PEEK シートボールバルブ プネウマティックアクチュエータまたはPCTFEシート

ボールバルブシートに使用されるポリマーには、主に2つのカテゴリーがあります。PTFE（バージンと充填材の両方）とPEEKです。これらはいくつかの理由から人気のある材料ですが、それぞれがより適した用途があります。

ボールバルブ

ボールバルブは、水、油、蒸気、空気、スラリー、腐食性流体の流れを制御するために使用されます。HVACシステム、石油化学処理、食品加工、配水システム、自動燃焼システム、計装制御などに使用されています。

ボールバルブには、ステム、ステムナット、ボール、ボディなど、さまざまな部品がありますが、最も重要な部品の1つはボールバルブシートです。ボールバルブシートには、均一なシート応力を分散させ、確実なシールを達成するという2つの主な役割があり、これを達成するためには、適切な材料で作る必要があります。

ボールバルブシート材料の主な特性

ボールバルブシートの材料が備えるべき6つの重要な特性があります。

• 低い摩擦でステムトルクを低減
• 優れた耐摩耗性
• 良好な応力回復性
• 確実なシールを維持するための十分な弾性
• 寸法安定性
• 関連する媒体との化学的適合性

ボールバルブが食品、乳製品、または製薬用途で使用される場合、FDA承認済みの材料も必要となる場合があります。使用できるポリマー材料はさまざまですが、PTFE、充填PTFE、およびPEEKが最も一般的に使用されています。

過酷な環境における材料特性

動作環境に応じて、他にも考慮すべき事項があります。これらには、極端な温度（極低温を含む場合があります）での寸法安定性と信頼性の高い性能、および熱湯、蒸気、および/または腐食性洗浄剤を含む滅菌ルーチンに耐える能力が含まれます。また、水や湿気に長時間さらされる場合、ボールバルブシートは低い吸湿膨張係数を持っている必要があります。さらに、材料は難燃性、耐火性、または放射線環境での使用に適している必要があります。

PTFEボールバルブシート

PTFEは、ボールバルブシート材料として長い間人気があり、FDA承認グレードで利用できます。バージンPTFEは、現存するすべての熱可塑性樹脂の中で最も低い摩擦係数を持ち、充填PTFEグレードも非常に低い摩擦で利用できます。このポリマーは、ドライランニングも可能（したがって潤滑剤は不要）であり、スティックスリップ挙動を示しません。

PTFEは、優れた耐摩耗性と良好な応力回復性を提供し、適切な添加剤を選択することで強化できます。極端な温度や高腐食性材料が存在する場合でも、良好なシールを提供するのに十分な延性を備えています。熱膨張係数が低く、吸湿膨張係数も良好であるため、寸法的に安定しています。また、耐火性、疎水性、非湿潤性も備えています。

PTFEの化学的適合性と高温性能は、衛生と滅菌を伴う用途に適していることを意味します。さらに、その化学的適合性は、フッ素と液体アルカリを除く幅広い媒体で良好に機能します。その動作温度範囲は、-429°Fから400°Fの極低温を含みます。ただし、バージンPTFEの温度性能は、動作圧力に大きく依存することに注意してください。

PTFEの欠点としては、コールドクリープの影響を受けやすく、5 ksi以下の温度に最適であり、1×104 radsの最大寿命放射線量のため、放射線の影響を受けやすいことが挙げられます。また、高圧後には減圧の問題も発生しやすく、167°Fを超える温度変動にさらされるべきではありません。

充填PTFEボールバルブシート

充填PTFEに関しては、最も適した組み合わせはカーボングラファイトとガラス充填です。カーボングラファイト強化PTFEは、高温と高圧が通常の動作環境の一部である場合に、バージンPTFEよりも選択されます。バージンPTFEよりも優れた耐摩耗性を提供し、比較的低い摩擦係数を維持しながら、コールドクリープを起こしにくくなっています。

ガラス充填PTFEも、バージンPTFEの多くの利点を保持しながら、優れた押し出し抵抗と優れた耐摩耗性を提供します。食品、乳製品、製薬業界でよく使用されるボールバルブシート材料であり、比較的低い摩擦係数を維持しています。ただし、ガラス繊維が含まれているため、研磨性が高くなる可能性があり、酸や強アルカリなど、ガラスを攻撃することが知られている化学物質との相性が悪いです。ガラス充填PTFEは耐火性であることに注意してください。

もう1つの選択肢は、50％PTFEと50％粉末316 SSで構成されるステンレス鋼強化PTFEです。この特定のグレードの充填PTFEは、バージンPTFEよりもわずかに広い動作温度範囲（最大550°F）を提供し、はるかに高い圧力に耐えることができます。その主な欠点は、摩擦係数が大幅に高くなり、摩耗が速くなり、ステムトルクが高くなる可能性があることです。ただし、耐火性があります。

PEEKボールバルブシート

PEEKは、-70°Fから600°Fまでの広範囲の温度範囲と良好な化学的適合性など、PTFEと多くの共通点があります。その摩擦係数はPTFEほど低くはありませんが、高温と高圧を伴う用途で非常に優れた性能を発揮します。また、PTFEよりも耐摩耗性と靭性に優れています。

PTFEとは異なり、放射線にさらされた場合でも優れた性能を発揮し、原子力用途に適しており、PTFEでは対応できない極端な高温でも良好に機能するため、石油およびガス業界にとって優れた選択肢となります。また、難燃性です。

PEEKはPTFEほどの化学的適合性の範囲を持たず、硫酸にさらしたり、腐食性環境で使用したりしないでください。ただし、熱湯や蒸気に継続的にさらされる状況や、超高真空圧でも良好に機能します。PTFEよりも大幅に硬いことに加えて、PEEKは低温で脆性挙動を示します。

結論

PTFE、充填PTFE、およびPEEKは、幅広い用途のボールバルブシートに最適な高性能ポリマーです。