フッ素ゴム（FKM）の発注で指定すること——Type と加硫方式、アミン・アルカリ・蒸気・低温の注意

JIS では「ふっ素ゴム」と書くが、この記事では検索で使われることの多い「フッ素ゴム」と書く。扱うのは O リング・オイルシール・ガスケット・ホースなど、工業用の部品材料としての FKM である。発注する側が、発注書と仕様書に何を書き、受け取るときに何を確かめるかに絞る。

FKM・FEPM・FFKM：まず三つを区別する

原料ゴムの略号を決める JIS K 6397 は、フッ素を含むゴムを三つの略号に分けている。FKM は「フルオロ及びパーフルオロアルキル又はパーフルオロアルコキシ基を側鎖にもつゴム状共重合体」、FEPM は「四ふっ化エチレンとプロピレンとのゴム状共重合体」、FFKM は「すべての側鎖がフルオロ及びパーフルオロアルキル又はパーフルオロアルコキシ基であるゴム状共重合体」である^[1]。いずれも主鎖が飽和した M グループに入る^[1]。

日本ゴム協会誌の総説（2020 年）は、現在市販されているフッ素ゴムを大きく三つに分け、フッ化ビニリデン－ヘキサフルオロプロピレン系の FKM、テトラフルオロエチレン－プロピレン系の FEPM、テトラフルオロエチレン－パーフルオロビニルエーテル系の FFKM としている^[4]。同じ総説は、フッ素ゴムが二重結合を含まないゴムで、耐熱性は 200 ℃以上あり、シール材・ホース材・電線被覆材として化学工業、半導体製造装置、自動車、航空機などで使われていると書いている^[4]。

購買で起きやすい取り違えは、「フッ素ゴム」とだけ書かれた依頼を FKM の標準品で手配し、実は FEPM や FFKM が必要な条件だった、というものである。三つは性質が違うので、略号から書く。

FKM の中にも Type がある

同じ総説は、FKM を構成モノマーによって Type 1〜5 に分け、次のように説明している^[4]。

表は総説の本文と表から書き写したものである^[4]。1985 年の解説も、フッ化ビニリデン系が全使用の 85% 以上を占めるといわれ、一般に高フッ素含有率のポリマーのほうが耐油・耐化学薬品性はよいが低温性は逆になる、と書いている^[5]。耐薬品を強めるほど寒さに弱くなる、という関係は FKM でも同じである。

図面や依頼に「FKM」とだけ書かれていたら、それは多くの場合 Type 1 の標準品を想定している。アミン・アルカリ・蒸気・低温のどれかに触れる条件があるなら、Type を書くか、少なくともその条件を仕入先に伝える。

使える液・使えない液：材料選定指針の表

O リングのゴム材料の選定指針 JIS B 2410 の表 2 から、FKM（70 IRHD・80 IRHD）の行を抜き出すと次のとおりである^[3]。

数字は一応の目安で、上限を超えれば寿命が短くなると予想され、攻撃性の強い作動油では上限を下げる必要がある、と注に書かれている^[3]。NBR では NG だったりん酸エステル系の作動油に FKM は使える一方、水グリコール系とブレーキ油には適さない^[3]。FKM を「NBR の上位互換」と考えて一律に置き換えると、この二つで外れる。ブレーキ油（グリコール系）の系統は EPDM の領域である。

FKM を使ってはいけない所・注意する所

1. 高濃度のアルカリ・アミン
2020 年の総説は、VdF の水素が正の電荷を帯びているため、塩基（特にアミン）がある環境では脱フッ化水素の反応が起きやすく、ポリマーに二重結合が生じる、と説明している。そのうえで、VdF を含む構造は高濃度のアルカリ・アミン環境下での使用には適さないとし、そうした用途で FEPM が使われていると書いている^[4]。アミン系の添加剤を含む油についても、1985 年の解説が、エンジンオイルの添加剤（アミン系老化防止剤など）がフッ素ゴムを劣化させることが問題視されていると書いている^[5]。アルカリ洗浄液、アミンを含む薬液、添加剤の多い油に触れる箇所では、標準の FKM で済ませない。

2. 蒸気・熱水
同じ 1985 年の解説は、2 元系の FKM では配合でやや寿命を延ばせても耐スチーム・熱水の要求性能を満たしているとは言えず、3 元系の過酸化物加硫系が最も長期の耐久性を示す、と書いている^[5]。指針の表でも、水／蒸気の目安は 100 ℃で、空気の 200 ℃より大きく下がる^[3]。

3. 低温
総説は、フッ素ゴムのガラス転移温度がほかのゴムに比べて高く、一般的に低温領域での使用に制限があると書いている^[4]。指針の低温使用限界温度の目安は －15 ℃で^[3]、O リングの JIS の附属書（参考）では FKM-70 の低温弾性回復 TR10 の上限が －10 ℃である^[2]。冬の屋外、冷凍設備の近くでは、低温を改良した Type を検討する。

4. メタノールを含む燃料
1985 年の解説は、メタノール混合ガソリンでは通常のフッ素ゴムの体積膨潤が大きく、フッ素含有率の最も高い 3 元系の過酸化物加硫のものが大きく改善されている、と書いている^[5]。燃料の組成は必ず伝える。

FEPM にも弱点がある。1985 年の別の解説は、テトラフルオロエチレン－プロピレン系のゴムは極性溶媒によい抵抗性を示すが、ガソリンやオイルを含めた非極性の溶媒に対する膨潤が大きく、フッ化ビニリデン系とは傾向が異なる、と書いている^[6]。アミンに強いからといって、油の系統に FEPM を入れてよいとは限らない。

加硫の方式で、耐薬品と耐熱の順位が入れ替わる

FKM は加硫（架橋）の方式でも性質が変わる。1985 年の解説は、主な方式としてポリアミン加硫・ポリオール加硫・パーオキサイド（過酸化物）加硫の 3 種を挙げ、耐化学薬品や耐スチーム性ではパーオキサイド加硫＞ポリオール加硫＞ポリアミン加硫、耐熱性ではポリオール加硫が最もよく、ポリアミン、パーオキサイドの順になる、と書いている^[5]。2000 年の配合の解説も、耐水性や耐酸性が求められるものにはパーオキサイド系の FKM が望ましいとし、受酸剤を配合しないパーオキサイド加硫系 FKM が濃塩酸・濃硝酸・濃硫酸・アンモニア水・スチームに対して優れた耐久性を示した比較を載せている^[7]。

つまり、高温の空気中で使う部品と、蒸気や酸に触れる部品とでは、望ましい加硫方式が違う。発注では、どちらの条件かを書き、必要なら加硫方式を指定する。最も多く使われる Type 1 にはポリオール架橋系のグレードが多い^[4]ので、何も書かなければその種の標準品が来る可能性が高い、と考えておく（これは当方の見立てで、規格や総説の記述ではない）。

耐熱の目安と、O リングの JIS の試験条件

1985 年の解説は、フッ素ゴムが 200〜230 ℃の高温下でも長期に安定で、一時的には 300 ℃の使用に耐えると書いている^[5]。ただし同じ解説は、耐熱性の要求は単独で存在することはほとんどなく、ほかの耐久性との複合で求められ、フッ素ゴムの場合はほかの要素のほうが寿命に関係することが大きい、とも書いている^[5]。温度だけで判断せず、液・蒸気・低温の条件と組み合わせて考える。

JIS B 2401-1 の附属書 JD（参考）では、FKM-70 と FKM-90 の耐油試験は 175 ℃・72 時間で、潤滑油 No.3 での体積変化率は －5〜＋5% とされている^[2]。同じ附属書で NBR-70-1 の試験は 120 ℃で 0〜＋20% であり^[2]、FKM が高い温度でも膨潤の小さい材料として扱われていることが分かる。O リングの識別コードと外観の等級はO リングとガスケットの発注、オイルシールでの材料の指定はオイルシール JIS B 2402 の発注で扱った。

発注書と仕様書に書くこと

ここからは規格の要求ではなく、発注する側としての提案である。

1. 略号と Type
FKM か FEPM か FFKM か。FKM なら Type、または少なくとも「低温改良」「耐アミン」などの要求。

2. 接する液と添加剤
油の銘柄、アミン系の添加剤の有無、アルカリ洗浄の有無、燃料の組成。

3. 蒸気・熱水と最低温度
蒸気・熱水に触れるか、使う最低温度。

4. 加硫方式
蒸気・酸に触れるなら過酸化物加硫を求めるか、仕入先の回答を記録する^[5][7]。

5. 耐液性の確認
実際の液での浸せき試験を JIS K 6258 で求める。この規格は、高温では酸化・液の揮発や分解・液中の添加剤による劣化が大きく増えるため試験温度の選択が非常に重要だとし、実際の液で使用条件を再現するときは、使用温度と同じか少し高い温度を選ぶとしている^[8]。

6. 配合変更の連絡
Type・加硫方式・配合を変えるときは事前に知らせてもらう。配合の指定のしかたの一般論はゴム部品の材質と硬さの指定を参照してほしい。

受け入れるときに確かめること

FKM の部品は高価なので、標準品と改良品の取り違えが金額の面でも問題になる。成績書と現品表示で、略号と Type、加硫方式が注文どおりかを見る。浸せき試験の結果は、試験液が実際の液か、温度と時間が取り決めどおりか、体積変化率が 3 個の試験片の中央値で示されているかを確かめる^[8]。アミンや蒸気の条件がある用途では、標準の試験油の結果だけで判断しない。

注文書の書き方の例

決まった様式はない。発注側として書いておきたい内容を一つの例にまとめる。

「材質：耐アミン・耐アルカリのフッ素ゴム（FKM の Type 4・Type 5 を候補とし、FEPM を挙げる場合は油での膨潤と低温性を実油の浸せきと低温の確認で確かめることを前提に、使用条件を示して仕入先と協議のうえ決定）、タイプ A デュロメータ硬さ A70。使用流体：エンジン油（アミン系添加剤を含む）、最高 140 ℃、最低 －10 ℃。運転停止時に洗浄用のアルカリ水溶液に触れる。候補材料について、実使用の油と洗浄液による浸せき試験（JIS K 6258）の結果を初回に提出すること。Type・加硫方式・配合の変更は事前に連絡し承認を得ること。」

よくある質問

NBR で寿命が短いので FKM に替えれば解決しますか

熱と油が原因なら改善することが多いが、FKM は水グリコール系作動油とブレーキ油に適さず、低温の目安も －15 ℃で NBR の －30 ℃より高い^[3]。原因と使用条件を確かめてから替える。

FKM と FFKM はどう違いますか

FFKM はすべての側鎖がフルオロ基などからなる、いわゆるパーフルオロのゴムで^[1]、1985 年の解説はその耐油・耐溶剤性を完璧に近いと書いている^[6]。価格も含めて別の材料として扱い、図面と発注書で略号を書き分ける。

アミンを含む薬液にはどれを選べばよいですか

VdF を含む構造は高濃度のアルカリ・アミン環境下での使用に適さず、そうした用途で FEPM が使われている、と総説は書いている^[4]。ただし FEPM は非極性の油やガソリンで膨潤が大きい^[6]。液の組成を示して仕入先と決め、実液で確かめる。

まとめ

フッ素ゴムは、FKM・FEPM・FFKM の三つに分かれ、FKM の中にも Type 1〜5 がある。耐熱・耐油に優れるが、フッ化ビニリデンを主体とする標準の FKM は高濃度のアルカリ・アミンに適さず（Type 4・5 は改良グレード）、水グリコール系作動油とブレーキ油にも適さない。蒸気・熱水と低温にも制約がある。耐薬品と耐熱は加硫方式で順位が入れ替わるので、条件に応じて方式を指定する。発注書には略号と Type、接する液と添加剤、蒸気と最低温度、加硫方式を書き、実際の液での浸せき試験と、配合変更の連絡を取り決めておく。

同じ束では、NBR、EPDM、スポンジゴム、フッ素樹脂の PVDF の発注も扱う。フッ素樹脂の PTFE はPTFE 部品の発注を参照してほしい。

出典・参考資料

1. JIS K 6397:2005 原料ゴム及びラテックスの略号（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2005 年 12 月 20 日改正・2025 年 6 月 20 日確認）
2. JIS B 2401-1:2012 O リング－第 1 部：O リング（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2012 年 3 月 21 日制定・2026 年 6 月 22 日確認）
3. JIS B 2410:2005 O リング－ゴム材料の選定指針（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2005 年 3 月 20 日制定・2024 年 10 月 21 日確認）
4. 安田智子・シメオンフリッツ「フッ素ゴムの特徴と最近の開発動向と用途」日本ゴム協会誌 93 巻 6 号（日本ゴム協会／2020 年）
5. 大久保弘史「ゴム材料の環境劣化と対策（1）フッ素ゴム」日本ゴム協会誌 58 巻 12 号（日本ゴム協会／1985 年）
6. 河内正治「耐油性ゴムの特性と配合設計（フッ素ゴム）」日本ゴム協会誌 58 巻 3 号（日本ゴム協会／1985 年）
7. 徳平勝貞「フッ素ゴムの配合」日本ゴム協会誌 73 巻 6 号（日本ゴム協会／2000 年）
8. JIS K 6258:2016 加硫ゴム及び熱可塑性ゴム－耐液性の求め方（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2016 年 8 月 22 日改正・2021 年 10 月 20 日確認）

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