シリコンとゴムガスケットの材料組成および構造的違い
化学構造：シリコンのSi-Oバックボーン対炭素ベースの合成ゴム
シリコンパックには 特殊なシリコン酸素の骨組みがあり 驚異的な熱安定性を持ち 酸化に抵抗力があります EPDMやナイトリルゴムなどの合成ゴムに含まれる炭素と炭素の鎖を比べると 違いが明らかになります 低温55度から熱い230度まで 変化する時でも 柔軟性があります 熱さも高さも 炭素製ゴムには ポリマー構造を安定させるため vulkanisationと呼ばれるものが必要です 悲しいことに 高温や日光にさらされると ゆっくりと分解する傾向があります
重要 添加物: 充填剤,固化剤,粘化剤 の 作用
| 構成部品 | シリコンガスケット | 合成ゴム製のガスケット |
|---|---|---|
| フィルラー | シリカ (涙強度を向上させる) | カーボンブラック (耐久性を高める) |
| 硬化剤 | ペロキシド (熱耐性結合を形成する) | 硫黄 (低温で交差結合を形成する) |
| 可塑剤 | 固有の柔軟性により稀に必要 | 石油ベースの油 (脆さを防ぐ) |
シリコン製剤は通常,目標性能を達成するために添加剤が少なくなり,粘化剤の溶解や分解による長期劣化のリスクが軽減されます.
ポリマー の 柔軟性 と 回復力: 分子 構造 が 密着 器 の 振る舞い に どの よう に 影響 する か
炭素と炭素の結合よりも約50%のエネルギーが 蓄積されます これがなぜシリコンが圧縮された後に 回復するかを説明します ASTM D395 規格に従って行なわれた試験も 興味深い対比を示しています 圧縮されたら15~25%の密封力を失う傾向がありますが シリコンは形状をほとんど維持しています 圧迫状態で1万時間連続で 150°Cで 座った後でも シリコンは10%の圧縮しか示しません 耐久性 は 機械 部品 の 設計 に 必要 な もの です. 機械 部品 は 恒常 的 な 温度 変化 や 長い 期間 に 耐える 必要があります.
耐熱性: シリコンガスケートと一般的なゴム代替品
高温性能:シリコンの安定性 230°Cまで EPDM とナトリル
シリコンパックが 極端な熱を 耐えられるので 温度が摂氏230度に達しても 保持できます 150°Cで分解する前には EPDM材料の2倍くらいです 標準のナトリルゴムよりも3倍も優れています この 印象 的 な 熱 耐久 性 の 理由 は,シリコン の 化学 構造 に ある. 長い期間高温にさらされた場合 他の材料のように分解しません 酸素は 蒸気弁を実用的な例として挙げましょう EPDMシールがこれらの厳しい条件下で数ヶ月後に崩壊する傾向がある一方で,シリコンは,同様の使用寿命を通して圧縮セットが15%未満のまま,形状と性能特性を維持しています.
低温で柔軟性:シリコンとニトリルとネオプレンは冷たい環境で
普段の温度の約85%を保持しています 表面の表面に 低温30度以下になると硬くなる ナイトリルやネオプレンよりも ずっと優れています 柔軟性保たれることは 冷蔵庫を封鎖したり 北極の巨大な石油パイプラインを 破裂させたり 壊したりするような 材料にとって とても重要です LNG施設でも 経験があります 実験の結果 シリコンパックが -162°C の極寒に耐える時 ニュープレンパックより 10倍も長く 粘着することがわかりました
産業環境における熱分解と長期使用制限
炭素から作るゴム材料は,温度変化に繰り返し晒されたときに,より早く分解する傾向があります. 例えば EPDMは 連続1000時間 135°Cで耐摩性を約40%失います 逆にシリコンは 耐久性が高く 同じ期間 200度まで加熱しても 10%未満の分解を示します 実験結果から タービン排気システムのような 厳しい環境では 温度が間隔的に上昇する事がわかります シリコン部品は このような状態で 15年以上も耐用します 時には260度まで 失敗せずに耐用します 標準のナトリルゴムに 替える必要はなく 時間が経つにつれて 熱に耐えられないのです
シリコンとゴムガスケット材料の化学,紫外線,オゾン耐性
油,溶媒,酸 に 耐える 素材:シリコン と ナイトリル,ネオプレン,EPDM
溶媒やアルコールなどの非極性物質に 耐える力がありますが 炭化水素に曝されると 膨らみます 油や燃料が豊富にある場所には より適しています 油や燃料が豊富にある場所には より適しています 酸やを含む極性化学物質に 効果がありますが 石油ベースの液体と接触する際には あまり効果がありません 例えばシリコンは,ASTM3オイルに1000時間浸された後も 90%の強度を維持します. 一方,去年発表された材料互換性報告書のデータによると,同じ条件下でナトリルは約40%の弾性を失います. この種の情報は 特定の用途のための適切な材料を 選択するのに役立ちます
膨らみ,圧縮 セット,化学 的 な 劣化
シリコンの交叉構造は,攻撃的な媒体の腫れを5%未満の増量に制限し,ネオプレン (1520%) とEPDM (1012%) を上回る. 5年間の産業サイクルにおいて,シリコンはガム代替品の25~35%と比較して10%未満の圧縮セットを維持し,再密封頻度を半分に削減する (ガスケット耐久性研究2022年).
紫外線とオゾン安定性: シリコンの固有の耐性とEPDMの屋外耐久性
シリコンは安定剤を必要とせずにUV線とオゾンに耐性があり 加速耐候試験で1万時間後に柔軟性を維持します EPDMは炭素黒の添加物によって屋外耐久性を獲得しますが 低温では脆くなるのです 沿岸部施設では,3年後に表面の裂け目が最小 (<0.5mm) であり,保護されていないネオプレンでは23mmである.
自動車, HVAC,屋外アプリケーションにおける実用的な性能
- 自動車 : オゾン抵抗性により,燃料蒸気回収システムではシリコンが好ましい.直接オイル接触では,ナトリールが標準のままである.
- エフ・キャット : EPDMは,管路や屋根のユニットにおけるコストとオゾン抵抗をバランスする
- 屋外 : 太陽光パネルの接続箱のシリコンシールがUV分解なしに15年以上持続し,ゴムオプションと比較して 30%の保守コストを削減します
シリコンガスケートの機械的特性と長期耐久性
動力 的 な 負荷 に 耐える 伸縮 力,破裂 抵抗 力,弾性
シリコンパックには,通常4〜12MPaの抗張力があり,破裂する前に90〜100%まで伸びる. これらの性質により 絶えず動きやストレスにさらされたときに 非常に良い性能を保ちます ポンプや他の工業機器のように 振動する機器にシールを作るのに 適しています ASTM D412 試験によると,シリコンは -40 度まで凍結する温度でも約 85% の柔軟性を維持しています. これはナトリルゴムやEPDMゴムのような代替品よりも 大きく優れています 温度が -20°C以下になると 硬くなって効果が失われます
圧縮セットと回復:長期的ストレス後のパフォーマンス
シリコンは150度で500時間圧迫された後 より強い抵抗力を示し 圧縮量は15~25%しかありません 圧縮率は通常30~50%です 圧縮速度は通常30~50%です 長い年月をかけて使えるような フレンズシステムでは このような回復が大きな違いです 実に目立つのは シリコンの交差結合構造が 極度の温度−60度から230度まで 晒されたときでさえ 永久的な形状変化に 耐えられるということです これはASTM D395のような テスト基準によって確認され 困難な条件下で 長期的に機能する 信頼をエンジニアに与えられています
機械的および環境的ストレスの複合条件下での耐久性
紫外線、化学物質、繰り返しのストレスが同時に加わる環境下での実地試験では、シリコーンは屋外で5年経過しても依然として元のシール強度の約90％を維持します。一方、ネオプレンの場合には状況が大きく異なります。同様の現実的な条件下で使用すると、オゾンの影響で表面にわずらわしいひび割れが生じやすく、わずか2年で約40％の性能を失い始めます。こうした結果から、複数のストレスが同時にかかる offshore oil rigs（洋上油田施設）、太陽光パネル設置現場、産業用化学プラントなどの用途では、多くのエンジニアが現在シリコーンを好んで採用しています。代替材料と比較した耐久性の高さを考えれば、当然の選択といえるでしょう。
シリコーンおよびゴム製ガスケットの用途別選定ガイド
医療・食品グレード用途：なぜ安全性と規制適合性においてシリコーンが主流なのか
医療機器や食品加工装置において、シリコーンは安全性が高く、重要なFDAおよびNSFの要件を満たすため、最も適した材料として注目されています。EPDMやニトリルのような他の材料と比べてシリコーンが特に優れている点は何でしょうか？それは微生物が付着しにくく、約135℃（華氏275℉）の高温下での繰り返しの滅菌処理にも劣化せずに耐えることができる点です。さらに重要なのは、シリコーンの極めて高い安定性です。接触する物質に有害な化学物質を溶出しないため、病院の点滴システムから乳製品工場のバルブまで、あらゆる場面で使用されています。汚染が許されない産業分野では、このシリコーンの特性が極めて重要となるのです。
自動車 工業 暖房 設備 費用,温度,化学 物質 に 晒される 状況 を 均衡 する
自動車やエアコンシステムでは 材料の選択は その部品が 日々 何をする必要があるか そして その部品がどのくらい 耐久できるかに 依存します 油に耐えるため 燃料管を密封するのに最適です しかし,機体蓋の下が熱くなって 温度が -50度から -200度まで 変化すると シリコンの方が良いのです 屋外冷却塔の用途では EPDMを使います 雨や太陽や 自然が与えるものなど 処理できるからです しかし 常時摂氏150度を超える 交換熱装置について語るとき シリコンが選択肢になります 昨年発表された研究によると 長い引擎熱にさらされた後に シリコンは圧縮性能の 92%を保ち ナトリルは78%しか維持できませんでした 時間が経つにつれて トラックや他の重型車両の交換や停車時間が減ります
意思決定の枠組み:シリコンガスケートとEPDM,ナトリル,ネオプレンを選ぶとき
| 要素 | シリコンの利点 | ゴム の 代替 品 |
|---|---|---|
| 温度範囲 | -60°Cから+230°C | EPDM/ナトリル: -40°Cから150°C |
| 化学物質への曝露 | 酸,塩基,UV/オゾン | 油のナトリル,天候のEPDM |
| 適合 要求 | FDA/NSF/医療用品 | 認証取得モデルが限られている |
| 費用効率 | 初期コストが高く ライフサイクルコストが低く | 初期費用が低く 寿命が短く |
極端な温度や 滅菌が必要性や 強い紫外線にさらされる場合 シリコンを選びましょう 費用対効果の高い外用密封器用にはEPDMと,初期コストが第一の懸念事項である石油ベースのシステム用にはナトリルを選択します.
よくある質問
シリコンとゴムガシットの化学構造の主な違いは何ですか?
シリコンパックにはシリコン酸素の骨組みがあり,熱安定性が優れているが,EPDMやナトリルのようなゴムパックには主に炭素と炭素の鎖が組み合わさっており,安定性のために vulkanisationが必要で,熱や日光によりより早く分解する.
なぜシリコンパックが高温用途に最適だと考えられるのか?
シリコンパックは,強いシリコン酸素骨組みにより230°Cまで高温に耐えるが,EPDMやナトリルなどの材料は,低温150°C以下で分解する.
シリコンとゴムガシットは UV とオゾン抵抗性でどう違いますか?
シリコンは,追加の安定剤を必要とせずに,UV放射線とオゾンに耐性があり,長期間の暴露後でも柔軟性を維持します. EPDMのようなゴムには 耐久性のために 炭素黒の添加物が 必要ですが 保護がなければ UV 線で 壊れやすいのです
