ゴムが油に溶ける原因とは？そのメカニズムと影響を考察

ものづくりプレス

2024-10-24

ゴムニトリルゴム(NBR) シリコーンゴム(VMQ) エチレンプロピレンゴム(EPDM) 不具合・原因・対策

ゴムは多用途で強靭な素材ですが、特定の環境下では脆弱性が顕著になります。その一つが油や溶剤との接触です。ゴムはその化学的特性から、溶剤に対して非常に耐性が低いことがあります。油や溶剤がゴムに浸透すると、分子構造が崩れ、変形や膨張、最終的には亀裂や破損が発生することがよく見られます。この現象は、ゴムが油や溶剤を吸収し、分子間に浸透することで、ゴムの弾力性や強度が失われていくためです。

さらに、油による影響はゴムの電気的特性にも及びます。絶縁性が低下し、本来の機能を果たさなくなる恐れがあるため、ゴムの使用環境には細心の注意を払う必要があります。例えば、劣化防止剤や加硫促進剤などの化学添加物が油によって流出しやすくなり、これによりゴムの老化が加速されることもあります。その結果、ゴムの耐久性や機能性が損なわれ、使用寿命が短くなる可能性が高まります。

ゴムが油に溶けるメカニズム

ゴムの耐油性は、その材料の基本的な化学組成と加硫状態（ゴムの分子を架橋させる工程）に強く依存します。ゴムは油や溶剤にさらされると、油分子がゴムの分子間に侵入し、ゴムが膨潤または収縮する現象が起こります。この膨潤の程度は、油とゴムの相互の「混ざりやすさ」つまり極性によって大きく影響を受けます。極性の異なる物質は互いに混ざりにくいため、ゴムと油の極性が近いほど、ゴムは油を吸収しやすく膨潤しやすくなります。

ゴムの極性は、「SP値（溶解度パラメーター）」と呼ばれる指標で評価されます。非極性の油、例えばガソリンや潤滑油は、非極性のゴム、例えばNBR（ニトリルゴム）と相性が良いため、膨潤しにくい性質を持っています。しかし、極性の高いブレーキオイルなどに対しては、同じNBRでも膨潤しやすくなります。一方で、極性の低いSBR（スチレンブタジエンゴム）は、極性油との接触でより安定した挙動を示します。

ただし、SP値だけではすべてのゴムの耐油性を完全に予測できるわけではありません。例えば、フッ素ゴム（FKM）はSP値が低いにもかかわらず、非常に優れた耐油性を持つことで知られています。このような例外も多いため、ゴム製品を選定する際はSP値に加えて、実際の使用環境に即した耐油テストを実施し、その結果を基に材料を選ぶことが最も確実です。

耐油性ゴムの種類とその特性

ゴムの種類によって、その耐油性は大きく異なります。使用目的や環境に適したゴムを選定することは、製品の性能や耐久性に直接影響を及ぼします。以下に代表的な耐油性ゴムの種類とその特徴を詳しく解説します。

ニトリルゴム（NBR）

NBRは最も一般的な耐油性ゴムであり、特に鉱物油や燃料、潤滑油に対する優れた耐性を持っています。このため、自動車のオイルシールやガスケット、油圧システムのシール材として幅広く使用されています。さらに、NBRは耐摩耗性にも優れており、機械的な強度が必要な用途、例えば高圧油圧ホースや自動車部品などにも適しています。ただし、極性の高い液体には弱いため、環境に応じた選定が重要です。

フルオロカーボンゴム（FKM）

FKMは非常に高い耐油性を持ち、特に燃料、酸、化学薬品に対する優れた耐性を備えています。高温環境や過酷な条件下でも安定した性能を維持できるため、航空宇宙産業や化学工業での使用が一般的です。また、FKMは極端な温度変化や紫外線にも強いため、耐候性にも優れ、長期間の使用が求められる場面での選択肢として最適です。

エチレンプロピレンジエンゴム（EPDM）

EPDMは通常、耐油性が低いとされていますが、特定の条件下では油との接触に対しても耐性を発揮します。特に、油と直接触れない冷却システムや屋外でのシーリング材として広く使用されます。EPDMは耐熱性や耐候性が非常に高く、屋外環境や紫外線の影響を受けやすい場所での使用に適しています。

シリコーンゴム

シリコーンゴムは一般的には耐油性が低いですが、非常に広範囲の温度環境に適応できます。高温や低温での安定した性能に加え、化学的に安定しており、航空宇宙産業や電子機器の部品として重宝されています。シリコーンゴムは長期間使用される機器や装置の素材として、その信頼性が評価されています。

結論

ゴムの耐油性は、その使用環境や用途に大きく影響を与えます。各種ゴムの特性を理解し、適切な材料を選ぶことが、製品の性能や信頼性、そして長寿命に寄与します。油や溶剤と接触する可能性がある場面では、耐油性の高いゴム素材を選ぶことが重要です。また、SP値だけに頼らず、実際のテストや経験に基づいた判断を下すことが、最適なゴム選定への鍵となります。