ゴム部品ガイド: PU vs ゴムホイール、EPDM ガスケット、O リングの選択

ポリウレタンホイールとゴムホイール: 適切な素材の選択

ホイールの材質の選択は、耐荷重、床の保護、転がり抵抗、騒音レベル、耐用年数に直接影響します。 ポリウレタン (PU) とゴムは 2 つの主要なエラストマー選択肢です 産業用キャスター、資材運搬装置、小型車両に使用できますが、硬度範囲、耐薬品性、摩耗挙動が大きく異なります。

ポリウレタンホイールは、イソシアネートポリオール配合物から鋳造または射出成形され、基本的な化学反応を変えることなく、40A ～ 95A のショア A 硬度範囲にわたって製造できます。ゴムホイールは天然ゴム (NR)、スチレンブタジエンゴム (SBR)、ニトリル (NBR)、またはネオプレン (CR) 化合物から加硫されており、それぞれが異なる性能プロファイルを提供します。 2 つの材料は同じ用途スペースを占めることがよくありますが、トレードオフなしに交換できることはほとんどありません。

通常、決定は床のタイプと荷重によって決まります。 ポリウレタン製ホイールは、重荷重下でも硬くて滑らかなコンクリート床上でゴムよりも優れた性能を発揮します。 、転がり抵抗が大幅に低くなり、トレッドの寿命が長くなります。ゴム製ホイールは、粗い表面や平坦でない表面、PU が脆くなる冷蔵保管環境、および床に跡が残るのを完全に避けなければならない場所で好まれます。特定のゴム配合物は、PU ホイールが材料を移動させるような重い負荷がかかっても残留物を残しません。

湿気の多い環境では、エステル結合が水と長時間接触すると加水分解し、層間剥離や亀裂が生じるため、エステルベースのポリウレタンよりもエーテルベースのポリウレタンの方が適しています。天然ゴムと SBR ホイールは限られた水を吸収し、グリップを維持しますが、継続的に浸漬するとわずかに膨張する可能性があります。

EPDMゴムガスケット : 特性と用途

エチレン・プロピレンジエン・モノマー (EPDM) ゴムは、天然ゴム、ニトリル、ネオプレンでは早期に劣化してしまう屋外、高温、化学薬品にさらされる環境でのガスケットやシールに最適な材料です。 EPDM の飽和ポリマー主鎖 (ジエン成分は鎖の 3 ～ 8% のみを占め、架橋部位としてのみ使用されます) により、不飽和ゴムの急速な亀裂の原因となるオゾン、紫外線、酸化に対する優れた耐性が EPDM に与えられます。

EPDM ガスケットの主な性能特性:

• 温度範囲: 連続 -50°C ～ 150°C、蒸気サービスでは短期間で 175°C まで上昇します。このため、EPDM は自動車冷却システム、HVAC ダクト、および蒸気ジャケット フランジの標準ガスケット材料となっています。
• 耐水性および耐蒸気性: EPDM は最小限の水分を吸収し、熱水や低圧蒸気の中でも膨潤しません。これは、NSF/ANSI 61 認証に基づく飲料水パイプの継手および継手として主流の材料です。
• 耐薬品性: 希酸、アルカリ、ケトン、アルコール、リン酸エステル系作動油に対して優れています。石油、燃料、芳香族溶剤に対する耐性が低いため、油と接触する用途では NBR またはフルオロエラストマー ガスケットを指定する必要があります。
• 圧縮永久歪み: 適切に配合された過酸化物硬化 EPDM は、150°C で 70 時間後に 15 ～ 30% の圧縮永久歪み値を達成し (ASTM D395 方法 B)、弛緩することなく長期のシール力保持を保証します。
• 屋外での耐候性: EPDM ガスケットは、UV 安定剤なしで 10 年間屋外にさらされても機械的特性を保持しているため、カーテンウォールのガラス システム、屋根の膜の継ぎ目、鉄道車両のドア シールの標準となっています。

EPDM ガスケットは、シート、ストリップ、成形、および押出プロファイルで入手できます。スポンジ (発泡) EPDM は、高い圧縮強度よりも凹凸のある表面への適合性が重要な場合に使用されます。これは、ボルトの荷重が制限されているエンクロージャのドア シールやパネルの接合部によく使用されます。固体 EPDM は、長期間のサービスサイクルにわたって着座応力を維持する必要があるフランジ面ガスケットおよびパイプカップリングに指定されています。

シリコーン O リングとゴム製 O リング: 材料化学がシール性能を左右する場合

O リングの材料の選択は、流体シールの設計において最も重要な決定事項の 1 つです。動的または高温の用途で不適切なエラストマーを使用すると、膨潤、圧縮永久歪み、化学的攻撃、または押し出しが発生し、それぞれが漏れやシステム障害につながります。 シリコーンとゴムの O リングは、形状と機能が似ているように見えますが、ポリマー構造、機械的特性、化学的適合性が根本的に異なります。

シリコーン O リング (VMQ — ビニル メチル シリコーン) は、炭素骨格ではなく Si-O 骨格を使用します。 Si-O 結合は本質的に C-C 結合よりも熱的に安定しており、シリコーンに連続 -60°C ～ 230°C (フルオロシリコーン グレードの場合は最大 260°C) という特有の耐熱性を与えます。シリコーンは生理学的にも不活性であるため、FDA 21 CFR 177.2600 または USP クラス VI 準拠を必要とする食品加工、医薬品、医療機器シールの標準となっています。

ただし、シリコーンには動的シール用途において 2 つの重大な弱点があります。 低い引張強さ (5 ～ 10 MPa、NBR の場合は 15 ～ 25 MPa) そして耐引裂性が低い。往復運動または回転運動の下では、シリコーン O リングは NBR、EPDM、または FKM の代替品よりも早く摩耗します。静的面シールまたは低サイクル用途では、これらの制限が発生することはほとんどありません。

ゴム製Oリング 幅広いファミリーをカバーします。NBR (ニトリル) が最も広く使用されており、-40 °C から 120 °C までの石油、燃料、鉱物性油圧作動油に対する優れた耐性を備えています。 EPDM は水、蒸気、オゾンのサービスに優れています。ネオプレン (CR) は適度な耐油性と耐候性を提供します。 FKM (バイトン) は、最も過酷な化学薬品および温度環境 (連続最大 200°C) に対応します。正しい選択は、流体媒体、圧力、温度、およびアプリケーションが静的であるか動的であるかによって完全に決まります。

• 次のような場合にシリコンを使用します。 極端な温度が支配的である、食品/医療コンプライアンスが必要である、シールが静的である、または低温での柔軟性が重要である
• NBRラバーは次のような場合に使用してください。 動的用途では、石油、燃料、または鉱物油との接触が存在します。
• 次の場合に EPDM を使用します。 熱水、蒸気、グリコール冷却剤、または屋外のオゾンへの曝露が密閉の課題です
• FKM (バイトン) は次の場合に使用します。 高温と攻撃的な化学媒体が同時に存在する

シリコーンは、石油ベースの液体、120°C を超える蒸気 (Si-O 骨格を加水分解する)、または濃酸と接触させて使用しないでください。このような環境では、サービス媒体用に特別に配合されたゴムコンパウンドは、熱上限が低いにもかかわらず、一貫してシリコーンよりも優れた性能を発揮します。

成形ゴム部品: 設計、プロセス、材料に関する考慮事項

シール、グロメット、防振装置、バンプ ストップ、ダスト ブーツ、ダイヤフラム、カスタム プロファイルなどの成形ゴム コンポーネントは、3 つの主要な成形方法で製造され、それぞれが異なる形状、体積、材料タイプに適しています。

• 圧縮成形： 事前に計量したゴムブランク（プリフォーム）を開いた金型キャビティに配置し、油圧プレス力の下で金型を閉じ、熱により加硫を開始します。 3 つの方法の中で最も遅い方法 (断面の厚さと配合物に応じてサイクル時間は 3 ～ 15 分) ですが、最も安価な工具を使用し、完成部品に内部応力が実質的に発生しません。大きな断面のコンポーネント、厚肉のアイソレータ、および射出加工が難しい材料 (EPDM スポンジコンパウンドなど) の標準です。
• トランスファー成形： ゴムは金型キャビティの上のポットに装填され、ラム圧力でスプルー チャネルを通って閉じたキャビティに押し込まれます。圧縮成形よりも寸法の安定性に優れ、インサート（金属またはプラスチック）を所定の位置に成形できます。工具コストは中程度です。中規模の生産量の精密 O リング、小型シール、ゴムと金属を接合したコンポーネントに推奨される方法です。
• 射出成形: ゴムコンパウンドは加熱されたバレル内で可塑化され、完全に閉じられた加熱された金型に高速で射出されます。サイクル時間は最短 (小型部品の場合は 30 ～ 90 秒)、寸法精度は最高で、複雑な形状の大量生産に最適です。必要な工具投資は最も高くなりますが、大規模な場合は部品あたりのコストは最も低くなります。年間数百万個生産される自動車用シール、医療機器部品、消費者向け製品のグリップなどに使用されています。

成形ゴム部品の重要な設計ガイドラインには次のものが含まれます。

• 抜き勾配角度: 特に複雑な形状や接着された金属インサートを備えた部品の場合、破れや歪みなくきれいに離型するには、すべての垂直壁に最低 3 ～ 5°の抜き勾配が必要です。
• フラッシュライン: 金型のパーティング ラインにより薄いバリが発生します。このバリは、バリ取り (極低温タンブリング、手動トリミング、またはレーザー) によって除去する必要があります。部品設計では、可能な限り、パーティング ラインを重要でないシール ゾーンに配置する必要があります。
• 許容差: 成形ゴムの公差は ASTM D3568 または DIN 7715 規格に従います。一般的に達成可能な公差は、小さな形状の場合は ±0.2 mm、大きな断面の場合は寸法の ±0.5 ～ 1.0% で、これは加硫収縮に固有の寸法変動を反映しています (通常、ほとんどのコンパウンドでは 1.5 ～ 3%)。
• ゴムと金属の接着: 金属インサートはグリットブラストによって準備され、成形前に Chemlok または同等の結合剤で下塗りされます。 ASTM D429 に基づく接着強度テストは、接着剤の破損が部品損失を引き起こす安全性が重要な用途に指定する必要があります。

よくある質問

• ポリウレタンホイールは倉庫の床に跡を付けたり、損傷したりすることはありますか?

  より硬いポリウレタン配合物 (90 ショア A 以上) は、特に負荷がかかった状態で旋回するときに、エポキシでコーティングされたコンクリート床や磨かれたコンクリート床に跡を残す可能性があります。より柔らかい PU グレード (70 ～ 85A) は通常、通常の転がり条件下では床に跡がつきません。ノンマーキング配合物は、ほとんどのメーカーから入手可能であり、床面に移行するカーボン ブラックやその他の顔料を含まずに配合されています。床にマーキングが絶対に必要な場合は、ノンマーキングと評価された天然ゴムまたは熱可塑性ゴム (TPR) ホイールが最も安全な仕様です。

• EPDMガスケットは冷媒にも使用できますか?

  EPDM は、R-134a やアンモニア (R-717) などのいくつかの冷媒と互換性がありますが、冷媒がガスケットに浸透し、減圧時に爆発的な減圧を引き起こす可能性がある高圧用途では、R-22、R-410A、およびほとんどの HFC ブレンドとの相性が悪くなります。 HNBR (水素化ニトリル) または FKM は、HFC 冷媒シール用途に適しています。動作圧力と温度における冷媒メーカーのエラストマー互換性データと照らし合わせて、必ず互換性を確認してください。

• シリコン O リングが作動油中で膨張するのはなぜですか?

  シリコーンは石油ベースの作動油に対する耐性が劣ります。非極性オイル分子は極性シリコーンネットワーク内に拡散し、オイルの種類と温度に応じて 20 ～ 50% 以上の体積膨張を引き起こします。この膨潤により O リングの断面積が増加し、溝のはみ出しが発生する可能性があり、湿式-乾式サイクルを繰り返すと永久的な寸法変化やシール力の損失につながります。作動油使用時のシリコン O リングを NBR (鉱油用) または FKM (合成作動油および高温使用用) に交換します。

• 屋外防振マウントに最適なゴム配合物は何ですか?

  天然ゴム (NR) は、エラストマーの中で最も高い弾力性と疲労寿命を備えており、動的性能の点で依然として防振材として最適な選択肢です。ただし、オゾン防止添加剤を使用しないと、NR はオゾンと UV 暴露で劣化します。屋外用途の場合、NR と EPDM またはクロロプレン (CR) をブレンドするか、EPDM 単独で、適切な動的特性を維持しながら必要な耐候性を提供します。屋外環境で油汚染の可能性がある場合は、純粋な NR や EPDM よりもネオプレン (CR) の方が良い選択となります。

• カスタム成形ゴム部品の一般的なリードタイムはどれくらいですか?

  カスタム成型ゴム部品のリードタイムは、ツーリングと生産の 2 つのフェーズに分かれます。単純な部品の圧縮金型ツーリングには通常 3 ～ 5 週間かかります。公差が厳しいトランスファー金型や射出成形金型、または複数のキャビティの場合は 6 ～ 10 週間かかります。ツールの承認後の生産リードタイムは、標準コンパウンドの場合、通常 2 ～ 4 週間です。新しいカスタム成形部品の場合、最初の製品の合計リードタイムは 8 ～ 14 週間が一般的です。迅速な金型サービスを利用すると、金型コストは高くなりますが、これを 4 ～ 6 週間に短縮できます。また、多くのメーカーは、納期を大幅に短縮するために標準形状の金型 (O リング、フラット ガスケット、グロメット) を維持しています。