインで簡単に計算できるツールもいくつかありますが、性能が重要な場合は、必ず試験で数値を検証してください。正確なたわみ予測は、過圧縮やシールの早期破損を避けるのに役立ちます。
ゴムの圧縮変形：方程式と理論
ゴムの圧縮変形を完全に理解するためには、その背後にある材料科学に踏み込む必要がある。ゴムは金属やプラスチックのようには動かない。 超弾性 つまり、その応力-ひずみ応答は非線形であり、加えられる変形の種類に大きく依存する。
ゴムの挙動を説明するために使用される最も一般的なモデルのひとつに、次のようなものがある。 ムーニー・リブリン方程式.これは、ゴムが荷重下でどのように伸縮するかを予測するために使用される2パラメータモデルである。完全な形では複雑だが、設計段階でゴム部品をモデル化する際に実用的である：
w = c₁(i₁ - 3) + c₂(i₂ - 3)
どこでだ：
- W はひずみエネルギー
- C₁ そして C₂ は材料定数
- I₁ そして I₂ は変形から得られるひずみ不変量である。
圧縮において、エンジニアはまた ヤング率-剛性の尺度。ほとんどのゴムのヤング率は、配合とデュロメーター（硬さ）によって100psiから3000psiの範囲にある。
それから 応力-ひずみ曲線これは、ゴムが伸びたり縮んだりしたときにどのように反応するかを示している。当初、ゴムは抵抗力を発揮するが（弾性相）、ある点を超えると分子鎖が整列し、材料が軟化する。応力がかかり続けると、永久変形が起こる可能性がある。
これらの理論を応用した実例として、シールの設計がある。圧縮荷重、反発回復力、使用温度を考慮しないと、ゴムが 高圧縮セット あるいは完全に失敗する。
理論式と経験的データ（圧縮永久歪み試験結果など）を組み合わせることで、実際の圧力下で弾性と長期耐久性の両方を発揮する適切なゴムコンパウンドを選択することができる。
ゴム材料の圧縮永久歪みを改善する方法
ゴム・シールの圧縮永久ひずみを減らそうとするなら、まず最初に見るべきは 材料配合.使用されるベースポリマーの種類-NBR、EPDM、FKM、シリコーンは大きな影響を与える。例えば フルオロカーボン（FKM） ゴムは熱や化学薬品に対する耐性が高く、長期間にわたって弾力性を維持するのに役立つ。一方、 天然ゴム 同じ条件下では、より容易に圧縮されるかもしれない。
次に来るのは 硬化システム.過酸化物硬化ゴムは、硫黄硬化ゴムに比べて、特に高温で低い圧縮永久歪値を示すことが多い。圧縮永久ひずみを調整するには 架橋密度 また、硬化中に反発弾性を向上させることもできる。
充填剤と可塑剤の使用には注意が必要である。充填剤が多すぎるとゴムが硬くなり、圧縮時にひび割れしやすくなる一方、可塑剤は時間の経過とともに移行し、回復に影響を及ぼす可能性がある。のような添加剤も使用する。 老化防止剤、酸化防止剤、紫外線安定剤 また、厳しい環境下でのゴムの寿命を延ばすのにも役立つ。
設計の観点からは、過圧縮を避けること。多くの故障は、設計上の限界を超えてシールを圧縮することから起こります。適切な コンプレッションストップ を選択し、使用荷重に合ったゴムの硬さ（デュロメーター）を選びます。
最後に、ゴム部品は使用するまでその性能を保つため、冷暗所で乾燥した状態で保管すること。どんなに良い素材でも、保管状態が悪いと劣化します。
シール設計と調達における現実的な意味合い
私は製造業者として、圧縮変形が実際のシーリング性能にどのような影響を及ぼすかを目の当たりにしてきました。製品設計者や調達の専門家にとって、この要素を無視することは、予期せぬコストやリコール、ダウンタイムにつながる可能性があります。
より デザインパースゴムの選択を誤ると、熱や圧力でシールがすぐに変形してしまいます。これは、パイプフランジや油圧シリンダーのように、シールが長時間圧縮されるような静的荷重のかかるシステムでは特に重要です。圧縮永久ひずみの少ないゴムを使用すると、時間の経過とともにほぼ確実に漏れが生じます。
について 購買チーム価格だけでなく、素材のスペックも重要です。常に 圧縮設定値 (ASTM D395またはISO 815に準拠）をサプライヤーから購入する。低コストのゴムは魅力的に見えるかもしれませんが、適度な条件下で永久変形する可能性があります。その結果、再注文や交換を余儀なくされたり、最悪の場合、最終製品に不具合が生じたりします。
高温、圧力サイクル、化学薬品にさらされる用途のシールを調達する場合、次のことを優先してください。 試験済み認定化合物 低コンプレッションセットと高反発弾性を持つ。より良い方法は、（私たちのような）材料特性と正確なアプリケーションのニーズのバランスを取る方法を理解しているサプライヤーと仕事をすることです。
概要
圧縮変形はゴムシールのサイレントキラーですが、防ぐことができます。その原因と理由を理解し、適切な材料を選択することで、漏れや故障、ダウンタイムを防ぐことができます。適切な圧縮永久ひずみを持つゴムを選ぶには、専門家の助けが必要です、 私はあなたのシーリングの成功をサポートするためにここにいる。
参考文献
