1938年にPTFEが発明されて以来、そのバルブシートへの統合は化学耐性基準を革命的に変えましたが、従来のゴムシートは依然として水処理用途の58%を占めています（Fluid Controls Institute）。バタフライバルブシートの材料選択は、運用効率において重要な要素となっています。PTFEとゴムは依然として主要な候補ですが、化学耐性からライフサイクルコストに至るまでのそれぞれの特性は、厳密な分析を必要とします。この記事は、PTFEの宇宙時代の能力とゴムのコスト効率の高い多様性を現代のバタフライバルブで対比し、エンジニアがデータに基づいた意思決定を行えるようにします。
1.化学的特性に関して
PTFE優れた化学材料であり、ほぼすべての強酸（濃硫酸、塩酸など）、強塩基、有機溶媒、酸化剤（塩素ガスなど）に耐性があります。
ゴムEPDM/NBRPTFEと比較して、通常のゴムはやや劣ります。弱酸やアルカリに耐性があり、水や蒸気などの媒体に適していますが、油や炭化水素媒体では膨潤しやすいです。
2.温度耐性
PTFEコーティングされたバタフライバルブプレート温度範囲-200°Cから200°Cで優れた性能を示し、腐食性、粘性、または高純度の媒体を扱うのに特に適しています。
260°Cに近い用途では、長期的な熱老化を評価する必要があります。PTFEは持続的な高温下で徐々に劣化する可能性があります。
温度が260°Cを超えると、PTFEは軟化し変形し、シールの完全性が損なわれます。これを軽減するために、以下の戦略が採用されます:
強化バルブプレート設計（例: より厚いPTFEライニングまたは金属バック）
クリープ耐性を強化するために、充填PTFE複合材料（例: ガラス繊維/カーボン充填）を使用します。
一般的なゴム材料の場合、EPDMとNBRを代表例として:
EPDM（エチレンプロピレンジエンモノマー）:
連続使用温度: -40°Cから+120°C
短期ピーク耐性: 最大+150°Cまで
NBR（ニトリルブタジエンゴム）:
連続使用温度: -20°Cから+80°C
短期ピーク耐性: 最大+100°Cまで
3.機械的強度
PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）
クリープ耐性: 低 – 持続的な負荷下での変形が起こりやすい
構造要件: 冷間流動を防ぐために金属補強（例: 埋め込みバックプレート）が通常必要です
長期安定性: 高応力の静的シール用途には理想的ではありません
ゴム（EPDM/NBR/FKMなど）
弾性回復: 優れた – 圧縮後に元の形状を迅速に回復
圧縮セット耐性: 高 – 長時間の負荷下での永久変形が最小限
動的性能: 頻繁な動きや振動のある用途に適しています
4.環境への影響
PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）
生産段階: 製造プロセスでは、パーフルオロオクタン酸（PFOA）などのPFAS物質の使用が必要であり、PTFE材料の焼結温度が360以上であるため、高エネルギー消費プロセスです。廃棄物処理に関しては、自然分解に数百年を要し、分解が困難であり、高温焼却によりフッ化水素酸などの有毒ガスが発生する可能性があります。リサイクル技術は複雑で、専門的な化学分解が必要です。
通常のゴム（EPDM/NBRなど）
生産段階: ゴムの原材料は石油派生物であり、高い炭素排出を伴います。加硫プロセス中に硫化物が放出され、排ガス処理が必要です。廃棄物処理時には、ゴム材料を粉砕して低級製品に使用するなど、物理的にリサイクル可能で、再利用可能です。熱分解によるエネルギー回収が可能で、ゴムはPTFEよりも自然分解性が優れています。
5.設置とメンテナンスの比較
PTFEシール
より高い設置精度が必要です:
設置時には、バルブプレートとバルブシートを正確に整列させ、圧力の不均一による変形（冷間流動）を避ける必要があります。必要に応じて、耐腐食処理された金属補強（316Lステンレススチールスリーブなど）を追加できます
メンテナンスフリーの利点:
PTFE材料は自己潤滑性があり、追加の潤滑剤を必要としません。化学的に不活性で、優れた耐老化性を持ち（通常10年以上メンテナンスなしで動作可能）
ゴムシール
PTFE材料シールと比較して、通常のゴムは設置が容易です。ゴムの弾性がわずかな不整合を補正し（±5%の軸方向偏差を許容）、現場でトリミングや調整が可能です（例: Oリング）
より頻繁なメンテナンスが必要です:
定期的な潤滑が必要です（シリコーングリースが寿命を延ばすことができます）、シールは2〜3年ごとに交換が必要です（動的シール用途に使用可能）
6.コスト分析
PTFE: 高い初期コスト（ゴムの3-5倍）、超低摩擦係数（0.05-0.1）、自己潤滑特性、高頻度スイッチ操作に適し、長寿命（化学環境で最大10年）。
ゴム: 潤滑剤に依存し、摩擦係数が高い（0.3-0.6）、摩耗しやすい。経済的な選択肢だが、頻繁な交換が必要（2-3年ごとのメンテナンス）。
7.規制の遵守
PTFE（RPTFEのような改良材料を含む）
パーフルオロ化合物の制限
EU REACH規制: PFOA（パーフルオロオクタン酸）の含有量を<25 ppbに制限（附属書XVII）
米国EPA: PFAS物質の排出報告要件（TSCAセクション8(a)(7)）
食品/製薬接触
FDA 21 CFR 177.1550: 食品グレードPTFEの移行試験基準
EU 10/2011: プラスチック食品接触材料の適合性
産業安全
OSHA 29 CFR 1910.1200: GHSラベル要件（粉塵の吸入リスク）
中国 GB/T 33061-2016: フッ素ポリマー廃棄物処理の基準
従来のゴム（EPDM/NBR/FKMなど）
有害物質管理
EU RoHS 2.0: フタル酸エステルの制限（例: DEHP <0.1%）
カリフォルニア州提案65: ニトロサミン発がん物質の警告ラベル
食品/医療の適合性
FDA 21 CFR 177.2600: ゴム食品接触材料の基準
USPクラスVI: 医療用ゴムの生体適合性認証
環境要件
EU ELV指令: 自動車用ゴムのリサイクル率≥85%
中国 GB 24429-2009: ゴム製品中の多環芳香族炭化水素（PAHs）の制限
8.産業用途
PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）シール
典型的な適用シナリオには、化学/石油化学産業（強酸およびアルカリパイプライン、塩素アルカリ産業）、高純度産業（半導体超純水システム、製薬GMPクリーンパイプライン）、エネルギーセクター（LNG低温バルブ（-196°Cの動作条件）、火力発電所の高温排ガスバッフル（≤260°C））、特殊な動作条件（高頻度の開閉制御バルブ（>100000回/年）、真空シール（航空宇宙部品））が含まれます。
通常のゴム（EPDM/NBR/FKM）シール
典型的な適用シナリオには、一般産業（上下水道処理、HVAC水システム）、流体輸送（石油パイプライン、食品グレードパイプライン（FDA認証EPDM））、移動機器（自動車冷却システム、油圧シリンダーシール）、迅速な修理シナリオ（パイプライン膨張継手、ポンプの入口および出口のソフト接続）が含まれます。
結論: バルブ工学における戦略的材料選択
バタフライバルブシート設計におけるPTFE対ゴムの議論は、最終的には多次元の最適化の課題に帰着します。PTFEは攻撃的な化学環境（-20°Cから260°Cの動作範囲）で優れ、敏感な産業に対するFDAの適合性を提供しますが、天然/合成ゴムのバリエーションは、その独自の弾性メモリを通じて低圧振動減衰アプリケーションでの優位性を維持します。
ライフサイクルカーボンフットプリント: NBRゴムの生分解性とPTFEの50年以上の耐用年数。
スマート製造のシナジー: PTFEの自動化設置システムとの互換性。
規制の進化: REACH SVHCの更新が合成ゴムの配合に影響を与える。
炭素充填PTFE（圧縮強度が30％向上）や過酸化物硬化EPDM（UV耐性が向上）などの最近の進展は、材料科学の動的な進化を示しています。最適な選択のために、優先順位をつけた意思決定マトリックスを実装します:
ライフサイクルカーボンフットプリント: NBRゴムの生分解性とPTFEの50年以上の耐用年数。
インテリジェント製造の協力: PTFEと自動化設置システムの互換性。
規制の進化: REACH SVHCの更新が合成ゴムの配合に影響を与える。
材料科学の最新の進展には、炭素充填PTFE（圧縮強度が30％向上）と過酸化物硬化EPDM（UV耐性が向上）が含まれます。最適な選択を達成するために、優先順位をつけた意思決定マトリックスを実装します:
1. 媒体の主な特性、例えばpH値、すなわち酸性度またはアルカリ度、および研磨剤の存在。
総コストの計算には、シート交換のためのダウンタイムを含める必要があります。
3. API 609およびEN 593などの業界認証基準に準拠しているか。
