みなさん、AB 社の上級材料スペシャリスト、サラです。今日は、油圧および空気圧システムにとって、ほとんどの人が思っているよりもはるかに重要なもの、つまり PTFE ガイド バンド、特にその伸び特性について本当のことをお話したいと思います。流体力コンポーネントを扱ったことがある人なら、たとえ小さな部品であっても性能が左右される可能性があり、ガイド バンドは冗談ではないことをご存知でしょう。多くのエンジニアやメンテナンス チームが、圧力がかかるとバンドがどのように伸びるか (または伸びないのか) 考えて眠り、不必要なダウンタイムや部品の故障につながるのを目にしています。コーヒーを飲みながらチャットするように、煩雑な専門用語を多用せずに、これを分解してみましょう。
まず、全員に同じ認識を持ってもらいましょう。PTFE ガイド バンドとは正確には何ですか?初心者のために説明すると、これらはピストンやシリンダー壁などの可動部品の間に挟まれて金属同士の接触を防ぐ、精密に加工された薄いリング (またはストリップ、スリーブなど) です。これらはポリテトラフルオロエチレン、別名テフロンで作られており、鍋にくっつきにくい素材ですが、ここでははるかに丈夫です。仕様について詳しく知りたい場合は、完全な製品ページへのリンクを貼っておきます。PTFE ガイドバンド。しかし、今日の焦点は、それらがどのようなものであるかだけではありません。ストレス下でどのように伸びたり、伸びたり、変形したりするかということです。それは、それらがどれくらい長持ちするか、そしてどれだけうまく機能するかに直接関係しているからです。
プラスチックの伸びは基本的に、材料が破損したり永久に変形する前に処理できる伸びの割合です。金属の場合、これは簡単で、少し伸びても元に戻ります。でもPTFE？これは熱可塑性プラスチックであるため、その伸び挙動は温度に非常に敏感で、荷重に依存し、奇妙なことにその配合に特有です。わかります。これはロケット科学のように感じるかもしれません。実際の使用例に基づいて考えてみましょう。
まず、ベースライン: バージン PTFE (純粋なもの) は、室温でテストした場合、いわゆる「高破断点伸び」があり、たとえば 200 ～ 400% です。ちょっと待って、それはたくさんありますよね？純粋な PTFE のストリップがある場合は、切れる前に元の長さの 3 倍まで伸ばすことができます。しかし、ちょっと待ってください。これは実験室でのテストであり、油圧シリンダーの現実の世界ではありません。実際のシステムでは、これらのガイド バンドはそれほど引き伸ばされていません。ピストンとシリンダーの壁の間で圧縮され、側面荷重に押されて、-40°F から 500°F まで変動する温度にさらされ、短時間のバーストではさらに高温になります。それでは、それは実際に私たちが気にする伸びにどのように変換されるのでしょうか?
AB の PTFE ガイド バンドのほとんどは未使用ではなく充填されています。なぜ？純粋な PTFE には、耐摩耗性が低く、寸法安定性が低く、一定の圧力下では冷間流動する傾向があるなど、多くの欠点があるためです。ガラス繊維、カーボン繊維、ブロンズなどを充填することで、産業上のニーズに合わせて伸び特性を微調整します。たとえば、ガラス入り PTFE ガイド バンドの破断点伸びは通常 10 ～ 30% 程度で、未使用のものよりもはるかに低くなりますが、これは機能であり、バグではありません。待ってください、明確にしましょう。ガイド バンドの伸びについて話すとき、ガイド バンドを長さ方向に伸ばすことについて話しているのではありません (ただし、位置がずれているロッドではそれが発生する可能性があります)。ここで話しているのは半径方向の伸び、つまりバンドがピストンに取り付けられたとき、またはシリンダーに押し込まれたときに、バンドの内径または外径がどれだけ伸びるかということです。それがシールとガイド機能にとって重要な伸びです。
一般的なシナリオ、つまり 3,000 PSI で動作する油圧シリンダーを考えてみましょう。ガイド バンドを取り付けるときは、その内径を少し伸ばしてピストンの上に滑り込ませる必要があります。この伸びは「締り嵌め」と呼ばれます。操作中にバンドが所定の位置に留まることを確認することが重要です。バンドが伸びすぎると（伸びが高すぎると）、時間の経過とともに緩み、隙間やずれが生じる可能性があります。伸びが少なすぎる（伸びが低すぎる）と、バンドが切れずに取り付けることができません。そこで当社の充填配合が輝くのです。たとえば、私たちのロッドベアリングリング動作温度での半径方向の伸びが約 15 ～ 20% であるカーボン充填 PTFE ブレンドを使用します。これは完璧です。破損の危険を冒さずに簡単に取り付けるのに十分な伸縮性があり、数か月使用してもズレない程度の剛性があります。
温度は PTFE の伸びにとって大きなワイルドカードです。低温 (-40°F など) では、PTFE は脆くなり、その伸びは急激に低下し、充填グレードでは 5% 未満に低下する場合もあります。そのため、部品を予熱するか、特殊な低温ブレンドに切り替えることなく、北極の油圧システムで標準の PTFE ガイド バンドを使用することはできません。逆に、高温 (200°F 以上) では、PTFE は柔らかくなり、その伸びは実際に増加します。ちょっと待ってください。これは直観に反しています。一部の充填 PTFE は 300°F で 25 ～ 30% の伸びに達します。しかし、500°F を超えると材料が劣化し始めるため、伸びが再び急激に低下し、有害なガスの放出や膨張が発生する可能性があります。私はいつも人々に、ガイドバンドを選択する前にシステムのピーク温度と平均温度を確認するように言います。ここで手を抜くと、予期しない伸びの失敗につながります。
もう 1 つの要素は、動的負荷と静的負荷です。ガイド バンドが一定の圧力 (静的) のもとでそこに置かれていると、ゆっくりとした永久変形であるクリープが発生します。ゴムバンドを数か月間伸ばしたままにしておくのと同じだと考えてください。ゴムバンドは元に戻りません。 PTFE ガイド バンドの場合、このクリープは長期的な伸びに関係します。私たちのテフロンベアリングストリップは、低速リニアガイドによく使用されますが、静的荷重を 5,000 時間保持することがテストされており、永久伸びはわずか 2% であり、固着が発生し始めるしきい値の 5% をはるかに下回っています。これは、研究室の番号だけではなく、エンジニアが実際に必要とする種類のデータです。
ここでのミスアライメントはサイレントキラーです。ピストンロッドがわずかに曲がっている場合、ガイドバンドはロッドの形状に合わせて不均一に伸ばさなければなりません。バンドの伸びが低い場合、その不均一な伸びにより応力亀裂が発生し、ガイド バンドの破損や金属接触につながる可能性があります。私たちのピストンロッド用ガイドスリーブ - JFIは、エッジの伸びが少し高い柔軟な PTFE ブレンドで設計されているため、多少のズレがあってもひび割れすることなく曲がることができます。これらのスリーブを 0.5 mm の位置ずれのあるロッドでテストしましたが、わずか 100 時間で故障した標準的なガラス入りバンドと比較して、亀裂や機能の損失はありませんでした。
待って、実際の顧客の話に入りましょう。BS ではありません。これが最近の話です。ある農業機械メーカーは、ガイド バンドに亀裂が入ったため、フロント ローダーのシリンダーが 6 か月ごとに故障するという問題を抱えていました。彼らは、高い破断伸び (300%) を備えた未使用の PTFE バンドを使用していましたが、問題は、取り付け中にバンドが伸びすぎて、シリンダーの動作時にコールドフローが発生することでした。それらをGSTガイドリングに交換しました - チェックしてくださいガイドリング - GST- 18% の半径方向伸び率を持つ中程度の充填 PTFE ブレンドを使用します。 18 か月間一度も故障することなく経過しており、エンジニアによれば、取り付けもはるかに簡単になり、取り付け中にバンドが壊れることもなくなりました。これが伸びを理解する上での重要な点です。正しい数値を選択すれば、ダウンタイムがなくなります。
これは圧倒されるかもしれないと思うかもしれませんが、PTFE ガイド バンドの伸びに関する重要なポイントを現場から直接要約しましょう。
- 破断点伸びは実験室での数値ですが、実際の使用では半径方向の伸び (取り付けのフィット感、荷重応答) が重要です。
- 充填 PTFE は、伸び、摩耗、安定性のバランスが取れているため、ほとんどの産業用途ではバージンよりも優れています。
- 温度によって伸びが変化します。低温では脆くなり、高温では柔らかくなります。
- 位置ずれや静的クリープは時間の経過とともに伸びを低下させるため、これらの変動に対処できる十分な柔軟性を備えたバンドを選択してください。
これを読んで、「ちょっと待って、私のシステムには特定の伸びグレードが必要ですか?」と考えている方は、 「ガイドバンドが壊れたりずれたりして困っています」という場合は、私がお手伝いします。 AB では、画一的な対応は行いません。お客様と協力して正確な負荷、温度、アライメント条件をテストし、完璧な PTFE ガイド バンドを選択します。一般的なアドバイスはなく、あなたの機器に適した実際の仕様のみです。
推測をやめて、実際に耐えられるガイドバンドを入手する準備はできましたか?アプリケーションについて詳しく知りたい場合は、当社のチームにお問い合わせください。必要に応じて、テスト用の小さなサンプルもお送りします。流体動力システムを、頭を悩ませることなく、よりスムーズに、より長く稼働させましょう。
参考文献
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- ミラー、L.ら。 （2022年）。低温産業用途向けの PTFE 配合。トライボロジー・インターナショナル、178、107921。
- AB 材料技術チーム。 （2023年）。PTFEガイドバンドの伸びとクリープに関するフィールドテストデータ。内部レポート、AB Industrial Components。
- チェン、W. (2020)。ウェアリングのラジアル伸び: 油圧シリンダの性能への影響。国際フルードパワー会議議事録、2、312-320。