CN1070217C - 膨胀石墨制密封原材料及其制造方法以及密封用垫片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在改善膨胀石墨基材的主面的配合性的同时，还可增强对涂覆层的粘结强度并能提高密封性的膨胀石墨制密封原材料及其制法，以及使用该密封原材料的密封垫片。将膨胀石墨粒子1a加压使之相互整体化而形成的膨胀石墨基材11的主面11a侧的至少一部份上形成扩开的薄叶状石墨部12。可在具有薄叶状石墨部的膨胀石墨基材11的主面11a上浸渍PTFE之类的密封材料或形成涂覆层。可采用片状、加压成形品、纺织体、线状体、编织体等形态。

Description

膨胀石墨制密封原材料及其制造方法以及密封用垫片
本发明涉及例如填料垫、密封垫片、V形环以及阀门垫片等各种高温用密封材料，进而涉及轴承之类的滑动材料，或高温真空炉用的绝热材料等中使用的膨胀石墨制密封原材料及其制法以及密封用垫片。
作为各种高温用密封材料等，一般使用橡胶和聚四氟乙烯树脂(PTFE：Polytetrafluoroetylene：商品名：特氟隆)等，但最近对使用耐热性等方面优良的膨胀石墨的密封材料进行了许多研究，并在使用。
膨胀石墨，如图21所示，是将鳞片状的石墨粒子1a呈层叠状态的厚度为HO的酸处理石墨1A经过膨胀处理而获得，如图22所示，是由在上述石墨粒子1a的层叠方向(箭头a方向)扩展从而在石墨粒子1a的相互之间具有空隙G的厚度为H(5mm～10mm左右)的蛇腹状膨胀石墨结构体1组成。
作为使用上述这种膨胀石墨结构体1的物质，例如有密封垫片和密封模制成形品，或与纤维等复合的线状体，以及将它们编织而成的物品等。
例如，作为密封用垫片，已知有通过对上述膨胀石墨结构体1施以加压成形或滚轧成形进行加压，使图22中说明的那种展开的蛇腹状结构体1的空隙G消失，从而使石墨粒子1a之间再次密合，石墨粒子1a自已相互粘结构成像图23中所示的那种片状基材201，在该片状基材201的上下两面上，通过粘结剂各自粘结PTFE膜形成的叠层材料202,202的那种叠层加工品。
还已知有对膨胀石墨结构体中混入粘结剂的物质施以加压成形或滚轧加压成形通过加压而使其片状化的物品，或在膨胀石墨结构体形成的片状基材的主面上，用压纹轧机等局部形成凹凸之后，经叠层加工将箔片接合，并涂敷橡胶系的材料。
使用具有上述构成的以前的膨胀石墨制密封原材料制作的密封用垫片，其片状基材201仅仅是将膨胀石墨结构体1加压而成的物品，因此如图24所示，其基材201的主面侧的石墨粒子1a以高密度呈高取向状态，该部位的结晶面与主面大致平行地呈加压密合状态。
因此，以这种状态，其表面粘结性差，由PTFE膜构成的叠层材料202等用层叠加工接合的情况下，对于主面侧的高取向部位的膨胀石墨粒子1a1，图23示出的那种PTFE膜构成的叠层材料202和粘结剂很难浸入，因而叠层材料202和粘结剂层等很容易产生剥离。
而且，像上述那样仅仅对膨胀石墨结构体1加压，并不能克服原来膨胀石墨结构体1本身所具有的弱点，即气密性差(漏气)、强度弱、基材201的主面容易受损伤等弱点。
进一步，如果在接头法兰等中以挟着状态使用，则叠层材料202等固结在接头法兰面上，石墨粒子1a中所含的硫和氯等成分可能腐蚀与其相连接一侧的金属。
本发明是鉴于上述实际情况做出的发明
本发明的目的是提供一种能确保接触面的配合性等的膨胀石墨制密封原材料及其制造方法以及密封用垫片。
本发明的第二个目的是提供一种可防止固结在法兰面等上的膨胀石墨制密封原材料及其制造方法以及密封用垫片。
本发明的第三个目的是提供一种由膨胀石墨结构体构成的片状基材上层叠的衬里材料具有大的剥离强度的膨胀石墨制密封原材料及其制造方法以及密封用垫片。
本发明的第四个目的是提供一种还可防止对方侧金属腐蚀的膨胀石墨制密封材料及其制造方法以及密封用垫片。
为达到上述目的所做出的本发明的膨胀石墨制原材料，是在具备膨胀石墨基材的膨胀石墨片状原材料中，在膨胀石墨基材的主面侧的至少一部分上形成竖立而扩开的薄叶状石墨部而形成的，其中所说的膨胀石墨基材是将膨胀了的石墨粒子加压后相互间成形为一个整体形成的。本发明中包括，在具有扩开的薄叶状石墨部的上述基材的主面上，浸渍密封材料或形成涂敷层、涂覆粘结材料。本发明涉及的膨胀石墨制密封原材料中，其形态可以是片状、加压成形品、纺织体、线状体、编织体等各种形态。
按照如此构成的本发明膨胀石墨制密封原材料，是将膨胀了的石墨粒子加压相互整体化而形成的膨胀石墨基材的主面侧的一部分上，例如通过微喷射(ブロスト)加工，形成扩开的薄叶状石墨部，因而在主面部位中的膨胀石墨其高取向状态减少，因此可确保膨胀石墨基材的主面的配合性和粘接强度，同时还能提高粘着性、抑制主要的石墨的高取向状态从而提高主面配合性和粘接强度，显著提高密封性。
而且，密封材料的浸渍或形成涂覆层，或者涂布粘结剂的材料，通过上述喷射加工在主面上形成的薄叶状膨胀石墨粒子间的空隙中进入涂料和粘结剂，由于三维结合而使剥离强度增强，同时密封性进一步提高。而且也不会从涂覆层中露出膨胀石墨粒子，使用时还可有效地防止对方侧金属的腐蚀，还能提高脱模性。
进而，如果膨胀石墨制密封原材料的形态是片状，则可根据各种用途将它切断成适当大小。如果是上述密封原材料的加压成形品，则可方便地作成环状的密封填料和轴承。上述密封原材料的形态如果是线状体或编织体，则作为密封填料等在实装时容易进行尺寸调整。
本发明的膨胀石墨制密封原材料的制造方法，是将膨胀了的石墨粒子加压相互整体化而形成膨胀石墨基材后，在该膨胀石墨基材的主面侧中至少一部分上，使用微喷射加工、超声波照射、激光照射及等离子照射中至少一种，形成竖起后而扩开的薄叶状石墨部。
按照该制造方法，在片状膨胀石墨基材的主面的一部分上，使用微喷射加工，超声波照射、激光照射及等离子体照射的至少一种，形成上述薄叶状石墨部，因此可以在基材的主面上选择希望的薄叶状石墨部，并且能高效地形成。
本发明的密封用垫片，是将许多张上述膨胀石墨制密封原材料，通过设在其主面侧的粘结剂层压起来整体化而形成的。该情况下，也可在许多张密封原材料之间插入增强材料。
按照本发明，可以很容易地制作较厚的密封用垫片，而且还可获得弯曲强度和对实装时的紧固等的强度大的密封用垫片。
形成扩开的薄叶状石墨部的手段，并不局限于微喷射加工，但采用这种微喷射加工时，最好满足以下条件。
也就是，膨胀石墨，是商业化生产的，宽度方面(图22的箭头b方向)的尺寸为1mm以下，从这点考虑，作为上述喷射加工中使用的粒子，其粒径最好在1mm以下。如果考虑膨胀石墨粒子1a间的空隙G(图22)，喷射时，最好使用粒径为10～20μm的粒子。作为喷射加工时的粒子，可列举SiC、玻璃小珠、铁粉、核桃(ヤルミ)粉、塑料小珠等。
作为涂料，PTFE是适宜的，除这种PTFE外，还有环氧树脂、酚醛树脂、尼龙及聚乙烯等各种合成树脂、或者硅和氟等的各种油等高粘度体，对主面配合性的改善是有利的。
作为用于浸渍的密封材料，可以是在甲基·乙基酮(MEK：Methyle thyltetone)中分散有各种橡胶和石墨的橡胶溶剂。
作为橡胶，有丁腈橡胶(NBR:Nitrile-butadiene rubber)、氯丁橡胶(CR:Chloroprene rubber)、硅橡胶(Silicon rubber)、合成橡胶(EPDM：Etylene-Propylene-diene-methylene rubber)、天然橡胶、苯乙烯橡胶等。这些橡胶也可作为涂覆材料使用。
还可以将云母、滑石及鳞片状石墨等层状矿物，钛酸钾、海泡石及硅灰石等的纤维状无机物，进而，滑石、硅石(ヶィカル)、石灰石及高岭土等无机粉未体，玻璃、陶瓷及碳等各种无机纤维的碎片与粘结剂一起混入涂料中。此种情况下，可更有效地防止凸缘面等粘连在对方侧以及涂料的蠕变。
进而，如果将锌和铝等牺牲金属、凡士林及石蜡等油脂、胺类等防腐蚀油、亚硝酸盐等的缓蚀剂混入涂料中，可更确实地防止对对方侧金属的腐蚀
以下说明附图。
图1是概略表示按本发明的实施例1的膨胀石墨制密封原材料的斜视图。
图2是用放大断面表示该实施例1的密封原材料一部分的斜视图。
图3是表示经过酸处理的石墨表面上产生的裂纹的斜视图。
图4是表示在膨胀石墨粒子上形成薄叶状石墨部状态的斜视图。
图5是放大表示薄叶状石墨部的形成状态的斜视图。
图6是概略表示按本发明实施例2的膨胀石墨制密封原材料的斜视图。
图7是概略表示按本发明实施例3的膨胀石墨制密封原材料的斜视图。
图8是概略表示按本发明实施例4的膨胀石墨制密封原材料的斜视图。
图9是概略表示按本发明实施例5的膨胀石墨制密封原材料的斜视图。
图10是概略表示按本发明实施例6的膨胀石墨制密封原材料的斜视图。
图11是概略表示按本发明实施例7的膨胀石墨制密封原材料的斜视图。
图12是概略表示按本发明实施例8的膨胀石墨制密封原材料的斜视图。
图13是概略表示按本发明实施例9的膨胀石墨制密封原材料的斜视图。
图14是概略表示按本发明实施例10的膨胀石墨制密封原材料的斜视图。
图15是概略表示按本发明实施例11的膨胀石墨制密封原材料的斜视图。
图16是概略表示按本发明实施例12的膨胀石墨制密封原材料的斜视图。
图17是表示相对于紧固面压的泄漏量测定装置的构成图。
图18是表示以实施例1,2的材料作为试样测定泄漏量的结果，与以前制品进行对比的特性图。
图19是表示以实施例3的材料作为试样测定泄漏量的结果，与以前制品进行对比的特性图。
图20是表示以实施例9的材料作为试样测定泄漏量的结果，与以前制品进行对比的特性图。
图21是表示酸处理、石墨粒子膨胀前的状态的放大图。
图22是表示膨胀石墨粒子的放大斜视图。
图23是表示将以前的膨胀石墨制密封原材料制成的密封用垫片部分剖面后的斜视图。
图24是用于表示以前的膨胀石墨基材的主面状态的部分放大斜视图。
以下按照附图说明本发明的实施例。
实施例1
图1中，10表示片状的膨胀石墨制密封原材料。该密封原材料10的基材11，是如图22所示那样，将经过图21所示的那种酸处理的石墨1A进行膨胀处理，并对该石墨粒子1a加压使之相互整体化而成。图1中，膨胀石墨基材11的主面、例如上面11a的大致整个面上，例如采用粒径为10～20μm的SiC等研磨材料施以微喷射加工，由此而形成竖起而扩开的薄叶状石墨部12。也就是，其上面11a，如图2所示，相对于不施以上述喷射加工的下面11b是保持膨胀石墨1的高取向状态，由于扩开的薄叶状石墨部12而使高取向状态减少。
图21的经过酸处理的石墨1A上，如图3那样在其表面产生裂纹1b，一旦进行膨胀处理，如图4和图5所示，就会形成以上述裂纹1b作为前端的石墨竖起部12a。然后，通过上述微喷射加工，除上述竖起部12a外，作为有一点厚度的层以层间扩展状态(蜂窝状)形成竖起的部分12b，这些就构成了薄叶状石墨部12。
也就是，实施例1的材料，由于在膨胀石墨基材11的上面11a上形成薄叶状石墨部12，因而高取向状态少，主面配合性优良，密封性提高的同时粘接强度也提高。
实施例2
图6中，20表示片状的膨胀石墨制密封原材料，在该膨胀石墨密封原材料11的上面11a上，与上述实施例1同样，形成薄叶状石墨部12，其后，在上述上面11a上作为二次加工，浸渍或涂覆密封材料，例如PTFE粒子21。这种情况下，PTFE粒子21进入薄叶状石墨部12，从而呈三维结合关系，粘接强度得以增强。
而且，由于上述三维结合，PTFE粒子的强度也增强，相对于图22中所示箭头a方向的强度比b方向的强度也大得多，耐滑动性提高，而且，由于上述PTFE粒子21使膨胀石墨粒子1a的露出变少，可以克服因内部含的硫所导致的对方金属的腐蚀，并改善对接合面的剥离性。而且，很容易提供上述PTFE粒子21引起的色调变化，对作记号等是有利的。
实施例3
图7中，30表示环状的膨胀石墨制密封原材料。它是使用与实施例2同样的膨胀石墨基材11，将它切成细条，PTFE浸渍面的主面11a作为内周面呈环状模制成形，它可以直接用于轴承等。
实施例4
图8中，40表示片状的膨胀石墨制密封原材料，它是在作为膨胀石墨基材11的主面11a的上面，代替上述PTFE粒子，将NBR和石墨用MEK那样的溶剂分散的溶液41作为密封材料浸渍而成的，因而密封材料很容易进入上述薄叶状石墨部12内。
实施例5
图9中，50表示环状的膨胀石墨制密封原材料。它是将上述实施例2的片状密封原材料20冲压成环状而形成的，所谓加压成形品的处理，是在作为其主面11a的端面上，形成扩开薄叶状石墨部12，进而浸渍实施例4中说明的密封材料21。
实施例6
在图10中，60表示环状的膨胀石墨制密封材料。它是与上述实施例1相同，将形成片状的膨胀石墨基材11切断成规定的细条形成带状，将它呈环状模制成形后，按上述同样方法，对作为这种环状基材11的主面11a的内周面和同样是主面11b的外周面上施以微喷射加工，从而形成扩开的薄叶状石墨部12，并在其喷射加工面上涂布或含浸PTFE粒子而形成的。
实施例7
在图11中，70表示环状的膨胀石墨制原材料，它是在上述实施例6中模制成形的环状基材11的主面11C的端面上，通过上述微喷射加工形成薄叶状石墨部12，进而在该面上浸渍PTFE粒子21后使之干燥，并烧制而成。
实施例8
在图12中，80表示线状的膨胀石墨制密封原材料。它是在纤维上涂覆粘结剂，在其表面上压合膨胀了的石墨粒子由此构成基材81，在作为该基材81的主面81a的表面上，与上述同样，通过微喷射加工形成扩开的薄叶状石墨部12，进而浸渍PTFE粒子21而构成。
实施例9
图13中，90表示纽带状的膨胀石墨制密封原材料。它是将上述实施例8中作成的基材编织而成基材91，按上述同样方法对作为该基材91的主面91a的表面上进行微喷射加工，形成扩开的薄叶状石墨部12，进而浸渍PTFE粒子21而构成。
实施例10
图14中，100表示细带状的膨胀石墨制密封原材料。这种材料是在上述实施例9制得的基材91的主面91a的表面上，代替PTFE粒子，涂覆作为密封材料101的硅橡胶，按上述实施例4相同方法进行就行。这些实施例是线状体，实施例9和10的材料是细带状，因此，例如作为环状密封垫片等实装时，具有可切成任意长度而容易进行长度调节的优点。
在能上能下述实施例1～10中，还可不用微喷射加工，而使用超声波照射，激光照射及等离子体喷射等，即使这样也可以形成竖起而扩开的薄叶状石墨部。
实施例11
图15表示膨胀石墨制的密封用垫片。它是使用与上述实施例1相同的片状膨胀石墨基材11，通过微喷射加工在作为该基材11的主面的上面11a和该主面的下面11b上形成扩开的薄叶状石墨部12，在其喷射加工面上浸渍作为密封材料111的酚醛树脂从而构成片状的密封原材料，将许多张这种密封原材料112层叠起来后，经热压加工使整体粘接在一起整体化而构成。
一般，膨胀石墨制密封原材料，仅以厚度为0.1～1mm左右的状态存在。膨胀石墨粒子1a的体积密度[d(g/cm3)]为1/500～1/1000，因此密度在1g/cm3左右时为了获得厚度为3～6mm左右的较厚的片，必须对厚度为3～5m左右的膨胀石墨粒子的垫状体进行加压加工，这是不可能实现的，因此，由于采用了该实施例11这样的构成，就能很容易地获得较厚的密封用垫片。
实施例12
图16表示膨胀石墨制的密封用垫片。它是使用与上述实施例1相同的片状膨胀石墨基材11，将作为其基材11主面的一面，按上述同样方法进行微喷射工，形成薄叶状石墨部，进而浸渍酚醛树脂。将这种片状密封原材料112许多片，例如采用2片，按上述喷射加工面相对方向那样在112,112两者间夹入不锈钢板这类增强材料121并重合，将全体进行热压加工使之整体化而构成。因而可充分确保实装状态下的机械强度。这种密封用垫片110,120中，还可在其上下两面上涂覆PTFE。
为了便于判断上这各实施例1～12的构成和因其构成而获得的效果，将上述内容示于下述一览表内。
Figure C9510716800151
表(续)
图17示出用于测定利用上述实施例1和实施例2等密封原材料的密封用垫片的泄漏量的测定装置。将这些实施例的试样冲压成φ110×φ90的尺寸，以将它挟持在泄漏卡具N中的状态用油压压缩机压缩至规定的紧固面压，并由储气罐P充填氮气N2直至试样M的内周面上为规定的各压力。然后，在3分钟后由回收的气体量求出泄漏量。将其结果示于图18中。
由图18的测定结果可判断出，用实施例1的试样，对泄漏量的抑制程度可与以前的膨胀石墨制密封原材料相比美；而实施例2的试样和，对PTFE施以烧成的材料，成以前的制品相比较，可大幅度地减少泄漏量，提高密封功能。
图19是表示将上述实施例3的试样用作密封填料后，将测定滑动次数和泄漏量关系的结果与以前制品进行比较的特性图，以前制品A是由内部没有金属网的膨胀石墨制密封原材料制成的，而以前制品B是在膨胀石墨制密封原材料中仅浸渍PTFE而制成的。以前的制品A，从滑动次数增加的开初，泄漏量就急剧增大；而以前的制品B，如果滑动次数超过360(2h)左右则泄漏量相当大，与此不同，用实施例3的材料，即使滑动次数增加也能使泄漏量减少到相当低的水平。
图20是表示将上述实施例9的试样用作密封填料后，将测定滑动次数和泄漏量关系的结果与以前的制品进行比较的特性图，以前制品A是将通过粘结剂将膨胀石墨粘到棉线上而形成的细绳编织而成的，而以前制品B是浸渍了PTFE的制品。
这种情况下也与以前制品A，以前制品B不同，用实施例9的材料可减少泄漏量从而提高密封性能。

Claims (10)

1．膨胀石墨制密封原材料，其特征在于，在具备膨胀石墨基材的膨胀石墨片状原材料中，在膨胀石墨基材的主面侧的至少一部分上形成竖起而扩开的薄叶状石墨部，所说的膨胀石墨基材是将膨胀了的石墨粒子加压后相互间成形为一个整体而形成的。
2．根据权利要求1所述的膨胀石墨制密封原材料，其中，在具有扩开的薄叶状石墨部的膨胀石墨基材的主面上，浸渍在甲基乙基酮中分散有各种橡胶和石墨的溶剂形成的密封材料或形成由聚四氟乙烯、环氧树脂、酚醛树脂、尼龙、硅油、氟油中选择的材料形成的涂覆层。
3．根据权利要求1所述的膨胀石墨制密封原材料，其中，在具有扩开的薄叶状石墨部的膨胀石墨基材的主面侧涂布粘结剂。
4．根据权利要求1所述的膨胀石墨制密封原材料，其形态是片状。
5．根据权利要求1所述的膨胀石墨制密封原材料，其形态是压制成形品。
6．根据权利要求1所述的膨胀石墨制密封原材料，其形态是纺织体。
7．根据权利要求1所述的膨胀石墨制密封原材料，其形态是线状体。
8．根据权利要求1所述的膨胀石墨制密封原材料，其形态是编织体。
9．将许多片权利要求1所述的膨胀石墨制密封原材料通过设在其主面侧的粘结剂层叠起来整体化而形成的密封用垫片。
10．根据权利要求9所述的密封用垫片，其中，在许多片密封原材料的各片之间夹有作为增强材料的不锈钢板。
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