耐放射線性エラストマー製品の展開
高機能EPDM H3070 H0880
1. はじめに

上記より、本報ではEPDMの各種評価を実施し、EPDMの各種健全性を確認する。
なお、流体として、高温蒸気の他、水素シール２）を考慮し、り、様々な部位、分野において、高いレベルでの安全性向水素透過性も確認する。原子力設備のハード面から考える上に向けての開発、改善が行われている。原子力規制委員と、決して高圧環境になることはなく、EPDMの水素シール会により制定された新基準は、原子力設備のハード的な改は、低圧環境であれば、特別なシール技術を必要としないた

善にとどまらず、ソフト面においても深化しており、現在考えめ、当該用途にあえて高圧水素対策されたシール材を設定得る出来る限りの視点で検証が進められている。

することは不要である。
当該用途に限定せず、高圧水素シールを必要とする可能

ら、シール材の耐性についても、重要視されており、シール性を検証すると、周知されている用途として燃料電池シール材メーカーにて各種評価を実施している。シール材に求めらが挙げられる。70MPa ３）を超えるシール性を要求される環境れる特性として現在最も必要なのは、特定の環境においてであり、通常のEPDMでは非常に厳しい性能が必要とされのみ発現される優位性では無く、様々な条件において対応る。本報では、EPDMの高圧水素用途への可能性検証もすることが可能な、非常に幅広い使用範囲を持つシール材含めて高圧水素暴露評価も実施することとする。

Winter 2016

当然、放射性物質の閉じ込め機能の強化といった観点か

バルカー技術誌

原子力設備の安全性を向上させる取り組みが進んでおの提供である。
例えば FKMに関しては、耐熱、耐油に関しては非常に優れているものの、汎用グレードにおいては、耐アルカリ性や、耐蒸気性において、決して高い能力を有しているわけではな

2. 評価内容

No.30

２-1）評価試料

い。耐アルカリ性や、耐蒸気性に耐性のあるグレードの場合

評価試料に関しては、通常のEPDMの使用領域においにおいても、低温域でのシール性能に不十分であり、また、て、幅広い実績があり、かつ、原子力関連製品としても使用高線量のγ線１）に対しても十分な耐性を有しているとは言えな実績のある汎用 EPDM 当社材料番号 H0970を基準材料とい。シリコーンゴムに関しても同様であり、乾熱の環境におけして設定する。原子力関連用材料として当社が推奨する条る高温、低温特性は優れているが、高温蒸気や、ガス透過件として、①耐熱性に優れる、②高温蒸気性に優れる、③性といった点では、万能な材料というわけにはいかない。

耐放射線性に優れる、④破損し難い、ことを最低条件とす

原子力発電におけるシール環境を考えた場合、熱、蒸気、る。また、EPDMの使用環境を大きく超えた場合であっても、放射線性を考慮する必要がある。この点を考慮した材料選容易に崩壊等のシール異常を起こさない特性を有する必要定を行うと、選択肢は限られるが、中でもEPDMが有効な材がある。これらを満足する材料として、JIStypeA 硬度 70 度料として浮上する。EPDM 材は、炭化水素系油には膨潤す

品当社 材 料 番 号 H3070、及び 動 的 用途を考 慮したJIS

るものの、合成油系には耐性を有しており、また、膨潤する

typeA 硬度 80 度品当社材料番号 H0880を設定する。

場合においても決して溶解するわけではない。グリース使用

なお、下記評価を実施するにあたり、試料に各種線量のγ時においても、耐熱を必要とする環境で使用されるシリコーン線を照射し、未照射品との差異を確認する。照射条件はグリースや、ふっ素グリースに対して高い耐性を有している。

Table1に示す。

総合的に考えると、原子力用途にEPDMを使用することは、安全性の更なる向上に大きく寄与すると言える。
14耐放射線性エラストマー製品の展開

Co60

H0880

ダメージを起こすことが確認されている。本報では、95MPa

放射線量

線量率 10kGy/h

H3070

ターと呼ばれる発泡現象を発生し、試料のシール性に対してTable1 γ線照射条件
照射条件

高機能 EPDM

100kGy 500kGy 800kGy

左記 3 条件

昇圧 7 分の高圧水素環境にて製品を20 分保持し、0.1MPa（大気圧）までの急減圧を20 秒にて実施するサイクルを、10２-2）評価方法

サイクル実施し、製品のブリスターの発生状態を確認し、健２- ２-1）圧縮永久ひずみ試験全性を判断するものである。

試料の健全性を確認するためには、シール健全性の指標

なお、当該環境にてブリスターが発生しない可能性も考慮である各種環境における圧縮永久ひずみ試験を実施する。

し、窒素環境にて製品を30MPa から0.1MPaまでの急減圧測定方法はJISK6262：2013「加硫ゴム及び熱可塑性ゴを1 秒、0.1MPa から30MPaまでの急加圧を1 秒にて実施すム−常温、高温及び低温における圧縮永久ひずみの求めるサイクルを、85℃環境で100サイクル実施する。

バルカー技術誌方」に準拠する。試料形状は、JIS 大型試験片（直径φ対象としては、高硬度品であり、高圧に対して優れた耐性29mm、厚さ12.5mm 円柱状試験片）を使用し、圧縮率はを有しているH0880 材（未照射）を使用する。比較対象とし25％と設定する。ては、同様に高硬度でブリスターの発生リスクが低いH0190

シール寿命に関しては、一般的に用いられている圧縮永（未照射、JIStypeA 硬度 90 度）を用いて差異を確認する。

４）

久ひずみ率 80％以下 を採用する。安全率をかけた上での値であるため、静的用途はもちろんのこと、動的用途であっても80％到達、即漏洩を起こすことはないため、余裕をもっ3. 試験結果及び考察
3-1）圧縮永久ひずみ試験 結果た値であることは御理解頂きたい。

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評価環境に関しては、原子力環境を考慮し、評価試料に圧縮永久ひずみの結果として、各種材料のγ線照射量を各種線量のγ線を照射し、乾熱環境、飽和蒸気環境にて比 較した乾 熱 及び 飽 和 蒸 気 圧 縮 永 久ひずみグラフを

各種温度条件下の圧縮永久ひずみを行う。飽和蒸気環境

Figure1～8に示す。

においては、飽和蒸気圧を維持するため、耐圧容器中にて評価を実施する。

また800kGｙ照射品の温度別乾熱及び飽和蒸気圧縮永久ひずみグラフをFigure9～12に示す。

圧縮永久ひずみ試験環境を以下に示す。

No.30

Table2

圧縮永久ひずみ試験条件

試験環境

試験温度

試験時間

空気中200℃、225℃、250℃

24h、72h、168h

飽和蒸気

200℃、225℃、250℃

24h、72h、168h

注：空気中、飽和蒸気試料は未照射及び各種γ線照射品

3-1-1）各種材料のγ線による影響

各材料ともに、乾熱、飽和蒸気両環境において、シール健全性を維持する良好な値を示しているが、未照射品同士の比較を行った場合、明らかに基準材料であるH0970 材の値が劣っていることが確認できる。また、乾熱、飽和蒸気のグラフの共通傾向として、H3070とH0880（特にH3070)は比２-2-2）水素透過係数

較的γ線照射量の違いによるグラフの傾きに大きな差異は確

測定方法はJISK6275-1：2009「加硫ゴム及び熱可塑性ゴ認されないものの、H0970には、γ線照射線量によりグラフのム‐ガス透過性の求め方‐第 1 部：差圧法」の圧力センサ法傾きが大きく変化していることが確認できる。結果的にγ線照に準拠する。試料の水素透過係数をγ線照射線量ごと射線量が増えるごとに圧縮永久ひずみ率が良化しているが、（Table1 参照）に測定し、γ線照射線量による水素透過係数

これはγ線による主鎖の切断、再結合が顕著に生じており、への影響を確認する。試料はH3070 材を用い、未照射品を架橋密度が上昇したためと推測される。

ベースとして、各種γ線照射品との水素透過係数の差異を確認する。
２-2-3）高圧水素暴露試験

EPDMの燃料電池市場への展開を考慮し、高圧水素暴露試験を実施する。
根本的に水素に限らず、高圧からの急減圧時にはブリス
15

製品の紹介Figure5 H3070材γ線照射量別飽和蒸気200℃圧縮永久ひずみ比較

Figure2 H0970 材γ線照射量別乾熱 200℃圧縮永久ひずみ比較

Figure6 H0970材γ線照射量別飽和蒸気200℃圧縮永久ひずみ比較

バルカー技術誌

Figure1 H3070 材γ線照射量別乾熱 200℃圧縮永久ひずみ比較

Winter 2016
No.30

Figure3 H0880 材γ線照射量別乾熱 200℃圧縮永久ひずみ比較

Figure4

各種材量未照射乾熱 200℃圧縮永久ひずみ比較

Figure7 H0880材γ線照射量別飽和蒸気200℃圧縮永久ひずみ比較

Figure8

各種材量未照射飽和蒸気 200℃圧縮永久ひずみ比較
16耐放射線性エラストマー製品の展開

高機能 EPDM

H3070

H0880

シール材として考えた場合、圧縮永久ひずみ率が良化すい環境になっており、圧縮永久ひずみ率の変化が緩やかにることは好ましいものの、あくまで結果論であり、それ以外のなっていると考えられる。よって、当該評価は、純粋に飽和特性面で劣化変化している可能性も考えられる。未処理品

蒸気と熱による影響を確認していることになるが、現在まで、と比べれば、「変化≒劣化」であり、γ線に対して変化しやす

飽和蒸気によると考えられるH3070 及び H0880 材への悪影い傾向が確認されていることになり、好ましい傾向ではない。

響は、特に確認されていない。

そのため、H3070 及び H0880はγ線照射量による、圧縮永

上記圧縮永久ひずみの結果より、H3070 及び H0880 材

久ひずみ率への影響は少なく、EPDM中でもγ線に対して安は、一般的なEPDMの耐熱温度を大きく上回っており、当該定した耐性を有していると考えられる。

評価温度及び評価時間内の乾熱、飽和蒸気環境においては十分な耐性を有していると考えられる。

３-1-2）
γ線照射品の温度依存性

800kGy 照射されたH3070、H0880の温度依存性に関しては、最も条件の厳しい乾熱 250℃ 168 時間の段階でも、圧バルカー技術誌

縮永久ひずみ率としては、両材料共に30％であり、乾熱200℃ 168 時間の22％（800kGyH3070）に比べて極端に悪くなっているわけではないことが確認できる。

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Figure11No.30

Figure9H0880 材 800kGy 乾熱温度別圧縮永久ひずみ比較

H3070 材 800kGy 乾熱温度別圧縮永久ひずみ比較

Figure12 H0880 材 800kGy 飽和蒸気温度別圧縮永久ひずみ比較

３-2）水素透過係数
H3070 材の水素透過係数の照射線量別グラフをFigure13に示す。

Figure10 H3070 材 800kGy 飽和蒸気温度別圧縮永久ひずみ比較

また、飽和蒸気環境においては、最も条件の厳しい250℃168 時間の圧縮永久ひずみ率 22％（800kGyH3070）に対し、200℃ 168 時間の圧縮永久ひずみは16％（800kGyH3070）と近似しており、乾熱環境に比べ、飽和蒸気の劣化傾向が緩やかになっていることが確認される。理由として、飽和蒸気環境の評価は、圧力容器中で行われており、酸素の絶対量が、乾熱環境に比べ圧倒的に少なく、酸化劣化されにく
17

Figure13

H3070 材γ線照射量別水素透過係数比較

製品の紹介

未照射品の水素透過係数は9.6×10−９mol・m/（m2・s・MPa）であり、10−8 mol・m/（m2・s・MPa）未満の値を示している。γ線照射量別に比較した場合、全ての条件で未照射品と変わらない10−8mol・m/（m2・s・MPa）未満の値を示していることが確認できる。これらの値に関しては、誤差範疇であり、差異は無いと考えられるため、γ線照射量による水素透過係数に対する影響は非常に少ないと考えられる。これ
らはγ線による圧縮永久ひずみ率への影響の少なさと相通じるものであり、整合性は取れている。
３-3）高圧水素暴露試験

Figure16 H0190 材窒素暴露試験後Оリング表面

H0880 材及び比較用のH0190 材の高圧水素暴露試験の

バルカー技術誌

試料外観写真をFigure14～17に示す。
これらの評価は、特殊な耐圧容器中で行われ、高圧から非常に短時間で0.1MPaまで減圧されており、汎用品レベルのシール材では、上記した発泡現象を生じる可能性が高い。
しかしながら、今回の比較材料は高硬度であり、非常に応力も高く発泡し難いと考えられるH0190 材を用いており、予想通た。
Figure17 H0190 材窒素暴露試験後Оリング断面30MPaの窒素試験に関しては、水素試験とは異なり、

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り95MPa高圧水素暴露試験では、ブリスターが発生しなかっH0190 材表面及び断面にFigure16、17のようにブリスターが確認されている。水素試験とは異なり、高温下での評価であり、圧力は低いながらも加減圧が1 秒で行われていることから、材料への負荷は厳しいものになったと推測される。
H0880 材は当該環境においても一切のブリスターは発生しておらず、ガスの急速な加減圧に対し、非常に強い耐性を有していることが確認できる。
Figure14 H0880 材窒素暴露試験後Оリング表面

4. まとめ
上記のように、H3070 材及び H0880 材は、高いγ線照射量、広い温度帯、乾熱、飽和蒸気問わず使用可能と判断され、原子力設備の安全性の向上取り組みに寄与する可能性が高い材料と考えられる。同様にγ線の暴露環境として航空宇宙産業でのシール材としての可能性も考えられる。
また、H0880 材に関しては、それ以外にも水素、窒素などの高圧ガスに対しての耐性も確認されており、電磁弁などの動的なシールはもちろんのこと、原子力設備にとどまらず、燃料電池シール用途や、同様なブリスター現象に対する対策とFigure15 H0880 材窒素暴露試験後Оリング断面して高圧フロン用途に使用できる可能性が高い。
18No.30

耐放射線性エラストマー製品の展開

5. おわりに高機能 EPDM

H3070

H0880

6. 参考文献EPDM 材は、FKMやシリコーンゴムを除けば、それに追１）伊野 浩史 , “ 真空エラストマーの耐放射線性の調査 ”,随する耐熱性を有している。また、蒸気や、耐薬品性にお第 27 回リニアック技術研究会 , 7P-19, Aug.2002

いても、秀でており、材料としてのポテンシャルは非常に高い

２）
原子力規制委員会 , “ 実用発電原子炉及び核燃料施設と考えている。に係る新基準について”, 10.2015

昨今、原材料依存性が強くなる傾向が強い中、配合技術

３）高圧ガス保安協会，“70MPa 水素スタンド技術基準検討

により、更なる高みへと引き上げることが出来る材料であると委員会報告書 ” 2.2012

考えており、今後の可能性に関し、御意見、情報を頂けれ４）川村 敏夫，“ Оリングの寿命と信頼性 ”，バルカーレビュー，ば幸いである。

Vol.26，No.6，1982（Abstract）

バルカー技術誌

In nuclear power plant facilities, various efforts are going on to develop and improve safety higher in every parts and ﬁelds.
Sealing product manufacturer should take more steps to improve safety. In this report, performances of our EPDM byconsidering γ-ray resistance, compression set in the high temperature steam and hydrogen permeation were shown. It
was conﬁrmed that our EPDM has excellent radiation resistant, heat resistance and steam resistance. From those result,
our EPDM could contribute to further safety of nuclear power plant facilities.

Winter 2016

Keywords:
nuclear power, EPDM, γ-ray, compression set, high temperature, steam, hydrogen permeation, radiation（摘要）为了将核能设备的安全性提升到更高的水平，在各种场所、各种领域内正在进行研发和改善。作为密封件厂家，为了对提升
密封件的安全性尽一份力，本文对推荐用于核能设备的 EPDM的耐γ射线射线性、高温蒸汽中的压缩永久变形、氢透过性等No.30

进行了验证。结果显示，耐放射线性、耐热性、耐蒸汽性都非常优秀，EPDM对进一步提升安全性有很大的帮助。
关键词：
核能、EPDM、γ射线、高温、蒸汽、压缩永久变形、氢透过、放射线鈴木 憲
研究開発本部

19開発部