JP3968787B2 - ネジ継手シール用テープ - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、ネジ継手シール用未焼成ポリテトラフルオロエチレン（以下、「ＰＴＦＥ」と言う）テープに関する。さらに詳しくは、特定の無機粉末を含有するネジ継手シール用未焼成ＰＴＦＥテープに関する。
従来の技術
ＰＴＦＥファインパウダーから得られる未焼成テープは、シール性に優れ、かつ配管を分解、清掃し再度組み立てる際のネジ継手シール部分の清掃が容易である点で優れることから、ネジ継手シール用テープとして広く使用されている。
特公昭４８−４４６６４号公報には、ＰＴＦＥテープの製造方法が開示されている。この開示によると、従来の未焼結ＰＴＦＥテープを長さの方向に延伸して長さを２倍またはそれ以上まで長くすると、テープの幅はほとんど狭くならず、かつ厚さは測定できるほど変わらないので、結果として断面積は元のテープと同じ延伸されたテープを得ることができる。そして、得られたテープは今まで使用されていたＰＴＦＥテープよりも摩擦係数が大きく、自己粘着性が大きく、またネジの形状への順応性が改良され、さらに今までのものより少量で使用しても今までのテープで得られていたシール性に匹敵するシール性を保持するようなＰＴＦＥテープが得られる。
この公知技術では、延伸することによりＰＴＦＥテープの比重を低下させ、結果として単位体積当たりのＰＴＦＥの使用量を減少させることにより、高価で回収やリサイクルの困難な物質の一つであるＰＴＦＥの使用量を減らしている。延伸により比重を小さくするということは、テープの空隙率が大きくなるということを意味する。ところで、ネジ継手のシールは、テープにより雄ネジと雌ネジとの間のクリアランスを充填することにより達成されるので、テープの比重が小さすぎてテープの空隙率が大きすぎると、テープの厚みを増大させるか、重ね巻き回数を増やさなければ十分なシール性が得られなくなり、テープは実用性を欠くことになる。
特開平１−１９８６７５号公報には、シート状に加工した軟質シートガスケットが記載されている。この公報に記載の発明では、シートガスケットの強度を保持するために、フィブリル化可能な未焼成ＰＴＦＥ樹脂に無機質充填材を配合し、剪断力などの機械的な力を作用させてＰＴＦＥ樹脂粉末をフィブリル化しながら無機質充填材を混合し、その混合物を押出機を用いて押出し、ロール圧延やカレンダリングなどの方法によりシート状に加工して軟質シートガスケットを得ている。しかし、この公知技術のようにシート化以前にＰＴＦＥ樹脂粉末をフィブリル化したのでは、上述の特公昭４８−４４６６４号公報に記載されたような厚み１００μｍ程度の連続したリボン状テープを得ることは困難である。たとえこの程度に薄い圧延を行うことができたとしても、圧延フィルムの両端は著しい波打ち状となり、歩留まりを低化させる。さらに延伸によって比重を低下させようとする場合、２倍程度の延伸倍率であっても延伸することが困難であり、さらにシールテープとして使用する際には、無機充填材の材質によってはネジ部の摩耗、損傷などが問題になる。
発明の概要
本発明の目的は、従来のネジ継手シール用ＰＴＦＥテープと同様に優れた耐熱性、シール性を有し、かつ特定の無機充填材を混合することによりＰＴＦＥの使用量を減少することができ、さらに延伸条件についての制約が少なく、ネジ継手シールとして用いた場合ネジ部の摩耗、損傷のない、ＰＴＦＥテープを提供することにある。
本発明によれば、ポリテトラフルオロエチレンファインパウダー７５〜２５重量部および新モース硬度（タルクの硬度を１、ダイアモンドの硬度を１５としたときの硬度）が３以下で、実質的に吸水性のない無機粉末２５〜７５重量部を含んでなる組成物の一軸延伸未焼成成形体からなるネジ継手シール用未焼成ポリテトラフルオロエチレンテープが提供される。
１つの好ましい態様によれば、無機粉末は、タルク、炭酸カルシウムおよび炭酸マグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の無機粉末である。
別の好ましい態様によれば、該未焼成成形体を、ポリテトラフルオロエチレン焼成体の融点未満の温度で、得られる延伸体の比重が１．５未満になるように一軸延伸し、これを熱処理して、本発明のネジ継手シール用未焼成ポリテトラフルオロエチレンテープを製造する。
【図面の簡単な説明】
図１は、試験例１における冷熱サイクルテストで用いた装置の模式図である。
図２は、試験例２におけるネジ山の損傷／摩耗確認に用いた装置の断面図である。
発明の詳細な説明
本発明において用いる無機粉末充填材は、３以下のモース硬度を有し、吸水性を実質的に有していない。無機粉末充填材に求められる他の性質としては、次のものが挙げられる。
（１）耐熱性に優れ、ＰＴＦＥの融点まで加熱されても物理的、化学的変化を受けない。
（２）化学的に安定で、通常の酸・アルカリに耐食性がある。
（３）比重はあまり高くなく、ＰＴＦＥの比重（約２．２）に近い比重を有している。
（４）白色であり、ＰＴＦＥテープの清潔感を損なわず、また顔料などをＰＴＦＥに添加しても色調を損なわない。
（５）滑り性が良く、ネジ山に凝着せず、充填材配合ＰＴＦＥシールテープが剥がしやすい。
（６）無機充填材を充填してもＰＴＦＥフィルムの延伸の妨げとならない。
このような性質を有する無機粉末充填材の中でも、タルク、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムなどが好ましく、硬度の点からタルクが最も好ましい。
本発明において、ＰＴＦＥファインパウダーと無機粉末の重量比（ＰＴＦＥファインパウダー：無機粉末）は、７５：２５〜２５：７５、好ましくは６５：３５〜３５：６５、より好ましくは５５：４５〜４５：５５である。
ＰＴＦＥファインパウダーと無機粉末とは、従来既知の混合方法のいずれによっても混合することができる。例えば、ＰＴＦＥファインパウダーの水性分散液と無機粉末を混合し、共凝析する。また凝析したＰＴＦＥファインパウダーと無機粉末を低温でＰＴＦＥがフィブリル化しない様に混合する。より均一な混合粉末を得るためには、共凝析が好ましい。
本発明においてＰＴＦＥファインパウダーには、テトラフルオロエチレンのホモ重合体のファインパウダーのみならず、少なくとも一種の他の共単量体（例えば、クロロトリフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロペン、フルオロアルキルエチレン、フルオロアルキルフルオロビニルエーテルなどのフルオロオレフィン）を溶融流動性を付与しない程度の少量（例えば０．００１〜２．０重量％、好ましくは０．００１〜０．５重量％）で共重合させた変性ＰＴＦＥファインパウダーも含まれる。
本発明において使用することのできる無機粉末としては、一般の市販品（平均粒径Ｄ₅₀：１〜１０μｍ程度のもの）が使用できる。また、ＰＴＦＥファインパウダーとの混合を共凝析により行うのであれば、無機粉末粒子を表面処理剤により疎水化したものを用いることが好ましい。このとき、表面処理剤としてはシラン系またはチタン系カップリング剤、オルガノシロキサン類、フッ素系表面処理剤などが好ましく使用できる。
本発明において、「実質的に吸水性がない」とは、５０重量％の無機粉末を配合したＰＴＦＥテープを、下記の吸水試験に付した場合、テープの重量増加割合が、１％未満、好ましくは０．５％未満であることを意味する。
本発明において、「未焼成」成形体とは、ＰＴＦＥの融点またはそれ以上にＰＴＦＥ成形体を加熱していないことを意味する。
未焼成ＰＴＦＥ成形体も通常の成形方法により得られ、未焼成成形体の形状は、一般にシートまたはフィルムである。
このような未焼成成形体の一軸延伸は、通常以下のような条件で行う。
温度： １５０〜３００℃
延伸速度（比率）： ５〜１０００％／sec.
延伸倍率： １．５〜５倍
一軸延伸により得られたシートは、通常、熱処理に付し、一軸延伸により生じた局部的なひずみなどを取り除き、延伸されたフィルムの寸法安定性を高める。この熱処理は、通常延伸温度以上の温度〜ＰＴＦＥの融点未満の温度で５〜６０秒間行われる。
以下に、実施例をあげて本発明をさらに詳細に説明する。
実施例１
タルク粉末含有ＰＴＦＥファインパウダーの調製
（１）タルク粉末の表面処理
ヘンシェルミキサーを用い、タルク粉末（日本タルク株式会社製「ミクロエース」。平均粒子径Ｄ₅₀：２．３μｍ）（１０ｋｇ）と、アミノシランカップリング剤（日本ユニカー株式会社製「Ａ−１１００」）（２００ｇ）の水（１００ｍｌ）中溶液を１０分間混合して、タルク粉末を表面処理した。その後、表面処理済タルク粉末を、流動床により１２０℃で熱風乾燥した。
（２）ＰＴＦＥファインパウダーとタルクの混合粉末の製造
ダイキン工業株式会社製のＰＴＦＥファインパウダーＦ１０４の乳化重合原液（平均粒径０．２〜０．４μｍのＰＴＦＥ粒子の水性分散体）に、（１）で得た表面処理済タルク粉末を混合し、共凝析を行い、凝析粉末を乾燥して原料粉末を製造した。製造条件の詳細は以下のとおりである。
（ｉ）容量１５０ｌの凝析槽内に純水約５０ｌを導入し、撹拌翼にて撹拌しながら表面処理済タルク粉末５kgを分散させた。
（ii）次に、ＰＴＦＥ粒子の１０重量％水性分散液５０ｋｇ（樹脂成分５ｋｇに相当）を槽内に導入し、引き続き撹拌を続けるとＰＴＦＥ粒子とタルク粉末が均一な凝集粒子として析出し、液相と固相に分離された。
（iii）この固相粒子を液相から分離し、パレットに厚さ約３cmに広げ、１５０℃の乾燥炉内で充分に乾燥した。この乾燥粒子の平均粒径は３８０μｍ、見掛密度は約４００ｇ／ｌであった。
未焼成延伸フィルムの製造
（１）潤滑助剤混合
上で調製した原料混合粉末５ｋｇを容器に入れ、潤滑助剤（エクソン社製石油系潤滑助剤「アイソパーＭ」）（１．１５ｋｇ）を配合し、潤滑助剤により全粉末が均等に濡れるよう容器を振動、回転させた後、２５℃の室温で２４時間熟成した。
（２）ペースト押出成形
（１）の助剤混合工程で得た原料粉末を、直径８９ｍｍのシリンダー中、１０ｋｇ／ｃｍ²の圧力で１０分間加圧して予備成形品を得た。
得られた予備成形品を、ペースト押出金型から押出し、厚さ３ｍｍ、幅２００ｍｍの潤滑助剤含有ＰＴＦＥシートを製造した。
（３）カレンダー成形と潤滑助剤乾燥
（２）のペースト押出成形で得たＰＴＦＥシートを、７０℃に加熱された直径５００ｍｍ、長さ７００ｍｍ、周速２０ｍ／分で回転する一対のカレンダーロールで、厚さ１２０μｍ、幅２１０ｍｍの圧延フィルムにした。
続いて、この圧延フィルムから、２００℃に加熱された直径３００ｍｍ、長さ５００ｍｍ、周速５ｍ／分のロール上で潤滑助剤を蒸発させて、フィルムを乾燥した。
（４）未焼成延伸ＰＴＦＥフィルムの作製
（３）で得た圧延フィルムを、３００℃に加熱された直径３００ｍｍ、長さ５００ｍｍ、周速２ｍ／分で回転するロールと、３００℃に加熱された直径２５０ｍｍ、長さ５００ｍｍ、周速５ｍ／分で回転するロールとの間で延伸を行った。ロール間の接線距離は約１０ｃｍである。延伸されたフィルムに、引き続き３００℃に加熱された直径３００ｍｍ、長さ５００ｍｍ、周速５ｍ／分で回転するロールを用いて熱処理（ヒートセット処理）を行った。
上記工程により製造されたタルク粉末含有ＰＴＦＥフィルムを、長手方向に幅１２．５ｍｍで裁断してリボン状テープとし、物性を測定した。結果を以下に記載する。
テープ厚さ １２０μｍ
比 重 ０．７
破断時強度 ２．２ｋｇ（引張速度２００ｍｍ／分）
破断時伸び ３０％
自然収縮率 １〜３％
試験例１
冷熱サイクルテスト
図１に示すように、日本工業規格ガス配管用２０Ａソケット１の両端内側および配管２ａ、２ｂの末端外側に、ＰＴ（テーパネジ）３／４のネジ加工を施した（図示されていない）。次いで、配管２ａ、２ｂのネジ加工部分に、実施例１で製造したリボン状ＰＴＦＥシールテープを、幅４分の１ずつ重ねて螺旋巻きに被覆し（図示されていない）、前記ソケット１と螺合する。
さらに、一方の配管２ａの他の末端をフランジ３を用いて封止し、もう一方の配管２ｂの他の末端にフランジ（４）を用いて窒素ガス導入管を取り付けて、冷熱サイクルテスト装置を組み立てる。
この装置を槽６の熱媒５に浸漬し、シール洩れ発生についての実験を行った。すなわち、ソケット１を配管２ａ、２ｂとの螺合部分を含めて２０〜２５℃の冷水と７０〜８０℃の温水に交互に３０分ずつ浸漬し、この間、配管内は窒素ガスで常時１０ｋｇ／ｃｍ²に保持する。この操作を３０日間繰り返したが、シール部からのガス洩れは全く発生しなかった。
またこの試験終了後、タルク粉末含有ＰＴＦＥシールテープを除去したが、充填材を含有しないＰＴＦＥシールテープと同様に、ネジに固着することなく、容易に除去作業ができ、再度支障なくシールテープを巻くことができた。
試験例２
ネジ山の損傷
図２に示すように、ＪＩＳ Ｈ４０００に相当するアルミニウム（種類１０７０）からなる材料を用いて、ＪＩＳ Ｂ０２０２の管用平行ねじＰＦ１／２に相当する雄ねじを有するボルト７（首下長さ４０ｍｍ）と、加圧管９に接続した雌ねじを有する袋ナット８（深さ３０ｍｍ）を作製した。
次に、ボルト７に実施例１で製造したリボン状ＰＴＦＥテープを幅の４分の１ずつ重ねて螺旋巻きに被覆した（図示されていない）。このシールテープ被覆ボルトの先端が袋ナットの最深部に達するまで締め込み、加圧管９を窒素ガスで５ｋｇ／ｃｍ²の圧力に加圧した。
洩れのないことを確認した後、圧力を解放し、ネジをはずし、使用したシールテープを残らず除去した。この操作を１００回繰り返した後、ネジ山の損傷状態を観察したが、ネジ部に摩耗などの傷は全くなかった。
試験例３
吸水性および耐酸性
次に、このテープの用途を考慮して、以下の方法で吸水性及び耐酸性を調べた。
吸水性試験
界面活性剤（Ｃ₇Ｆ₁₄ＣＯＯＮＨ₄）の３重量％水溶液中に、テープ１００gを４８時間浸漬し、取り出し、９０℃の真空乾燥器で１２時間乾燥した後、０．１g精度で測定できる自動天秤で測定した。
重量変化を、水溶液に浸漬する前の重量に対する百分率で示す。
耐酸性試験
１０％塩酸水溶液に３重量％の界面活性剤（Ｃ₇Ｈ₁₄ＣＯＯＨ）を添加した液（２リットル）中に各テープ１００gを４８時間浸漬し、取り出し、９０℃の真空乾燥器で１２時間乾燥した後、測定精度０．１gの自動天秤で重量変化を測定した。
重量変化を、浸漬する前の重量に対する百分率で示す。
実施例２〜３および比較例１
無機粉末としてタルクに代えて炭酸カルシウム（実施例２）、炭酸マグネシウム（実施例３）、または石膏（比較例１）を用いる以外は実施例１と同様にして、無機粉末充填ＰＥＦＥリボン状テープを製造した。
その結果を別表にした。
使用した無機充填材の詳細は以下の通りである。
炭酸カルシウム：竹原化学工業（株）製サンライト＃１０００
炭酸マグネシウム：神島化学工業（株）製金星
石膏：ＣaＦ₂とＨ₂ＳＯ₄が反応してできた無水のＣaＳＯ₄を二水塩化したのちハンマーミルで粉砕し、分級して平均５μm（最大１０μm〜最小０．０５μm）の粒子粉末としたものを用いた。
比較例２
未焼成延伸フィルムの原料粉末としてＰＴＦＥファインパウダーとガラス繊維からなる粉末（ダイキン工業株式会社製「ポリフロンＦＰＧ１０５０」）を用いた以外は、実施例１と同様にしてリボン状シールテープを製造した。
得られたシールテープを用いて上記と同様の実験を行った。試験例２では、ガス洩れはなかったが、使用済みのシールテープ表面に灰色の着色物が付着していた。この着色物を元素分析したところアルミニウムであることが判明した。
このことから、ガラス繊維含有ＰＴＦＥシールテープはネジ部を摩耗させていることが明らかであった。

発明の効果
本発明の無機粉末含有ＰＴＦＥシールテープは、従来のＰＴＦＥシールテープと同様に優れた耐熱性、シール性を有し、かつ延伸加工が容易であり、ネジ部の摩耗、損傷のない、安価なネジ継手シールテープとなる。

Claims (3)

1. ポリテトラフルオロエチレンファインパウダー７５〜２５重量部、および新モース硬度３以下で、実質的に吸水性のない無機粉末２５〜７５重量部を含んでなる組成物の一軸延伸未焼成成形体からなるネジ継手シール用未焼成ポリテトラフルオロエチレンテープ。
2. 無機粉末が、タルク、炭酸カルシウムおよび炭酸マグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の無機粉末である請求の範囲１に記載のポリテトラフルオロエチレンテープ。
3. 該未焼成成形体を、ポリテトラフルオロエチレン焼成体の融点未満の温度で、得られる延伸体の比重が１．５未満になるように一軸延伸し、これを熱処理して得られる請求項１記載のネジ継手シール用未焼成ポリテトラフルオロエチレンテープ。

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