油圧システム、重機、または産業機器の周りで時間を過ごしたことがある人なら、信頼性の高いシーリングがいかに譲れないものであるかをご存知でしょう。シールが 1 つ故障すると、操業が停止し、多額の費用がかかるダウンタイムが発生したり、高価なコンポーネントが損傷したりする可能性があります。そのため、「PTFE ワイパー シールは高圧環境でも使用できますか?」と尋ねられるのはそのためです。私たちの答えは単純な「はい」か「いいえ」ではありません。それは、長年にわたる設計と供給から得られる、微妙なニュアンスに基づいた、詳細に基づいた答えです。PTFEワイパーシール機器を限界まで押し上げる産業向け。
この分野に慣れていない人のために、ワイパー シールとは何ですか、そしてなぜここで圧力が重要なのかという基本から始めましょう。ワイパー シール (スクレーパーとも呼ばれます) は、油圧シリンダー、ロッド、シャフトの外側に設置されており、主な役割は 1 つです。そうしないと内部の油圧作動液をすり抜けて汚染してしまう汚れ、ほこり、湿気、破片を拭き取ることです。 National Fluid Power Association (NFPA) によると、汚染は油圧システム故障の上位 3 つの原因の 1 つであるため、これらのシールは単なる後付けではなく、重要な防御の最前線です。しかし、高圧環境では、シール材料を変形させる可能性のある圧力スパイク、熱を発生させる極度の摩擦、材料の寿命をテストする繰り返しの繰り返し負荷など、一連の課題が追加されます。 PTFE (ポリテトラフルオロエチレン、一般的にはテフロンとして知られています) は、非粘着性と耐薬品性で有名ですが、圧力が上昇したときに耐えられるほど頑丈ですか?
それに答えるには、PTFE の物理的特性と、PTFE が圧力とどのように相互作用するかを分析する必要があります。バージン PTFE は、ポリウレタン (PU) などの材料に比べて引張強度とコールドフロー耐性が比較的低いため、多くの人が高圧設定で最初に PU シールに手を伸ばすのはこのためです。しかし、最新の PTFE ワイパー シールは新品ではありません。当社は PTFE を改質し、ガラス繊維、青銅、カーボン、グラファイトなどのフィラーと混合して、構造の完全性、耐摩耗性、耐荷重能力を高めています。これらのコンパウンドは、変形することなく 4,000 psi (275 bar) を超える圧力に耐えることができます。これは、建設機械から農業機械、資材運搬システムに至るまで、ほとんどの産業用高圧用途をカバーする閾値です。
PTFE シールがあらゆる高圧作業に最適であるというわけではありません。それらが最も効果的に機能する場合と、パートナーシールが必要になる場合について詳しく見てみましょう。油圧式ワイパーの用途では、シールに作用する圧力は 2 つの主な原因から発生します。1 つはロッドを押す内部システム圧力、もう 1 つは外部環境圧力 (泥だらけの作業現場に置かれたダンプ トラックなど) です。外部ワイパーの役割 (主な仕事) では、PTFE シールは中程度の内圧でも輝きますが、内圧が 3,500 psi を超える場合は、通常、PTFE ワイパーとバックアップ リングを組み合わせることが推奨されます。バックアップ リングは圧力を均等に分散し、圧力下での軟質ポリマーの一般的な破損モードである PTFE がロッドとハウジングの間の小さな隙間に押し出されるのを防ぎます。
私たちはこれが実際に起こるのを目の当たりにしていますダンプトラック用ダストワイパーシール、地球上で最も過酷で高圧の環境の一部で稼働する建設車両に当社が供給する製品ラインです。ダンプ トラックのホイスト シリンダーは、荷物を持ち上げる際に最大 3,000 psi の圧力で作動し、ロッドの外側は常に塵、泥、岩の破片にさらされます。 PTFE は汚れや湿気を吸収しないため、シールが汚染されたロッドを拭いている場合でも、引き抜かれる可能性のある汚れの痕跡を残さないため、ここでは理想的です。当社では、これらの特殊なワイパー シールにブロンズ フィラーを配合して構造剛性を高めているため、毎日 40 トンの荷重を持ち上げる繰り返し圧力に耐えることができます。ここで重要なのは、万能の材料を使用するだけではなく、用途の圧力要件に合わせて PTFE コンパウンドを調整することです。
もう 1 つの一般的な高圧使用例は、噴霧器ブームやコンバインハーベスタの油圧装置などの農業機器です。これらのシステムは多くの場合、2,500 ～ 4,000 psi の圧力で動作し、多くのゴム製シールを侵食する肥料や殺虫剤などの過酷な化学物質にさらされます。 PTFE の化学的不活性性は、ここでは大きな利点です。特定の農薬にさらされると劣化する可能性がある PU シールとは異なり、PTFE は、長時間圧力下で作業しても損傷を受けません。また、お客様が PTFE ワイパー シールを次の製品と比較しているのを目にします。スクレーパーPUシールPTFE は摩耗と材料破壊の両方に強いため、高圧で化学的に過酷な環境でも 2 ～ 3 倍長持ちします。
ちょっと待ってください。しかし、低圧力のハイサイクル用途ではどうでしょうか? PTFE は摩擦係数が低いため、ここでも最適です。摩擦が少ないと熱の蓄積が少なくなり、システムが 1 時間に何百回もサイクルする場合でもシールの寿命が延びます。それが理由です油圧ワイパーシール一定の周期運動を伴い 1,000 ～ 2,000 psi で動作するマテリアルハンドリングコンベヤシステムには、PTFE コンパウンドが使用されることがよくあります。非粘着性の表面により、動作中にシールがロッドに付着するのが防止され、シールとロッド自体の両方の摩耗が軽減されます。これらの用途では、圧力が配合 PTFE の押出しきい値を下回っているため、バックアップ リングも必要ありません。
もちろん、あらゆるシナリオで機能する材料はなく、高圧環境には例外があります。 4,000 psi を超える圧力で作業している場合、PTFE ワイパー シールは最適なプライマリ シールではない可能性があります。フィラーを使用した場合でも、極圧ではコールド フローがより顕著になり、時間の経過とともにはみ出しや漏れが発生します。そのような場合には、耐圧性とワイパーの中心的な役割である汚染制御のバランスをとるカスタムコンパウンドまたは補完的なシール設計をお勧めします。また、お客様には媒体の適合性を考慮するようアドバイスしています。PTFE はほとんどの化学物質に対して耐性がありますが、極度の酸化剤によって分解される可能性があるため、新しい用途に PTFE シールを推奨する前に、常に簡単な材料のクロスチェックを行っています。
高圧シールの性能において見落とされがちなもう 1 つの要因は、取り付けです。どんなに優れた素材でも、正しく取り付けられないと機能しません。お客様が PTFE ワイパー シールをきつく取り付けすぎると、過剰な摩擦が発生し、熱が発生し、圧力によりシールが早期に摩耗してしまうのを目にしました。あるいは、ロッドやハウジングのバリ取りができないため、圧力がかかるとシールに小さな切り込みが入り、シールが広がる可能性があります。そのため、すべての製品にインストール ガイドラインが含まれています。PTFEワイパーシール当社の技術チームがいつでも高圧セットアップの適切な設置手順を説明します。
長年にわたり、当社は、お客様の業務が製品に依存している場合に製品が確実に動作するという評判を築いてきました。私たちが供給しましたテフロンスクレーパー高圧、高温環境 (さらに言えば、最大 500°F) で稼働する製鉄所向けであり、圧力関連の押出による故障は一度も報告されていません。また、当社は岩石破砕機の油圧装置に PTFE ワイパー シールを使用している鉱山会社とも協力してきました。過酷な運転中に圧力が 3,800 psi まで急上昇し、シールは装置の他のコンポーネントよりも 12 ～ 18 か月長持ちしました。
元の質問に戻ると、PTFE ワイパー シールは高圧環境でも使用できますか?答えは、「はい」です。適切な化合物、適切な設計、正しく設置されていればです。これらは、耐摩耗性、化学的不活性性、および低摩擦の独自の組み合わせにより、高圧、汚染された用途、または化学的に過酷な用途において他の多くのシール材料よりも優れた性能を発揮します。これらは 4,000 psi を超える極度の圧力には最適な選択肢ではありませんが、お客様が作業する高圧アプリケーションの 90% にとっては、最も信頼性が高く、耐久性の高いオプションです。
建設、農業、鉱業、工業生産などの高圧システムを扱っており、PTFE ワイパー シールがお客様の機器に適しているかどうか知りたい場合は、当社がお手伝いいたします。当社のチームは、あらゆる種類の環境におけるシール性能のトラブルシューティングに長年の経験があり、お客様の正確な圧力、媒体、性能要件を満たすようにシール ソリューションをカスタマイズできます。シールの故障によって業務が停止するのを待つのではなく、今すぐ当社のチームに連絡して、シールのニーズについて話し合い、用途に適したシールの見積もりを入手してください。
参考文献:
米国フルードパワー協会 (NFPA)。 「汚染管理: 油圧システム故障の最大の原因」 2022年。
シールテクノロジーマガジン。 「高圧シール用途向け PTFE コンパウンド」 Vol. 18、No.3、2021、45-52 ページ。
建設機械のメンテナンスと技術。 「高耐久油圧シリンダのワイパーシール性能」 2023年。