ゴムホース、成形品、ベローズ、石油・ガス用ゴムソリューション

ゴム押出成形ホース : 構造、コンパウンド、および選択

ゴム押出成形ホースは、未硬化のゴムコンパウンドを成形ダイに押し込んで連続的なプロファイル (通常は円形ですが、楕円形、平坦、または多穴の場合もあります) を生成し、その後加硫して最終的な物理的特性を設定することによって製造されます。押出成形プロセスにより、一貫した肉厚、厳しい寸法公差、単一の連続生産実行での強化層の統合が可能になり、事実上すべての流体取扱い業界で工業用ホースの主要な製造方法となっています。

構築レイヤー

強化ゴムホースは複合構造です。各層は、次のような異なるエンジニアリング機能を果たします。

• インナーチューブ（ライナー） — 流体接触層。搬送媒体との化学的適合性を考慮して配合されています。ここでの材料の選択は、最も重要な仕様決定です。
• 補強 — 1 層以上の編組織物 (ポリエステル、ナイロン、アラミド)、らせん状に巻かれたワイヤー、または編みコードの層により、使用圧力下での圧力封じ込めと寸法安定性が実現します。使用圧力が高くなると、より多くの補強層または高張力ワイヤが必要になります。
• 外カバー — 使用中の摩耗、オゾン、紫外線暴露、化学薬品、機械的損傷から補強材を保護します。通常、流体適合性ではなく耐環境性を最適化するために、インナーチューブとは異なる配合が行われます。

一般的なゴム配合物とその用途

押出成形ホースの性能範囲は、そのエラストマー化合物によって決まります。産業用途で最も指定されている化合物は次のとおりです。

• NBR(ニトリルブタジエンゴム) — 石油ベースのオイル、燃料、作動油に対する優れた耐性。温度範囲は通常 -40°C ～ 120°C です。燃料ライン、油圧ホース、オイル移送用途の標準的な選択肢です。
• EPDM (エチレン・プロピレン・ジエン・モノマー) — 蒸気、熱水、オゾン、耐候性に対する優れた耐性。連続150℃までの温度範囲。自動車の冷却ホース、蒸気ホース、水溶液を運ぶ化学プロセスラインなどに幅広く使用されています。
• ネオプレン (CR) — 耐油性、難燃性、耐候性のバランスが優れています。船舶用、冷凍用、汎用工業用ホースとして使用されています。
• SBR（スチレンブタジエンゴム） — 水、空気、マイルドケミカルサービス向けのコスト効率の高い汎用化合物。油や燃料との接触には適していません。
• FKM / バイトン — 攻撃的な化学物質、燃料、および 200°C までの高温に対する優れた耐性を備えたプレミアムコンパウンド。 NBR が不十分な要求の厳しい化学プロセスおよび燃料システム用途向けに指定されています。
• シリコーン(VMQ) — 極端な温度範囲 (-60°C ～ 230°C)、低温での優れた柔軟性、清潔で無臭。食品や医薬品の移送、ターボチャージャーホース、医療用途に使用されます。

成形ホース (プレフォームまたは成形エンド ホースとも呼ばれます) は、マンドレルを使用した加硫中にホースを特定の形状 (エルボ、S ベンド、縮小曲線) に成形することにより、押出プロセスを拡張します。これにより、現場で曲げることなく、定義された配線経路に適合するホース アセンブリが製造されます。これは、空間エンベロープが厳しく制限されている自動車アンダーフード用途やプロセス プラントの設置において重要です。

ゴム成形品の製造方法と設計上の注意点

ゴム成型品 未硬化のゴムコンパウンドを成形されたキャビティに配置し、熱と圧力を加えて部品の形成と加硫を同時に行うことによって製造されるあらゆるコンポーネントが含まれます。連続的なプロファイルを作成する押出成形とは異なり、成形では、事実上あらゆる 3 次元形状の個別のネットシェイプ コンポーネントが作成されます。そのため、あらゆる産業分野で、シール、ガスケット、振動マウント、ダイヤフラム、ブッシング、グロメット、精密カスタムコンポーネントに選ばれる製造方法となっています。

一次成形工程

• 圧縮成形 — 事前に計量した未硬化ゴムの装入物を開いた金型キャビティに直接配置し、プレス圧力下で金型を閉じると、熱が加硫を引き起こします。最もシンプルでコスト効率の高いツーリング方法で、中程度の複雑さの部品や中程度の生産量に適しています。パーティングラインにバリが発生した場合はトリミングが必要です。
• トランスファーモールディング — ゴムコンパウンドは金型キャビティの上のポットに入れられ、ラム圧力でスプルーを通って閉じた金型に押し込まれます。圧縮成形よりもきれいで寸法の一貫した部品を製造し、より複雑な形状を処理できます。複数個取りの工具や金属インサートを備えた部品に適しています。
• 射出成形 — あらかじめ可塑化されたゴムが高圧下で完全に閉じられた複数のキャビティの金型に射出されます。工具コストは最も高くなりますが、最高の寸法再現性、最短のサイクル タイム、最小限の材料無駄を実現します。 O リング、自動車シール、医療機器部品などの大量生産の精密部品に適しています。

ゴムと金属の接着

多くのゴム成形製品には金属インサートが組み込まれており、金属表面に塗布された接着プライマーを使用して、成形および加硫サイクル中にコンポーネントに接着されます。ゴムと金属を接合した部品は、ゴムの弾性コンプライアンスと金属の構造的剛性および寸法精度を組み合わせて、動きを吸収しながら負荷を支える必要があるエンジン マウント、防振ブッシュ、油圧アキュムレータ ブラダー、フランジ付きコネクタなどのコンポーネントの使用を可能にします。接着の完全性は、ISO 813 または ASTM D429 に準拠した剥離およびせん断強度試験によって検証されます。

ゴム成型部品の主な仕様

ゴム成形製品を調達する場合、次の技術パラメータは製品の目的への適合性を定義するものであり、調達文書に明示的に指定する必要があります。

• エラストマー配合と硬度（ショアA） — 硬度範囲 30 ～ 90 のショア A は、非常に柔らかいシーリング ガスケットからしっかりした構造マウントまでの範囲をカバーします。化合物ファミリー (NBR、EPDM、FKM、シリコーンなど) と硬度を ±5 ショア A まで指定します
• 引張強さと破断伸び — ISO 37 または ASTM D412 に準拠
• 圧縮永久歪み — 持続的な圧縮荷重後の残留変形。部品の耐用年数にわたって接触応力を維持する必要があるシール用途に不可欠
• 寸法許容差 — ISO 3302 に準拠した成形ゴム公差 (M1 ～ M4 グレード);公称サイズでの重要な寸法を明示的に呼び出す必要があります
• 耐流体性および耐温度性 — ISO 1817 または ASTM D471 に準拠した浸漬試験により、動作温度で使用流体にさらした後の体積膨張と特性保持を確認します。

ゴムベローズ伸縮継手: 機能、種類、およびエンジニアリングパラメータ

ゴム製ベローズ伸縮継手は、配管、容器、および接続された機器に破壊的な応力を与える熱の動き、機械的振動、位置ずれ、および圧力脈動を吸収するために配管システムに取り付けられる柔軟なコネクタです。一連の回旋または波形であるベローズの形状により、耐圧シールを維持しながらジョイントを軸方向、横方向、角度方向に変形させることができ、両側の硬いパイプ部分を効果的に切り離します。

設計構成

• シングルアーチ（シングル球） — 最も一般的な構成。 1 つの畳み込みが多方向の動きを吸収します。 HVAC、ポンプ、プロセス プラントのサービスにおける中程度の変位や位置ずれに適しています。
• ダブルアーチ（ダブルスフィア） - 2 つの畳み込みにより、単一のアーチよりも大きな横方向および角方向のたわみ容量が提供されます。設置長さを増やさずに、より高い動きの吸収が必要な場合に使用されます。
• マルチコンボリューションベローズ - 複数の畳み込みにより、非常に大きな軸方向の移動が可能になります。長いパイプラインや地域暖房システムの熱膨張用途に使用されます。
• 結合（拘束）伸縮継手 — タイロッドは軸方向の移動を制限し、圧力推力をパイプアンカーではなく構造物に伝達するため、複雑なシステムにおけるパイプサポートの設計が簡素化されます。
• フランジ型および/またはスプール型ジョイント — フランジ付きの端により、標準のパイプフランジに直接接続できます。スプール本体 (2 つのフランジ付き端の間のゴムチューブ) は柔軟性を高め、ポンプ接続部の振動絶縁に特に効果的です。

伸縮継手用のゴム配合物の選択

インナーライナーコンパウンドは搬送される流体と適合する必要があります。外側のカバーは設置環境に耐える必要があります。一般的な組み合わせには、熱水、蒸気、化学サービス用の EPDM が含まれます。石油および石油システム用の NBR。海水冷却および海洋サービス用のネオプレン。高い引張強度と引き裂き抵抗が優先されるスラリー、鉱業、および研磨媒体には天然ゴム (NR) または SBR が使用されます。補強材は通常、複数層のポリエステルまたはナイロン生地で構成され、フランジ ビード領域にはスチール ワイヤ リングが埋め込まれ、圧力下でも寸法の完全性を維持します。

重要なエンジニアリングパラメータ

拡張ジョイントは、エンジニアが事前圧縮または事前拡張を指定しない限り、システムが低温 (周囲) 状態で、ジョイントが中立位置にある状態で取り付ける必要があります。不適切な取り付け予荷重は、使用中にベローズが早期に故障する主な原因の 1 つです。

石油およびガス用途向けのゴム製品

石油およびガス産業では、高圧、高温、攻撃的な炭化水素および化学媒体、爆発的減圧の危険性、材料のトレーサビリティと第三者認証に関する規制要件など、エラストマー部品が遭遇する最も厳しい使用条件が課せられます。標準的な市販のゴム配合物は通常、適切ではありません。 石油およびガスグレードのゴム製品には、業界固有の基準に従った配合、テスト、および文書化が必要です .

主要な応用分野と製品タイプ

• 坑口およびダウンホールのシール — O リング、パッカー エレメント、および坑口ガスケットは、最大 15,000 psi の圧力および 200°C を超える温度で動作します。化合物は、H₂S (酸性ガス)、CO₂、芳香族炭化水素に対する耐性が必要です。 HNBR (水素化ニトリル) と FKM が主な選択肢です。耐爆発性減圧性 (ノーソク M-710 または ISO 23936-2 による) は、高ガス含有サービスの必須の認定基準です。
• フレキシブルホースアセンブリ — 化学薬品注入ライン、油圧制御ライン、チョークおよびキルライン、浮遊船舶と海底インフラ間の流体移送に使用されます。オフショア定格ホース アセンブリは API 17K または API 7K の認定を受けており、耐火性の外側カバー、ステンレス鋼またはチタンのエンドフィッティング、および文書化された試験証明書による静水圧試験が組み込まれています。
• パイプ保護および断熱製品 — ゴム製パイプラギング、クランプサドル、セントラライザーは、海中および地上のパイプラインを腐食、摩耗、機械的衝撃から保護します。オフショアパイプライン用途には、環境コンプライアンスのために低毒性が証明された、紫外線に安定で海水耐性のある化合物が必要です。
• 防振マウントとチョークバルブコンポーネント — 防振マウントは、溶接鉄骨の振動疲労が構造上の完全性の主要な懸念事項である海上プラットフォームの構造デッキから回転機器 (コンプレッサー、ポンプ、発電機) を隔離します。動的剛性が低く、疲労寿命が長い天然ゴムおよび EPDM コンパウンドが推奨されます。
• プロセス配管用伸縮継手 — EPDM および FKM でライニングされた伸縮継手は、陸上の製油所およびガス処理プラントの配管システム全体で使用され、炭化水素、プロセス水、および化学物質の流れを運ぶラインの熱膨張を吸収します。膨張性バックアップリングを備えた防火設計は、IEC 60079 に従って危険ゾーンとして分類されるエリアで指定されています。
• BOP（噴出防止装置）環状エレメント — BOP の環状パッキン要素は、緊急井戸制御条件下でドリルパイプの周囲をシールする大きなゴム成型部品です。材料は、繰り返される閉鎖サイクルに対応しながら、高い差圧でシール力を維持する必要があります。天然ゴムとポリウレタンのブレンドが使用されており、API 16A に準拠した要素が使用されています。

認定と書類の要件

石油およびガスプロジェクトに供給されるゴム製品は、通常、用途およびオペレーターの仕様に応じて、次の認定フレームワークの 1 つ以上を満たす必要があります。

• NORSOK M-710 — ノルウェー大陸棚の坑井および海底機器に使用する非金属シール材の認定。爆発減圧試験と老化プロトコルが含まれます
• ISO 23936-1 / -2 — 熱可塑性プラスチックとエラストマーをそれぞれカバーする NORSOK M-710 と国際的に同等
• API 6A / 6D / 7K / 16A / 17K — 坑口装置、パイプラインバルブ、掘削装置、BOP装置、フレキシブルパイプを対象としたAPI製品規格。これらのアセンブリ内のゴムコンポーネントは、関連する附属書の材料要件に適合する必要があります
• 材料のトレーサビリティ — 化合物のバッチ記録、硬化日、化合物の識別、および材料証明書 (エラストマーの EN 10204 3.1 または 3.2 に相当) は、主要な石油およびガス事業者の標準文書要件です。

石油およびガスプロジェクト用のゴム製品を調達する調達チームの場合、 発注前にサプライヤーの複合認定文書をプロジェクト仕様と照合して検証する 一般的な化合物の説明に依存するのではなく、これが最も効果的なリスク軽減の唯一のステップです。 「NBR」として記述される化合物は、非常に広範囲の配合物をカバーします。特定の使用条件に対する文書化された認定テスト データのみが適合性を確認します。