フルオロシリコーンゴム – 特性、加工、エンジニアリング用途

シリコンゴムは、ネオプレンなどの既存のエラストマーの中でも、その優れた特性から、多くのエンジニアリング用途で依然として主流となっています。しかしながら、多くの面で不十分な点があり、他のエラストマー、特に化学流体や燃料に対する優れた耐性を誇るフルオロシリコーンゴムへの飽くなき需要を生み出しています。石油化学、航空宇宙、石油・ガス産業の主力製品となったこの長寿命エラストマーについて、知っておくべきことをすべてご紹介します。.

フルオロシリコーン (FVMQ) とは何ですか?

FVMQ 揮発性溶剤、油、燃料、化学薬品、その他腐食性の高い液体への長期暴露に耐えられるよう強化されたシリコーンゴムです。シリコーンゴムの優れた弾性特性に加え、トリフルオロプロピル基による優れた耐薬品性も備えています。さらに、フルオロシリコーンは極寒・高温のどちらの環境でも優れた性能を発揮し、-60℃から+200℃という広い使用温度範囲により、低温下でも柔軟性をほとんど失いません。.

· 化学構造/元素

フッ素化シリコーンゴムは、揮発性化学物質や燃料を扱う産業での使用を容易にするために、シリコーンゴムを改質したものです。その中心にはシロキサンが含まれ、優れた熱安定性と耐紫外線性を備えています。この中心分子は、しばしば-Si-O-Si-O-Si-と表記され、このエラストマーに低いガラス転移温度をもたらします。.

その構造には、トリフルオロプロピル基（-CH₂-CH₂-CF₃）とメチル基（-CH₃）の側鎖も含まれています。前者はフルオロシリコーンの耐薬品性および耐油性を向上させ、後者は加工性を向上させます。下表は、主要成分とそれぞれの役割をまとめたものです。.

工学用途におけるフルオロシリコーンの特性

· 優れた耐熱性

FVMQは、シロキサン骨格に由来する優れた熱安定性により、極端な温度にさらされる可能性のある産業プロセスや施設で非常に好まれています。-60℃から+200℃までの高温まで、最適な性能を発揮します。.

他の炭化水素系エラストマーとは異なり、低温下でも柔軟性を維持し、超高温下でも構造の健全性を維持します。しかし、+200℃を超える温度に長時間さらされると、分解または劣化が始まります。.

· 耐薬品性

フルオロシリコーンゴムは、フッ素基を添加することで優れた耐熱性に加え、耐薬品性も強化されています。そのため、炭化水素系流体やその他の揮発性化学物質を扱う用途に比較的適しています。.

希酸や酢酸などの有機酸に対して優れた耐性を示す。しかし、 劣化する可能性がある 濃硫酸などの高濃度酸や酸化性酸にさらされると、膨張して構造が損なわれる。さらに、強塩基やアミン類と接触すると、膨張して構造が崩壊する。.

· 機械的特性

• 抗張力： FVMQは7～8MPaの引張強度を誇り、クッション材やシーリング材として最適です。ニトリルゴムなどの他のゴムと比較すると、この強度はかなり低いですが、引張強度を強化したい場合は、二次硬化時にシリカフィラーを注入することができます。.
• 引き裂き強度: 次のような部品を取り付けたり取り扱ったりする際には、 フルオロシリコーン ゴムの場合、引裂強度が約10～25 kN/m（ダイB）と比較的弱いため、細心の注意が必要です。大きな力がかかると、破れたり、傷ついたりする恐れがあります。.
• 硬度： 平均硬度がショアA40～80のフルオロシリコーンゴムは、比較的柔らかいエラストマーとされています。しかし、標準的なシリコーンよりも硬いため、要求の厳しいシーリング用途で広く利用されています。.
• 伸長： FVMQは、150%から400%まで伸びるという優れた伸び範囲により、永久変形や構造的完全性を損なうことなく、比較的長い伸びに耐えることができます。これは標準的なシリコンゴムと比較すると低い伸びですが、これにより、永久変形のリスクなしに、フルオロシリコーンシールを最大400%まで伸ばすことができます。.
• 圧縮永久歪み: フルオロシリコーンシールは、FVMQの優れた圧縮永久歪（15-30%）により、長期間にわたりその完全性を維持します。つまり、このエラストマーゴムで作られた部品は、破損する前に極めて高い圧縮力に耐えることができます。ただし、175℃以上の温度で22時間以上圧縮すると、変形するリスクがあります。.

· 耐候性

フルオロシリコーンゴムは、紫外線、湿気、高温といった過酷な気象条件にさらされる環境に最適です。シリコーンをコアとし、フッ素基とメチル基を付加しているため、過酷な気象条件にさらされてもひび割れや大気劣化に強いのが特徴です。そのため、屋外スペースでも耐久性を気にすることなく使用できます。.

· 耐久性

FVMQの優れた熱安定性と、強化された耐薬品性および燃料耐性は、一般的に運用寿命の延長につながります。良好な気象条件と運用条件にさらされる環境で使用された場合、FVMQコンポーネントは最大25年間、安心してご使用いただけます。ただし、条件が比較的厳しい場合は、この寿命は約15年に短縮される可能性があります。.

· ガス透過抵抗

FVMQはトリフルオロプロピル基を含有しているため、分子構造がコンパクトになり、通常のシリコーンゴムに比べて最大10倍の耐ガス透過性を備えています。ただし、その耐ガス透過性は他のエラストマー、特にブチルゴムやニトリルゴムに比べると劣ります。.

· 断熱特性

FVMQは、その優れた絶縁強度により、特に揮発性化学物質や過酷な環境にさらされる用途において優れた絶縁体となります。その絶縁強度は一般的なシリコーンゴムと同等で、平均10～20 kV/mmであり、航空宇宙、自動車、防衛産業における絶縁体としての利用が可能です。.

フルオロシリコーンの加工

フルオロシリコーンゴムは、その独特かつ優れた特性により、様々な産業に不可欠な役割を果たす数多くの部品の製造に広く利用されています。しかし、原料のFVMQから機能部品へと加工するには、以下に述べる工程において多大な労力と専門知識が必要となります。.

· 複利

フルオロシリコーンは当初ゴム状で製造されますが、シールやガスケットなどの硬質エンジニアリング部品を製造するのに必要な強度が不足しています。コンパウンド加工により、この原料ゴムは強固な材料へと変化し、好みの部品を製造できるようになります。コンパウンド加工では、補強用充填剤、添加剤、架橋剤を注入・混合します。添加される添加剤には、ゴムの熱安定性を高める酸受容体や熱安定剤などがあります。.

· 射出成形

この加工技術により、複合FVMQから、複雑でありながら剛性が高く、優れた寸法精度のエンジニアリング部品を製造できます。複合フルオロシリコーンは、まず制御された加熱によって軟化され、その後、指定された金型キャビティに注入されます。加熱された原料フルオロシリコーンは加圧され、金型キャビティの形状に沿って押し固められた後、硬化されます。こうして完成したFVMQ部品が完成します。.

・ 押し出し

押出成形は、熱と圧力を利用して、優れた耐薬品性と耐油性を備えたチューブ、シール、ホースなどのフルオロシリコーン部品を製造します。コアとなるフルオロシリコーン材料を充填剤や硬化剤と厳密に混合し、得られた混合物を所定の形状に成形します。押出成形された部品はその後加硫され、優れた耐薬品性を備えた高品質のFVMQ部品が完成します。.

· 接着と接着

FVMQは本質的に非粘着性材料であるため、他の材料、特にプラスチックや金属との接着は非常に困難です。フルオロシリコーンをほとんどの基材に接着するには、過酸化物などの架橋剤と加熱が必要です。フルオロシリコーンゴムと接合するワークピースをエッチング処理した後、制御された熱と圧力で接着部を加硫させる必要があります。.

フッ素シリコーンゴムの安全な取り扱い方

FVMQが人体や健康に深刻な脅威を与えることはほとんどありませんが、取り扱いには注意が必要です。以下の点にご注意ください。;

• FVMQ を長時間取り扱う場合は、保護服、特に手袋を着用してください。.
• フルオロシリコーンゴムを加工する前に、十分な換気があることを確認してください。.
• 火気から遠ざけてください。.
• 適切に保管してください。.
• 製造元の推奨に従って取り扱ってください。.

フルオロシリコーンと他のエンジニアリングエラストマーの比較

エンジニアリングアプリケーション

フルオロシリコーンは、シリコーンゴムの熱安定性と柔軟性に加え、フッ素側鎖による優れた耐薬品性も備えています。そのため、フルオロシリコーンは以下のような産業で最も求められている材料の一つとなっています。;

よくある質問

フルオロシリコーンゴムはいつ開発されたのですか？

FVMQ の起源は 1950 年代初頭に遡り、その開発は Dow Silicones 社によって行われました。.

フルオロシリコーンと標準的なシリコーンゴムの主な違いは何ですか?

フルオロシリコーンは標準的なシリコーンゴムのほとんどの特性を備えていますが、組成と特定の特性が若干異なります。トリフルオロプロピル基を含み、燃料、油、化学物質に対する耐性を強化しています。.

フルオロシリコーンゴムの限界は何ですか?

FVMQは優れた耐薬品性および耐燃料性が求められる産業用途で広く採用されていますが、耐摩耗性を重視する用途への適合性には疑問が残ります。物理的強度は十分とは言えず、ガス透過性も比較的弱いためです。.

フルオロシリコーンゴムは安全ですか？

はい。フルオロシリコーンは安定性が高いため、極端な温度下でも安全に使用できます。ただし、皮膚への刺激を避けるため、長時間取り扱う場合は注意が必要です。.

フルオロシリコーンゴムを使用する利点は何ですか?

フルオロシリコーンゴムのユニークな組成により、難しい用途に適しているだけでなく、次のような利点があり、使用価値も非常に高くなります。;

• 低温でも柔軟性を維持します。.
• 比類のない耐薬品性。.
• 優れた断熱性
• 広い温度範囲。.

フルオロシリコーンはあらゆる化学物質に対して耐性がありますか?

いいえ。フルオロシリコーンはほとんどの化学物質や油にさらされても構造的な完全性を維持しますが、特定の化学物質にさらされると膨張したり劣化したりします。これには高濃度の酸や強アルカリが含まれます。.

フルオロシリコーンゴムを金属に接着できますか?

はい。FVMQは接着しにくい素材ですが、適切な接着技術と接着剤を使用すれば、金属やプラスチックなどの様々な素材と融合させることができます。.

FVMQ は連続および高温アプリケーションに適していますか?

はい。FVMQ は標準的なシリコンゴムと同等の熱安定性を備えており、200°C に達する高温でも連続使用できます。.

FVMQ コンポーネントの寿命はどのくらいですか?

シールなどのフルオロシリコーン部品は、使用される動作条件の過酷さにもよりますが、最長20年間使用できます。良好な動作条件下では25年以上、過酷な条件下では10～15年間、その効果を維持できます。.

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