シリコーンと EPDM のシート シーリング: パラメータを超えた実際的な違い

シール要素は、媒体圧力と環境温度の影響により、長期間にわたって予圧縮された状態にあります。材料のクリープ (長期応力下でのゆっくりとした変形) と圧縮永久歪みの能力は、バルブ シート シールが破損するかどうかを直接決定します。両者の違いは、長期にわたる静的または高周波の圧力負荷条件で特に顕著です。シリコーンゴムは長期的な変形の制御に優れています。実験データによると、70時間×150℃の試験条件下では、シリコン製バルブシートシールの圧縮永久変形率はわずか15％～25％であるのに対し、EPDMバルブシートシールはより低い温度（70時間×100℃）で25％～40％の変形率を示します。これは、高温下での静的シールのシナリオ (小型高温計器用バルブ、シールされたダイヤフラム ポンプ部品、小型蒸気発生器など) において、シリコーンは長時間の圧力下でも弾性回復能力を維持でき、永久変形による正確なシール ギャップの大幅な増加を引き起こす可能性が低いことを意味します。分子構造中のシリコンと酸素の結合が安定しているため、この材料は連続応力下でも分子鎖の破損や滑りが起こりにくく、EPDM よりもクリープ速度が大幅に低く、小型バルブシートやバルブ用シール要素の精密なシール要件を満たします。 EPDM ゴムの長期変形性能は作動媒体により大きく影響されます。高温多湿の環境 (温水バルブ、蒸気配管など) において、EPDM シートシールは優れた耐水蒸気性 (吸収率 < 1%) を持ち、圧力を受けたときにわずかに膨張するため、変形安定性はシリコーンよりもさらに優れています。しかし、鉱物油などの非極性媒体と接触すると、EPDM は体積膨張 (膨張率 > 50%) を起こし、長期間圧力がかかると変形が不可逆となり、シール構造に直接損傷を与えます。さらに、EPDM の変形回復能力は温度に敏感で、100℃を超えると硬化して亀裂が発生するため、酸化防止剤の添加が必要になります。そうしないと、長期間の高温条件下での変形制御能力が急激に低下します。

バルブ シートのシールの核心は、シール ライン (バルブ コアとバルブ シートの間の接触面) の完全性であり、その保持能力は、単一の硬度パラメータではなく、材料の耐摩耗性、引裂強度、および弾性回復の相乗効果によって決まります。 2 つの材料間の性能の違いは、開閉頻度や媒体環境が異なると顕著になります。 EPDM ゴムは、シールラインの磨耗に強いという大きな利点があります。ショア硬度範囲は 40 ～ 90、引張強さは 10 ～ 20 MPa、破断伸び率は 300% ～ 600% で、頻繁に開閉する小型で精密なバルブ (ミニ シール バルブ、小型精密遮断バルブ、小径精密ゲート バルブ、方向制御バルブなど) では、EPDM シート シールはバルブ コアとバルブ シートの間の摩擦摩耗に効果的に抵抗できます。精密なシールラインに傷や破れなどのトラブルが発生しにくくなります。屋外や高オゾン濃度の環境（小型精密流体バルブなど）では、EPDMはオゾン防止剤の添加が必要ですが、分子鎖が飽和しているため、オゾン侵食によるシールラインの亀裂が発生しにくく、密着性がより永続的に維持され、小型精密バルブシートのシール要件を満たします。シーリングラインにおけるシリコーンゴムの利点は、低摩擦および低温接着シナリオにあります。硬度範囲はさらに低く (20 ～ 80 ショア A)、低温での弾性変化は小さくなります。 -50℃でも低い摩擦係数を維持できるため、無給油の低温バルブ（コールドチェーンシステムなど）に適しています。シールラインはバルブコア表面に密着することができ、低温硬化により接触が失われる可能性はほとんどありません。しかし、シリコーンゴムの引張強度は4～10MPaと比較的低く、引き裂き強度も弱いです。媒体に不純物（パイプラインの錆や粒子など）が含まれていると、シールラインに傷がつきやすくなり、長期使用後の弾性回復による傷の修復が困難になります。シーリングラインの完全性も時間の経過とともに簡単に損傷します。さらに、シリコーンシートシールは長期間の紫外線照射によりわずかに粉化し、その結果、シーリングラインの密着性が低下します。これは、保護のない屋外バルブでは特に重要です。

工業用バルブは、昼夜の温度差や起動・停止の繰り返しによる温度変動の影響を受けることがよくあります。材料が急激な温度変化時にシール性能を維持できるかどうかは、低温脆性に対する耐性、安定性、および高温下での性能の可逆性によって決まります。シリコーンゴムは、低温および高温サイクルに対する幅広い適応性と、より強い限界耐性を備えています。標準グレードの使用温度範囲は-60℃～200℃ですが、特殊フェノールシリコーンゴムは-100℃まで使用可能です。最大 250°C の短期高温耐性を備えています。極端な温度サイクル (-40 °C ～ 180 °C の航空宇宙用小型バルブ、精密冷凍装置の小径バルブ、マイクロ シール油圧ポンプのコンポーネントなど) においても、シリコン バルブ シート シールは弾性とシーリング ラインの完全性を維持できます。実験によれば、シリコーンゴムは冷熱サイクル中に重大な臨界温度変化を起こさないことが示されています。ガラス転移温度近くまで冷却した場合でも、加熱後にシール性能が完全に回復し、繰り返しの温度差による永久的なシール不良がなく、漏れは可逆的です。これにより、小型で精密なバルブシートと液密ダイヤフラムのシール安定性に対する厳しい要件を満たします。 EPDM ゴムの冷熱サイクル性能は温度によって大幅に制限されます。長期耐熱性はわずか 120°C、短期ピーク温度は 150°C です。 100℃を超えると老化して硬化しやすくなります。高温サイクル (120°C を超える小型精密温度制御バルブや精密冷凍装置の小径バルブなど) では、材料の経年劣化によりシーリング ラインが徐々に弾力性を失い、サイクル数に応じて漏れ率が増加します。低温に関しては、EPDMの標準グレードの臨界脆化温度は-50℃で、この温度を下回るとシール力が急激に低下して漏れ経路が発生し、シールを維持するために潤滑グリースが必要になります。しかし、シリコーンゴムは-60℃でも安定したシール力を維持します。中温サイクル（-20℃～60℃、家庭用小型精密エアコン配管バルブや小型ウォーターポンプバルブシートなど）では、EPDMシートシールの方がコストパフォーマンスが良く、シール性能の安定性もシリコーンゴムとあまり変わらず、耐湿熱サイクル性も優れています。

どちらの素材にも絶対的な優位性はありません。選択は、盲目的に「高性能パラメータ」を追求するのではなく、使用温度範囲、媒体の種類、および開閉頻度に厳密に従う必要があります。 シリコーンゴムが好まれるシナリオ: 広い温度範囲のシール (-60°C ～ 200°C)、小型高温精密機器/バルブのシール、低温無潤滑精密バルブシート (コールド チェーン システムのミニチュア バルブなど) のシール、高圧小型静電気用のシール長期的な変形制御が必要なポンプ。正確なシールラインの傷を防ぐために、極性溶媒 (アセトンなど) や不純物を含む媒体を避ける必要があります。 EPDM ゴムが推奨されるシナリオ: 中温サイクル シール (-50°C ～ 100°C)、小型ポンプの湿潤/蒸気環境でのシール (密閉型流体移送ポンプ、ミニチュア温水循環バルブ シート、精密冷却塔小径バルブなど)、高頻度開閉および清浄媒体用小型バルブ (通常の工業用精密ストップ バルブ、逆止弁や逆止弁など) のシール、およびコスト重視メンテナンスの必要性が高い屋外用小型ポンプのバルブシール。鉱物油や燃料などの非極性媒体を避ける必要があります。

シリコーンゴムとEPDMゴムのバルブシートのシール性の違いは、基本的に材料の分子構造特性と使用条件との適合度にあります。シリコーンゴムは、優れた長期変形制御と広い温度範囲適応性を備えており、過酷で極端な作業条件に適しています。一方、EPDM は耐摩耗性、耐湿熱性、高い費用対効果の利点を備えており、日常的な条件では有利です。選択する際には、シールの信頼性とコストのバランスを図るために、「パラメータ至上主義」の考え方を捨て、実際の使用における長期的なパフォーマンスに焦点を当てる必要があります。それでも不明な場合は、Jack_Pan@doitrubber.com までご連絡ください。