JP3174325B2 - シールドガスケットアセンブリー - Google Patents

シールドガスケットアセンブリー

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、高密度の蒸気非透過性延伸ポリテトラフル
オロエチレンシールドで少なくとも部分的に包まれた、
化学的シールドを必要とする弾性のあるコアを有するガ
スケットアセンブリーに関する。
背景技術 ガスケット材料は、常に化学崩壊や熱崩壊が発生し、
保守と更新が必要な多くの化学的腐食環境や高温環境で
使用される。これらガスケットのそのような用途には電
解槽（タンク型の槽、フィルタープレスのセル、隔膜電
解槽を含む）、平板フレーム熱交換器、タンク車ドーム
の蓋が含まれる。
これらの厳しい環境に耐えることのできるガスケット
の開発及び商品化には相当な努力がなされていている。
上記の用途に現在のところ利用できるガスケットは、レ
ジリエンス、適合性、低いクランプ荷重でと良好なシー
ル性の理由で、一般に、エチレン−プロピレン−ジエン
ゴム（EPDM）、バイトン、ニトリルゴムのようなゴムま
たは他の合成材料で製造される。これらのガスケットは
短期間は有効に作用するが、極めて高温で腐食性の環境
の中ではその後急速に劣化する、ガスケットが劣化する
と漏れが生じ更新を必要とする。
高温と腐食性の環境の中で充分に長い期間使用するこ
とを可能にするためのガスケットの構成を改良する努力
は、腐食性の環境と高温に耐える性能から、ポリテトラ
フルオロエチレン、特には延伸ポリテトラフルオロエチ
レンのような材料の利用に集中してきた。しかし全体が
ポリテトラフルオロエチレンで製造されたガスケットは
典型的に実用的ではなく、高いコストとその機械的特性
のため、それ自身で多くの用途にシールとして使用する
ことは非実用的である。
種々の材料をポリテトラフルオロエチレンと組み合わ
せ、化学的な腐食性環境の中で長期間のシール性を向上
させる試みがなされてきた。しかしながら今日までのこ
れらの努力は、それらの有用性を制約する欠点と複雑性
を有する製品に終止している。
米国特許第4344633号は、硬度係数が40〜70％（ASTM
法 D−395−69）の外面層の材料と、これと別個の耐蝕
性、非汚染性で槽の陽極液との接触で安定な材料の内面
層を組み合わせた多層ガスケットを開示している。内面
層はGORE−TEXの形態の低密度延伸ポリテトラフルオロ
エチレンのロープまたはストリップであると記載されて
いる。
米国特許第4344633号に記載の製品には、電解層部品
のシール用途へのその使用を制約するいくつかの問題が
ある。層のフランジが内面バリヤシールを支持するため
に充分に広くなければならないといったように、この２
つの部材のガスケットを使用するために装置を特別に設
計する必要がある。また、内面のバリヤシールは低密度
の延伸ポリテトラフルオロエチレンを含んでなり、これ
は液は漏らさずにシールするが腐食性の蒸気に対しては
未だ透過性があり、バリヤシールを通過してゴムシール
を攻撃する。
欧州特許出願第0117085号は、有機高分子材料の表面
にフルオロポリマー材料の層を接合する方法を開示して
いる。好ましいフルオロポリマー材料は延伸した低密度
の形態であり、最も好ましくは延伸ポリテトラフルオロ
エチレンである。その明細書に記載の方法は、延伸した
低密度ポリテトラフルオロエチレンを型の中に配置し、
フルオロポリマーに接触するように有機ポリマーを型に
装入し、結合が生じるようにそれらを高い温度と圧力の
両者に供することを含んでなる。米国特許第4344633号
と同様にこれらのガスケットは低密度延伸ポリテトラフ
ルオロエチレンを利用しており、ガスケットの全ての箇
所のどこかに不充分な圧縮力があると、腐食性の蒸気と
ガスに対して透過性となる。
上記の参照例に付加的な問題は別個なポリマー材料の
構造によって生じる間隙効果を含み、低密度延伸ポリテ
トラフルオロエチレンの不完全なち密化を引き起こす。
延伸ポリテトラフルオロエチレンが1.7g/ccより高い密
度に圧縮されなければ腐食性の蒸気に対して透過性とな
り、従って適切に機能しないであろう。
負荷と無負荷の状態が存在する場合、振動と熱のサイ
クルの間に別個のバリヤ材料はやがて漏れを生じさせる
であろう。
また、上記の参照例には、ポリテトラフルオロエチレ
ンがエラストマーの構造と正確に合致しない場合、漏れ
とエラストマーへの攻撃につながることがあるといった
問題がある。
発明の要旨 腐食性の気体及び液体環境の中で使用するためのシー
ルドガスケットアセンブリーであって、コアとしての合
成ゴムガスケット、及び発泡高延伸ポリテトラフルオロ
エチレンのシールド材料を有し、少なくとも部分的にゴ
ムガスケットの表面を包んでそれに結合したシールド材
料の少なくとも１つの面の上の接着剤を備えたシールド
ガスケットアセンブリーを提供する。また、シールドガ
スケットアセンブリーは、好ましくは1.7g/ccより高い
密度の延伸した高密度ポリテトラフルオロエチレンによ
って完全に囲まれた合成ゴムガスケットを含んでなるこ
ともできる。合成ゴムガスケットのコアはEPDM、バイト
ン、ネオプレン、ガム質ゴム、ネオプレンブタジエンゴ
ム（NDR）、スチレンブタジエンゴム（SBR）、シリコー
ンの成形によって得ることができる。これらのシールド
ガスケットアセンブリーはタンク型の電解槽、塩素酸ナ
トリウム槽、平板フレーム熱交換器、タンク車ドームの
蓋に使用することができる。
図面の簡単な説明 図１は塩素酸ナトリウム槽、陰極カバーの略図、及び
シールド陰極カバーガスケットの位置を示す。
図２は図2aに示すコアガスケットとシールドを含むシ
ールド陰極カバーガスケットの正面図を示す。
図2aはタンク型塩素酸ナトリウム槽のコアガスケット
を示す。
図2bはシールド材料で囲まれたコアガスケットの透視
断面図を示す。
図３は斜め継ぎにしたコーナーエッジを有するシール
ド材料を備えたコアガスケットのコーナー部分を示す。
図3aはシールド材料の裏側とコアガスケットのコーナ
ーに使用される接着剤を示す。
図４は縦に接合したコーナーを有するシールド材料を
備えたコアガスケットのコーナー部分を示す。
図4aはシールド材料の裏側と図４のコアガスケットに
使用される接着剤を示す。
図５は平板フレーム熱交換器のガスケットの略図とシ
ールドの位置を示す。
図5aは図５の線Ａ−Ａに沿ったシールドガスケットの
横断面図を示す。
図６はシールド材料の透視図を示す。
図6aはシールド材料の１つの態様の横断面図を示す。
図6bはシールド材料のもう１つの態様の横断面図を示
す。
本発明とその好ましい態様の詳細な説明 本発明は、弾性のある合成ゴムガスケットがレジリエ
ンスを保持し、化学的攻撃から完全な隔離を達成するよ
うに少なくとも部分的に合成ゴムガスケットを取り囲む
よう設計されたシールド材料を有する改良ガスケットに
関する。この改良ガスケットは、弾性のある化学的に不
活性なガスケットが長期間持続性のある性能であること
が必要なタンク型の電解槽、平板フレーム熱交換器、タ
ンク車ドームの蓋を含む多数の用途（限定されるもので
はない）を有する。
改良ガスケットに使用するシールド材料は、好ましく
は後処理されている低密度延伸ポリテトラフルオロエチ
レンである。低密度延伸ポリテトラフルオロエチレンは
好ましくは米国特許第4187390号、同第3953566号の教示
にしたがって製造される。最も好ましい前駆材料はデラ
ウェア州NewarkのW.L.Gore ＆ Associate社から商業的
に入手できるGore−TEX ガスケットテープである。約
0.2〜1.0g/ccの密度を有する低延伸ポリテトラフルオロ
エチレンの前駆材料はいくつかの腐食性液体に対しては
非透過性であるが、腐食性ガスに対しては透過性であ
る。本発明においては、低密度延伸ポリテトラフルオロ
エチレンは最終的なシールド材料が約1.7〜2.1g/ccの密
度を有するように後処理される。この後処理工程は、好
ましくはカレンダリングロールの間で多孔質材料を加熱
してまたは加熱なしに機械的に圧延するといった圧縮に
よって行うことができる。また、低密度延伸ポリテトラ
フルオロエチレンを圧縮またはち密化するこの他の手段
も使用できる。密度を最適値の2.1g/ccに高めることに
よって、この材料は腐食性の液体に対してと同様に、腐
食性のガスと蒸気に対して非透過性になる。
コアガスケットは入手できる任意の商業的ガスケット
より構成することができるが、好ましいガスケット材料
は弾性のある合成材料、例えばゴム、EPDM、バイトン、
シリコーンを含む。ガスケット系に有用な接着剤はアク
リル、ゴム、シリコーンを含む。
高密度延伸ポリテトラフルオロエチレンを利用するこ
とによって、化学的なポリテトラフルオロエチレンのエ
ッチングを必要とせずにポリテトラフルオロエチレン材
料に接着する接着剤系の可能性を含む顕著な利点が得ら
れる。また、ち密化延伸ポリテトラフルオロエチレンの
使用は、合成ゴムシールの劣化の危険を減らす。また、
シールドがシール面の付加的なスペースまたは強度を必
要としないので、存在するシール面に修正を必要としな
い。最終的にシールド材料は劣化から保護するために、
コアガスケットの多くの面、例えば上部、底部、露出し
た内面に適用できる。
本発明は、製造の容易性、レジリエンスと化学的不活
性の有効な組み合わせのため、現在あるガスケットにつ
いて特に有益である。シールドガスケットは、構造的に
圧力と温度下での成形を必要とせず、硬化させるための
化学薬品を全く必要としないため、製造設備あるいは現
場でのでの組み立てが簡単である。ポリテトラフルオロ
エチレンをコアガスケットにはり付けるためのエッチン
グ剤は必要としない。フランジ幅の寸法と槽の圧縮力成
分分析も重要ではない。シールドガスケットは全ての現
在あるジョイント用デザインに容易に採用することがで
きる。
本発明は添付の例と図面を参照して充分に理解される
であろう。
例１−塩素酸ナトリウム槽のシールドガスケット 図１はタンク型の塩素酸ナトリウム槽の透視略図であ
り、タンク１と陰極カバー３を示す。図２に示すシール
ドガスケットがタンクとカバー３の内面の間に位置する
ように、タンク１の外面上に位置する。図2aに示すこの
特別な態様のためのコアガスケット４は、３重の絵画額
構造に配置した幅２インチ×厚さ1/4で、ジュロメータ
ーで70−ＡのEPDMストリップの６つの部材からなる。あ
るいは図示していないが、３重の絵画額を１片のEPDMか
ら構成することもできる。部材６は商業的に入手できる
接着剤で互いに接合した。陰極カバーに位置するボルト
の位置と一致する穴７を、コアガスケットに押抜いた。
米国特許第3953566号の教示にしたがって製造した延
伸多孔質ポリテトラフルオロエチレン５のストリップ
を、機械的圧力を適用することによって後処理し、液体
と同様に蒸気とガスに対して実質的に不浸透性にした。
ストリップ５は、コアEPDMガスケットの内側露出エッ
ジ、上部、底部をカバーするに必要な寸法に裁断した。
最終的なポリテトラフルオロエチレンストリップの厚さ
は0.03cm（0.013インチ）で、密度は2.0g/ccであった。
感圧性の接着剤をポリテトラフルオロエチレンの１つの
面に適用し、コアガスケットに接着した。図2bに示すよ
うに、ポリテトラフルオロエチレンストリップ５は、コ
ア部材の内側露出エッジ、上部、底部を内側エッジに沿
ってボルト穴７の位置までカバーするようにデザインし
た。ポリテトラフルオロエチレンとストリップは、腐食
性物質との接触が生じる可能性のあるコア部材６の全て
の露出面に適用した。
図３はコアガスケット部材４のコーナーに適用したポ
リテトラフルオロエチレンシールドを示し、ここでシー
ルドはボルト穴の位置まで部材をカバーした。図３の態
様は斜め継ぎの裁断と２つの部材の間の接合を示す。図
3aはシールドテープの後部を示し、コーナー部材の周り
を包む斜め継ぎ裁断と、シールド５を部材６に接合する
接着剤のストリップがある。
あるいは、図４と図4aは垂直に隣接したポリテトラフ
ルオロエチレンシールドストリップ５を示す。接着剤ス
トリップ20がシールド５の部材６に接合する。シールド
されないコアガスケット４への化学的攻撃の可能性を制
限するために、シールド部材の緊密な接触が得られるよ
うに特別な注意を注いだ。
コアガスケット４の全ての露出したエッジを被覆した
後、シールドガスケットを電解槽のタンク１とカバー３
の間の位置に入れた。カバー３をその位置に配置し、ボ
ルトを取り付け、シールを形成して強固にするためにし
っかり締めた。このシールドガスケットを備えた槽を70
℃で400日を越える期間運転した。槽を運転する間にガ
スケットに接触する腐食性の混合物は次亜塩素酸ナトリ
ウム、塩素酸ナトリウム、塩化ナトリウムを含んだ。運
転期間が経過した後において、ガスケットの劣化、槽の
漏れ、ポリテトラフルオロエチレンシールドまたはEPDM
のコアガスケットへの化学的攻撃の徴候はいずれも観ら
れなかった。
３重窓枠体のポリテトラフルオロエチレンシールドを
有しない標準的なEPDMガスケットを用いた通常の実施に
おいては、使用の４週間以内に腐食性液と接触していた
ガスケットに劣化が生じた。この劣化は目視できる漏れ
となった。
例２−熱交換器のシールドガスケット 図５は平板フレーム熱交換器に使用するためのガスケ
ットの断面の透過略図を示す。図5aは線Ａ−Ａに沿った
ガスケットの横断面を示す。この用途のために、EPDMで
成形したデュロメーターで70−Ａの八角形と形状のコア
ガスケット８を、平板フレーム熱交換器の隣接したチタ
ン板の間のシールを提供するために使用した。図５と図
5aに示すコアガスケットは八角形の形状であるが、いろ
いろな形状が使用できることを当業者は理解すべきであ
る。従って、本発明がガスケットの形状によって制約さ
れることを意図するものではない。
例１に記した方法と教示によって構成した延伸ポリテ
トラフルオロエチレンシールド材料の長さは、シールド
材料10がコアガスケットの８面の７つを包むように選ん
だ。熱交換器の内側の腐食性液にガスケット面が接触す
る可能性が高いため、例１に記したよりもEPDMガスケッ
トのより完全な囲みが平板フレーム熱交換器への用途に
必要とされた。平板フレーム熱交換器のガスケットが複
雑なため、装着に容易なように薄くて剛直さの少ないポ
リテトラフルオロエチレンシールドが必要であった。こ
の用途に使用したシールド材料の厚さは0.025cm（0.010
インチ）で、密度は1.8g/ccであった。
図６はEPDMガスケットと共に使用したシールド材料の
透視図を示す。
商業的なアクリル系の感圧性接着剤12の層が、ポリテ
トラフルオロエチレンシールド10の１つの面の全体に適
用された。保護用レリース紙14は使用時に除去した。ポ
リテトラフルオロエチレンシールド10、接着剤12、保護
用レリース紙14の透視図を図４に示す。
図6aと図6bはポリテトラフルオロエチレンシールドの
２つの態様の横断面図を示す。図6aはポリテトラフルオ
ロエチレン材料の１つの面全体に接着剤が適用された態
様の横断面を示す。これとは異なり、図6bは接着剤がポ
リテトラフルオロエチレンの１つの面のエッジだけに適
用されたシールドの横断面を示す。
前記の図５と図5aに戻ると、ポリテトラフルオロエチ
レンシールド材料10は、コアガスケットの撓みを許容す
るために露出した１つの外面を除き、コアガスケットの
全面に適用した。シールド材料は接着剤でシールド材料
をコアガスケットに接合してコアガスケットの長さ全体
に沿って適用した。シールド材料は、ガスケットの前内
側縁がシールドテープの中心に接触し、シールドテープ
の外縁がコアガスケットの上面と底面をわたして包み、
ガスケットの後縁の裏に接着するように適用した。シー
ルド材料はコアガスケットの全周囲に適用した。シール
ド材料の２つの端部は互いに重ねた。
シールド材料はシールドの座屈を防ぎシール性を確保
するためにガスケットの周りに堅く包んだ。しかし、コ
アガスケットの形をゆがめる程にはシールド材料を堅く
包まなかった。シールド材料のシームは、コアガスケッ
トの変形のためにシールド材料のシームが開いた場合に
腐食性液体との接触がないように、図５に13と記した外
側後縁に位置させた。
シールドガスケットを構成した後、アセンブリーを79
平板熱交換器の２枚の板の間に装着した。この評価のた
め、Viton から成形した商業的に入手可能な標準的ガ
スケットと、EPDMから成形した商業的に入手可能な68枚
の標準的ガスケットとを残りの平板の間に装着した。
組み立てた後、その熱交換器を運転した。アンモニ
ア、ベンゼン、キシレン、トルエン、ナフタレンを含む
77℃の腐食性液を、吐出圧力2.7bar（40psig）におい
て、熱交換器の中で10℃の冷却水によって冷却した。熱
交換器をこれらの条件下で44日間運転した。熱交換器を
ラインから外し、ガスケットを取り外して検査した。ポ
リテトラフルオロエチレンとEPDMのシールドガスケット
は劣化の徴候が観られなかった。VitonとEPDMはは厳し
く攻撃されており、漏れ箇所の発生まで劣化していた。
本発明を特定の態様と詳細な説明によって記載した
が、当業者はそのような詳細事項を本発明の範囲から外
れることなく改良または変更できることは明らかであろ
う。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−120484（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−97846（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−232013（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−166931（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B32B 1/00 - 35/00 F16J 15/00 - 15/56

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】合成ゴムのコアガスケット、 1.7g/cc以上の密度と、結節とフィブリルの微細構造を
    有するガス不透過性の高密度延伸ポリテトラフルオロエ
    チレンのシールド材料、及び そのコアガスケットの表面を少なくとも部分的に覆って
    そのシールド材料の少なくとも１つの面に存在し、その
    シールド材料をそのコアガスケットに接着する接着剤、 を含んでなる、腐食性のガスまたは液体の環境中で使用
    されるシールドガスケットアセンブリー。
  2. 【請求項２】シールド材料がコアガスケットの表面を完
    全に包む請求項１に記載のシールドガスケットアセンブ
    リー。
  3. 【請求項３】コアガスケットがエチレン−プロピレン−
    ジエンゴム、バイトン、ネオプレン、ガム質ゴム、ネオ
    プレンブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、及び
    シリコーンからなる群より選択された合成ゴムより製造
    されたものである請求項１に記載のシールドガスケット
    シールアセンブリー。
  4. 【請求項４】タンク型の電解槽に使用される請求項１に
    記載のシールドガスケットアセンブリー。
  5. 【請求項５】塩素酸ナトリウム槽に使用される請求項１
    に記載のシールドガスケットアセンブリー。
  6. 【請求項６】平板フレーム熱交換器に使用される請求項
    １に記載のシールドガスケットアセンブリー。
  7. 【請求項７】タンク車ドームの蓋に使用される請求項１
    に記載のシールドガスケットアセンブリー。
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