代替フロン用材料 EPDM 材 H0880

代替フロン用材料EPDM材H0880
シールマーケティング開発本部

シール開発グループ

圖師浩文

バルカー技術誌

Conventionally, HNBR has been used as freon refrigerant based on the perspective of oil resistance, lowcompression set, and blister resistance. However, the adoption of the Montreal Protocol has made R12, which are causes of ozone depletion, restricted（chlorofluorocarbon）and R22（hydrochlorofluorocarbon）
materials. Recently, R134a（hydrofluorocarbon）, which has an ozone depletion potential of zero, is being used
as an alternative CFCs. Accordingly, refrigerant oil has also been replaced by poly alkylene glycol（PAG）,
which gets its polarity from mineral oil, and it has become possible to use EPDM, which could not be used withmaterials like R12 and R22 in the past. This report presents a comparison of freon resistance of EPDM seal
H0880 with HNBR seal B5680.

Winter 2013

Keywords:
HNBR, oil resistance, low compression set, blister resistance, R12, R22, R134a, alternative CFCs, PAG,
mineral oil, EPDM

No.24

1. はじめに環境問題が大きく取り上げられるなか、R12（クロロフルオロカーボンCFC）
やR22（ハイドロクロロフルオロカーボンHCFC）
は、分子中に含まれる塩素原子が、成層圏内で紫外線により分解され、更にその塩素原子が触媒となってオゾン層を破壊する原因となるとされている。この問題を解決するため、モントリオール議定書が採択され、2020 年までにR12、R22を全廃することが求められている。

Figure1 ブリスタが発生したOリング

従来、R12、R22といったフロンは、鉱油を潤滑剤として混

現在では、代替フロンとしてオゾン破壊係数（ODP）が“ゼ合して主にカーエアコン用冷媒として使用されてきた。この混ロ”
で、地球温暖化係数（GWP）
もR12、R22より低く、分子中合冷媒に用いるゴム材料には、耐油性、低圧縮永久歪性、に塩 素 原 子を含まないR134a（ハイドロフルオロカーボン

耐ブリスタ性（ブリスタとは、高圧ガス雰囲気下でゴム材料をHFC）が主流になっている。R134aの基本特性を、R12、R22

曝露した後に、減圧するとゴムの表面に発生する中空の膨れと併せてTable1に示す。

やクラックのことをいう。Figure1 参 照１））という観 点から、冷凍機油としてR12、R22に混合して使用されてきた鉱油

HNBRが使用されてきた。しかし、HNBRにはコストの面で課は極性を持たず、極性を有するR134aとは相溶性が低く、二題が残されていた。

層分離するため、潤滑性が不足して使用することができなくなった。また、カーエアコンに用いられる冷凍機は、エンジン

11

製品の紹介２- ３）耐ブリスタ特性

Table1 フロンの基本特性比較２）
CFC
HCFC
HFC
R12R22
R134a
CCl2F2CHClF2C2H2F4
化学式75−71−8 75−45−6 811−97−2
CAS No.
12186102
分子量−30−41−26
沸点（℃）
10.0550
オゾン破壊係数（ODP）
18101430
地球温暖化係数（GWP） 10900

タ現象は、シール材が圧力変動の大きな環境で流体と接触すルームの近傍や、夏期の路上など高い温度環境での使用や耐熱特性の指標には、圧縮永久歪試験（JISK6262 準拠）

高い冷凍機能力など、他の冷凍機に比べ高い機能が要求さを用いて評価を実施した。ゴム材料は圧縮された状態では、れている。そのため、カーエアコンで使用されるR134a 冷凍弾性が失われて歪みが生じる。この歪みを測定することを圧圧力容器中で、R134a-PAG 混合冷媒に試料を浸漬させ、熱処理後の試料へのブリスタ現象の有無を確認した。ブリスると発生し、シール性を失う要因の一つとなる。
２- ４）耐熱特性（低圧縮永久歪特性）

縮永久歪試験という。圧縮永久歪率は数値が小さいほど耐熱性が高い材料と判断され、その数値が80%到達時をシーれている。

ル限界としている。

冷凍機油がPAGになったことで、HNBRだけでなくEPDM

バルカー技術誌

機油は、より厳しい環境でも使用できるよう、極性を有しR134aと相溶性の高いポリアルキレングリコール（PAG）が広く使用さこれらの評価結果について、次章より述べていく。

3）

も適応が可能となるという報告 もあり、今回はEPDMについてR134a、PAG への耐性評価を行った。その結果、当社
EPDM材H0880が従来推奨HNBR材B5680より優れた耐性を持つことが確認されたので本報にて、代替フロン用材料とし

３- １）機械的特性機械的特性の結果をTable2に示す。H0880は、B5680とほぼ同等の機械的強度を示した。

2. フロン用ゴム材料に求められる特性
R134a、及び R134a-PAG 混合冷媒用ゴムに求められる特性を、下記に示す。
２- １）従来品 HNBR 同等の機械的強度高圧下での使用に耐えることができる機械的強度（引張強さ、伸び、100%引張応力など）が必要になる。

Table2材料の基本特性

評価項目

単位

H0880

硬さ_HA
引張強さ
伸び100%引張応力

ShoreA

78

B5680
78MPa

21.0

19.8%

190180MPa8.811No.24

３- ２）耐 R134a、及び耐 PAG 特性
浸漬による物性変化をTable3に示す。浸漬時間とR134a、PAG 混合比の物性に与える影響について以下に述べる。

２- ２）耐 R134a、及び耐 PAG 特性
R134a、PAG 及び R134a-PAG 混合冷媒への浸漬試験（JISK6258に準拠）を実施し、H0880 及び B5680に与える影

３－２－１）浸漬時間

R134a 及び R134a-PAG 混合冷媒への浸漬試験前後の硬さ変化、体積変化率の経時変化をFigure2、3に示す。

響を調査した。浸漬液と評価試料の極性が同じであれば、両者の親和性が高く、各評価項目へ大きな影響を及ぼす。それぞれの浸漬液での浸漬前後での物性変化率が大きいということは、極性が同じで親和性が高く、その浸漬液への耐性が小さいということを意味している。
また、今回の評価では、R134a、R134a-PAG 混合冷媒の浸漬試験は、揮発性の高いR134aを使用するため、圧力容器を使用して実施した。
本報では、冷凍機油PAG単体での浸漬試験を実施しているが、通常はPAG 単体で使用されることはなく、R134aと任意の混合比率で混合され使用されている。
Figure2

Winter 2013て優れた特性を有するH0880をB5680と比較して紹介する。

3. 評価結果硬さ変化の経時変化
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代替フロン用材料 EPDM 材 H0880

Table3

浸漬試験結果

R134a

バルカー技術誌

評価項目
70℃ｘ72h
硬さ変化
引張強さ変化率
伸び変化率
100%引張応力変化率
体積変化率
70℃ｘ168h
硬さ変化
引張強さ変化率
伸び変化率
100%引張応力変化率
体積変化率
70℃ｘ336h
硬さ変化
引張強さ変化率
伸び変化率
100%引張応力変化率
体積変化率

単位

H0880

PAG

B5680

H0880

B5680

R134a-PAG（50w/50w%）
H0880
B5680

―−3−7−1−1−3−4%−12−32−24−7−29%−3−30030−20%−9−12−82−6−10%

2.8

12.6

0.50.3

1.7

5.8―−3−8−2−3−3−4%−14−36−32−9−31%−5−32−3−3−1−20%−9−13−62−7−11%

3.1

12.7

0.2

0.3

1.9

6―

−3−9−1−1−3−5%−20−38−31−12−32%−9−360−10−5−20%−11−13−64−10−11%

3.0

13.2

−0.3

−0.1

1.8

6.3

Winter 2013
No.24
Figure3

体積変化率の経時変化

Figure4

R134a 混合比率の硬さ変化への影響

Figure5R134a 混合比率の体積変化率への影響

硬さ変化、体積変化率について、H0880、B5680ともに浸漬初期での変化率が大きく、以降は大きく変化はしなかった。
また、変化量については、H0880がB5680より小さく浸漬液の影響が小さいことが確認された。
PAG への浸漬はH0880、B5680ともに、物性変化率が小さく、経時的な変化もほぼ認められなかった。
３－２－２）R134a 混合比率

R134a 混合比率の違い（R134a 比率：0%、50%、100%）が硬さ変化、体積変化率におよぼす影響をFigure4、5に336 時間浸漬試験後のデータで示した。
H0880、B5680ともに、硬さ変化は軟化傾向を、体積変は、R134aの混合比率が大きくなるにつれて、膨潤傾向が大化率は膨潤傾向を示した。また、R134a=0%（PAG 単体）

きくなり、軟化が進行していった。よって、硬さ変化、体積変では硬さ変化、体積変化率が小さかった。

化率はR134a 混合比率にも依存していることが確認できた。

H0880は、R134aの混合比率が増加しても、硬さ変化はこれらの評価結果より、R134aやPAGといった極性を有す確認されず、体積の膨潤傾向は小さかった。しかし、B5680

る物質には、非極性のEPDM 材 H0880 が、各種評価項目

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製品の紹介の変化も小さく、極性を持つHNBR 材 B5680よりも優れていH0880：20,870 時間
B5680：9,570 時間

ることが考えられる。

これらの結果より、H0880は、150℃環境下での圧縮永久３- ３）耐ブリスタ特性

歪率 80%到達持間が 2 倍以上になることが推察され、長寿R134a-PAG 混合液に70℃×72 時間浸漬し、150℃×1 時命化やシールの信頼性の向上が期待できる。

間熱処理後のH0880とB5680の浸漬試料の表面を観察した。耐ブリスタ性の結果をFigure6に示す。H0880、B5680
ともに表面状態の変化はなく、Figure1に見られるようなブリスタは確認されなかった。高硬度、高100%引張応力特性が耐４）4. まとめ代替フロンR134a、冷凍機油 PAG 単体、及び R134a-

ブリスタ性に有効な要因である ことから、H0880、B5680とPAG 混合冷媒のような極性を有する浸漬液への耐性は、従もに浸漬試験後においても、十分な機械的強度を有してお来の極性を有するHNBR材B5680より、非極性のEPDM材

り、ブリスタが発生しにくい材料であると考えられる。

H0880 がより高いことが確認できた。更に、当社 H0880は耐も期待できる。
また、ゴム材質をHNBRからEPDMへ変更することにより、材料コストの低減にも貢献できる。

5. おわりに書や、京都議定書による規制効果によるものと思われる。まFigure6

熱処理後試験片３- ４）耐熱特性（圧縮永久歪特性）

た、 現 在 では、ODP が“ ゼロ”に 加 え、GWPも小さな
HFO1234yf、HFO1234ze（ハイドロフルオロオレフィンHFO）のようなより環境負荷の小さい冷媒や、CO2 のような自然冷媒圧縮永久歪試験の結果をFigure7に示す。
H0880、B5680の実用化への検討も行われている。当社でも、環境負荷のともに評価時間が長くなるにつれて、圧縮永久歪率が大きく小さい冷媒、自然冷媒へも適用できるようなゴム材料の開発なっていくことが確認された。また、評価時間が長くなっても、及び評価を実施していく所存である。

H0880はB5680より圧縮永久歪率が小さかった。
評価結果より圧縮永久歪率が80%に到達する時間を算出した。

6. 参考文献
１）社団法人日本フルードパワー工業会、シールの用語集、JFPS

1017（2007）２）
日本フルオロカーボン協会、データベース 環境安全デー
タ一覧（2012）３）秋葉光雄監修、ゴム・エラストマーの選定・応用とトラブル対策、504（2009）４）SHADE W N，LEGG D W，Pap Am Soc Mech Eng，
page 7P（1987）５）朝日新聞デジタル、2012 年 9月16日

Figure7Winter 2013世界気象機関より、南極のオゾンホールに回復の兆しが見られるとの報告がなされている５）。これは、モントリオール議定

バルカー技術誌

熱性も優れていることから、より厳しい使用環境下での使用150℃における圧縮永久歪試験結果
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