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ゴムの圧縮永久ひずみ(残留ひずみ)

ゴムの圧縮永久歪み

ゴム製品は、その特色を生かして、圧縮されて使用されることが多く、反発弾性とともに圧縮による永久変形(ひずみ)が、ゴム製品の性能と密接な関係があります。普通、ゴムは力を加えて変形させても、力を取り除くと元の形状に戻る特性を持っていますが、長時間にわたって変形させた状態で放置すると、変形量(ひずみ量)が一部元に戻らなくなります。このような現象を圧縮永久歪み(圧縮永久ひずみ)と呼んでいます。

ゴムOリングやパッキンなどは、一定の圧縮をさせて使用されますが、その圧縮を元に戻そうとする圧力でシール性能を発揮します。しかしながら長期間使用されると一部分が永久変形(ひずみ)し、シール性能が低下します。最初の圧縮変形量が、全て永久変形する、つまりもとに戻そうとする圧力がまったくなくなるとシール性能も当然失われます。

このようなことから、一般的に圧縮永久歪みは、値が小さいほど良いとされています。Oリングやパッキン、ガスケットなどに使用されるゴム材質選定には、圧縮永久歪みが重要視されます。これらシール製品は、反発弾性が優れ低圧縮永久歪みを併せもつゴム、すなわちゴムとしての一番の特性である反発力が大きく、かつへたらないゴムの使用が望ましいとされています。

また、圧縮永久歪みによって、ゴムの架橋状態(加硫状態)が判ります。低架橋状態では、可塑性変形が大きく、永久ひずみが大きくなりますが、架橋が進むにしたがって弾性体となり、永久ひずみが小さい値となります。つまり、圧縮永久歪みを少なくするには適正な架橋状態(加硫状態)でなければなりません。圧縮永久歪みの値が大きくばらついたり、基準値より大きく外れる場合は、成形状態が適正でないことが分かります。

圧縮永久歪みがゴム製品の性能に問題となるのは、上記の成形状態が適正でない場合、大きな熱サイクルや温度変化がある使用環境、ゴムに不適切な流体の使用、過度の圧縮、頻繁な圧縮の繰り返しなどが上げられます。

圧縮永久ひずみ率(Compression set,Permanent set)

圧縮変形を起こさせる力を完全に除去した後も残存する変形。
圧縮永久歪み試験は、静的な圧縮やせん断力を受ける部分に用いられる架橋ゴム(加硫ゴム)の圧縮による残留ひずみを測定する試験です。一定温度で一定時間圧縮させた後、圧縮力を除いて一定時間(通常30分)経過後に残留しているひずみを求めます。
次のように定義されます。


CS={(t0−t1)/(t0−t2)}×100
CS:圧縮永久歪み率(%)
t0:試験片の原厚(mm)
t1:試験片を圧縮装置から取り出し30分経過した後の厚さ(mm)
t2:圧縮ひずみを加えた状態での試験片の厚さ(mm)


引張永久ひずみ(Tension set)

試験片を伸長し、そして自由に収縮させた後、残留する伸び。