桜シール株式会社【Oリングの製造・販売】
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Оリングの耐候性

Oリングの耐候性は、Oリング材質(加硫ゴム)の性能によって決定し、主原料である原料ゴム(ポリマー)の分子構造や、配合剤に含まれる老化防止剤などが影響します。耐候性に劣るゴム材は、屋外環境に放置すると硬化して変質してしまいます。古くなった輪ゴムがボロボロになったり、長期に亘って使用されたタイヤに無数のクラック(ひび割れ)が発生したりといった現象がそれに当たり、Oリングでも同じことが発現してシール機能を失ってしまうことがあります。

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耐候性と劣化の種類

耐候性とは屋外環境に対する耐性を指しますが、屋外環境に於いてOリングに変質を齎す主な因子は、大気中に含まれるオゾン(O3)や水蒸気(湿気)、及び温度(熱)です。それらの因子は屋内外を問わずに存在する為、Oリングの耐候性は使用時のみならず保管方法などに於いても考慮される必要があります。

 

 [オゾン劣化 (オゾンクラック)]

Oリングのオゾン劣化(オゾンクラック)は、酸素(酸素原子)が原料ゴムの分子構造に及ぼすオゾン酸化(オゾン分解)と呼ばれる酸化反応によって発生します。ニトリルゴム (NBR)をはじめとする多くの原料ゴムは、分子構造中に二重結合を含んでいます。二重結合は原料ゴムを加硫させる上で重要な部分ですが、一般的な結合と比較して結合エネルギーが弱く、外的影響を受けやすい部分でもあります。それに対し、大気中の酸素は通常O2として安定した状態で存在していますが、光などを触媒にO3(オゾン)として存在しているものは、二重結合に付加反応しやすい特性を持っています。それらの条件が重なることで、下図のようにオゾンが二重結合を酸化切断する現象、所謂オゾン酸化が引き起こされ、ゴム材の網目構造が破壊されてOリングの表面に無数のクラックが発生します。尚、オゾン劣化は保管方法の不備に起因する典型的なOリング不具合事例のひとつで、長期保管したNBR系のOリング材質で多く見られる現象です。

 

NBRのオゾン酸化模式図




 [水蒸気による劣化 (加水分解)]

大気中に存在する水蒸気(湿気)によるOリングの加水分解は、耐水性に劣るウレタンゴム (U)系のOリング材質などで顕著に現れる劣化現象です。メカニズムは下図のとおりで、大気中の水蒸気に含まれているヒドロキシ基(OH)が、側鎖にOが付加されているCに作用します。その影響で結合力が乏しくなった分子鎖は自然に断裂し、4つのモノマーに変成してHを奪い合う現象を引き起こします。その結果、4つのモノマーは完全に独立した状態を維持し、Oリングが粉状になって崩壊してしまいます。


Uの加水分解模式図



 [温度による劣化 (熱老化)]

Oリングの熱老化は主として自動酸化に因り、例え常温であってもゆっくりと進行しています。熱老化についての詳細は、Oリングの耐熱性を参照して下さい。尚、実用の範囲に於いて、通常は常温環境での熱老化を殊更に警戒することはありません。但し、直射日光などによる温度上昇や高温の車中といった環境条件に於いてはその限りではなく、特に耐熱性の低い材質では注意が必要です。



耐候性とゴムの種類

原料ゴム
(ポリマー)
耐候性 代表的な
Oリング材質
NBR (ニトリルゴム) × 主鎖に二重結合を持つブタジエン成分がある為、オゾン酸化が発生し易くなります。尚、アクリロニトリル成分が多くなると、若干改善します。 NBR-70-1 (1A)
NBR-90 (1B)
NBR-70-2 (2A)
SBR
(スチレンブタジエンゴム)
× 主鎖に二重結合を持つブタジエン成分がある為、オゾン酸化し易くなります。また、耐熱性に劣る為、熱老化が進行し易くなります。 SBR-70
U (ウレタンゴム) × 耐水性に劣る為、水蒸気(湿気)による加水分解が発生し易くなります。 U-70
U-90
IIR (ブチルゴム) 主鎖に二重結合を持つイソプレン成分がある為、オゾン酸化し易くなります。但し、ポリマーの分子が大きいので、成分割合は少なくなります。 IIR-70
HNBR
(水素化ニトリルゴム)
主鎖に二重結合を持つブタジエン成分がありますが、水素化されて二重結合が減少しており、オゾン酸化が発生し難くなっています。 HNBR-70
HNBR-90
CR
(クロロプレンゴム)
主鎖に二重結合を持ちますが、側鎖の塩素基の影響でオゾン酸化が発生し難くなっています。 CR-70
EPDM
(エチレンプロピレンゴム)
主鎖に二重結合が無く、架橋用に付加されるジエン成分の側鎖に存在するのみなので、オゾン酸化が発生し難くなっています。 EPDM-70
EPDM-90
VMQ
(シリコンゴム)
主鎖のシロキサンに二重結合が無く、結合エネルギーが高いので非常に優れています。 VMQ-70 (4C)
VMQ-50 (SI50)
FKM (フッ素ゴム) 二重結合が存在せず、フッ素結合(C−F)のエネルギーが高いので非常に優れています。 FKM-70 (4D)
FKM-90
フロロパワーシリーズ
フロロアップシリーズ
FFKM
(パーフルオロエラストマー)




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