JP4252814B2

JP4252814B2 - Packing material and gland packing using this material

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Publication number: JP4252814B2
Application number: JP2003024483A
Authority: JP
Inventors: 勝朗塚本; 俊治佐倉; 浩晃塚本
Original assignee: Japan Matex KK
Current assignee: Japan Matex KK
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2023-01-31
Also published as: JP2004232806A; US20040151905A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パッキン材料及びこの材料を用いたグランドパッキンに関し、より詳しくは、常温下、低圧下で使用される場合はもちろん、高温下、高圧下で使用されても十分な耐久性を維持することができ、いずれの場合も高い潤滑性を長期に渡って維持することができ、ひいてはバルブ用、ポンプ用のいずれにも対応することができ、更に、スタフィングボックスに詰め込む全てのグランドパッキンを一種で済ますことができるグランドパッキン、及びその材料に関する。
なお、本明細書中、「許容引張力」とは、材料が破断に至るときの引張力（ｋｇｆ）のことで、材料の引張強さ（ｋｇｆ／ｃｍ² ）と材料の断面積（ｃｍ² ）の積のことを指す。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ポンプ、バルブ等の流体機器の軸封を行うグランドパッキンとして、アスベスト、炭化繊維、炭素繊維、アラミド樹脂繊維等からなるものがあり、また、これら各素材からなるパッキンにＰＴＦＥを含浸させたものもある（例えば、特許文献１参照）。
これらのグランドパッキンは、軸と機器ケーシングの間に形成される室内、すなわちスタフィングボックス内に詰め込まれて、軸と機器ケーシングの間から流体が漏出するのを防止するようになっている。
【０００３】
ポンプとバルブとでは、グランドパッキンに求められる性能がやや異なる。
ポンプの軸封部では、パッキンが軸体の高速回転を邪魔しないように、まず高い潤滑性が求められ、次に、高いシール性と耐圧性が求められる。流体の若干の漏れは、軸体とパッキンの間で生じる摩擦熱を逃がすことになるので、若干の漏れは許容される。
一方、バルブの軸封部では、高圧流体が全く漏れないように、まず高いシール性と耐圧性が求められ、次に、高い潤滑性が求められる。バルブの軸体は、軸周りの回転運動と、軸長方向の往復直線運動をするため、軸体と軸受の隙間へパッキンの一部が変形してはみ出し、このはみ出しによって軸体の回転トルクが急激に上昇してしまうことが多かった。このため、バルブ用のパッキンにおいて耐圧性は特に重要となっている。
従来のグランドパッキンは、潤滑性（低トルク性）、耐圧性、耐熱性を全て高い次元で調和させることができず、また、超高圧、高熱下での使用（例えば火力発電所のバルブ用）に長期間耐え得るものはなかった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１０１７６４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、常温下、低圧下で使用される場合はもちろん、高温下、高圧下で使用されても十分な耐久性を維持することができ、いずれの場合も高い潤滑性を長期に渡って維持することができ、更に、スタフィングボックスに詰め込む全てのグランドパッキンを一種で済ますことができるグランドパッキン、及びその材料の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、平繊された帯状の炭素繊維束の両面に膨張黒鉛テープを積層一体化してなる第１の積層テープを捩じって糸状体とし、複数の補強繊維或いは補強線材を互いに略平行に配置してなる補強材の両面に膨張黒鉛テープを積層一体化して第２の積層テープとし、この第２の積層テープを前記糸状体の周囲に巻回してなるパッキン材料であって、前記補強繊維が、ガラス繊維、セラミックファイバー繊維、炭素繊維のいずれかであり、前記補強線材が、金属線材であり、前記第２の積層テープが、糸状体の外周面に二重に巻回され、このときに互いの巻回方向が逆向きであって且つ相互に交差するように巻回されていることを特徴とするパッキン材料である。
請求項２記載の発明は、前記糸状体は、前記第１の積層テープが補強用中芯材を被覆するように該積層テープを捩じったものであることを特徴とする請求項１記載のパッキン材料である。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のパッキン材料を編組し、この編組体を所定形状に加圧成型してなることを特徴とするグランドパッキンである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に係るグランドパッキン及びこのパッキンに用いられる材料について、図面を参照しつつ説明する。
まず、本発明の第１実施形態に係るパッキン材料について説明する。
図１は、第１実施形態における糸状体の一例を示す図である。図２は、図１に示す糸状体を形成する様子を示す図であり、第１の積層テープを捩る様子を示す図である。図３は、本発明における第１の積層テープ及び該積層テープを形成するために用いられる積層体を示す断面図である。
本発明に係るグランドパッキン（１）（図１２参照）は、糸状のパッキン材料（２）（図６参照）を編組し、この編組体（３）（図８乃至１１参照）を所定形状に加圧成型してなるものである。
【０００８】
第１実施形態に係るパッキン材料（２）（図６参照）は、平繊された帯状の炭素繊維束（７）（図２、３参照）の片面若しくは両面に膨張黒鉛テープ（６）を積層一体化してなる第１の積層テープ（４）を捩じって糸状体（２０）とし、複数の補強繊維或いは複数の補強線材（１０）（図７参照）を互いに略平行に配置してなる補強材（１１）又は織物を帯状に裁断してなる補強材の片面（図７（ａ）参照）或いは両面（図７（ｂ）参照）に膨張黒鉛テープ（６０）を積層一体化して第２の積層テープ（１２）（図６、７参照）とし、この第２の積層テープ（１２）を前記糸状体（２０）の周囲に巻回してなるものである。
【０００９】
図２は、第１の積層テープ（４）を捩じるときの様子を示している。第１の積層テープ（４）は、図３に示す積層シート（５）を帯状に裁断して形成される。積層シート（５）は、膨張黒鉛シート（６１）に、平繊された帯状の炭素繊維束（以下、平繊繊維束と称する）（７）を接着剤層（８）を介して積層一体化することにより構成される。接着剤層（８）は、接着剤本来の役目と、補強材の役目とを兼ね備えている。
【００１０】
接着剤層（８）の種類は特に限定されず、有機質系接着剤、無機質系接着剤、無機有機混合質系接着剤など、種々の接着剤から構成することができ、その形態も、液状、エマルジョン、フィルム状、不織布状など種々の形態を採ることができる。また、その配設方法も特に限定されず、塗布、熱圧着、吹き付けなど、種々の方法を採用することが可能である。
【００１１】
なお、接着剤層（８）には、できれば水溶性の熱可塑性樹脂接着剤を使用することが好ましく、中でも無公害性のポリビニルアルコールを用いることが好ましい。ポリビニルアルコールは、液状のまま膨張黒鉛シート（６１）の表面或いは炭素繊維束（７）の表面に塗布するか、又は吹き付けることにより配設することができる。吹き付けによって配設する場合には、例えば不織布状に配設することができる。
【００１２】
ポリビニルアルコール（以下、ＰＶＡと称する）を不織布状に配設する場合、接着剤層（８）は、ＰＶＡ樹脂繊維が不規則な方向に伸びて積層され、且つそれら樹脂繊維が相互に固着されてシート状とされる。このような構造の接着剤層（８）は、あらゆる方向の引張に対して大きな引張強さを有し、特に帯状に加工された状態でその軸長方向の引張に対して大きな引張強さを発揮することができる。
【００１３】
膨張黒鉛シート（６１）と平繊繊維束（７）を接着する際には、その間にＰＶＡ等の接着剤層（８）を介在させ積層した状態でその両面に圧力を加え、或いは加熱しながら圧力を加えることで、これらを強固に積層一体化することができる。
【００１４】
膨張黒鉛シート（６１）としては、天然黒鉛、熱分解黒鉛、キッシュ黒鉛等の黒鉛粉末を、濃硫酸、濃硝酸等と反応させて一旦層間化合物とした後、水洗などを経て残留化合物を得、これを急熱して膨張させて得られる膨張可撓性黒鉛そのものを、ロール材等により圧縮成形したシート状のものを使用することができる。
【００１５】
膨張黒鉛シート（６１）の密度は、特に限定されるものではないが、０．８０〜２．２ｇ／ｃｍ³ であることが好ましい。密度がこの範囲内にあると、膨張黒鉛シート（６１）の表面に結晶レベルの凹凸が形成され、その上に積層されるものにアンカー効果を生じさせることができる。これに対し、密度が０．８０ｇ／ｃｍ³ 未満であると組織のきめが粗くなり過ぎ、パッキンにしたときのシール性が低下する。逆に、密度が２．２ｇ／ｃｍ³ を超えると、組織のきめが細かくなり過ぎてアンカー効果を生じさせにくくなり、平繊繊維束（７）との積層を良好に行い得ない可能性がある。
【００１６】
膨張黒鉛シート（６１）の厚みは、特に限定されるものではないが、０．１０〜１．５ｍｍ、より好ましくは０．１２〜０．２ｍｍ程度とされることが好ましい。厚みが０．１０ｍｍ未満であると、膨張黒鉛が有する優れた耐熱性、耐食性、耐磨耗性を発現させることができない。また、このように極薄のものは製造が困難であって経済的でない。逆に、厚みが１．５ｍｍを超えると、膨張黒鉛の脆さが現れてしまう。
【００１７】
平繊繊維束（７）は、膨張黒鉛シート（６１）を補強すると共に膨張黒鉛シート（６１）に不足しがちな弾力性を補い、また、固体潤滑材の役目を果たすこともできるものである。この平繊繊維束（７）は、接着剤層（８）を介して膨張黒鉛シート（６１）の表面に積層される。その積層方法は、上記した方法を採用することができるが、接着剤として熱融着フィルムを用いる場合には、例えば、ＰＶＡ不織布、ＰＶＡフィルム、ポリエチレンフィルム、オレフィン系フィルム、ウレタン系フィルムを用いることができる。
【００１８】
平繊繊維束（７）は、炭素繊維束などの強化繊維束を元幅から所要の幅に適宜平に拡げた帯状の繊維集合体である。この平繊繊維束（７）は機械的強度に優れており、また、その機械的強度等の諸性質が、−２００°Ｃ〜＋６００°Ｃの間で殆ど変化せず、低温特性、高温特性が共に優れている。従って、平繊繊維束（７）は、常温域は勿論のこと、過酷温度環境下においても確実に膨張黒鉛シート（６１）を補強することができる。また、平繊繊維束（７）は優れた潤滑性及びシール性を有しているので、これが外側に位置するように糸状体（２０）を構成すれば、潤滑性及びシール性に優れたパッキン（１）を得ることができる。また、平繊繊維束（７）は耐食性および耐磨耗性に優れているので、化学プラント等の過酷環境下でも長期間の使用に耐えることができる。なお、平繊繊維束（７）の厚さは、０．０１〜０．５ｍｍとすることが好ましく、より好ましくは０．１５〜０．２ｍｍとされ、０．０１〜０．０２ｍｍとすることもできる。これは、厚みが０．０１ｍｍ未満であると、十分な潤滑性及びシール性が得られず、逆に厚みが０．５ｍｍを超えると、十分な柔軟性が得られないからである。
【００１９】
平繊繊維束（７）の製造方法は特に限定されず、例えば超音波や流体流を用いて、マルチフィラメントと称される繊維束（炭素繊維束）を薄くかつ広幅に平繊することができるが、好ましくは炭素繊維束を数十μｍ或いはそれ以下の厚さにまで平繊するのがよく、例えば帯幅２５ｍｍ以上、厚さ２０μｍ以下にまで平繊するのがよい。
【００２０】
第１の積層テープ（４）の製造工程には、積層シート（５）を帯状に裁断する工程があるが、平繊繊維束における各繊維は非常に密にしかも均一に配列されており、各繊維の間には大きな摩擦力が働いている。従って、各繊維は軸方向及び軸直角方向に強く連結され、第１の積層テープ（４）は引張強さの大きな一枚の帯状体となる。通常、平繊繊維束は種々の長さの炭素繊維を方向を揃えた形で密に集合させたものであり、言い換えれば、不連続の炭素繊維が軸方向及び軸直角方向に連続的に密に配設されたものである。この繊維集合体においては、上記したように繊維同士が相互に大きな摩擦力で連結され、斜めに切断されても一枚の強い帯状体とすることができるのである。
【００２１】
第１の積層テープ（４）の幅は５〜３０ｍｍとされ、好ましくは５〜２５ｍｍとされる。その幅が３０ｍｍを超えると、第１の積層テープ（４）は柔軟性が低下し、糸状体（２０）に加工しにくくなる。逆に、その幅が５ｍｍ未満になると、第１の積層テープ（４）の許容引張力が極度に低下して、糸状体（２０）に加工する際に破断する恐れがある。第１の積層テープ（４）は、その帯幅が５〜３０ｍｍであるならば、十分な許容引張力を有するため、捩じり加工の際に破断する恐れがない。
【００２２】
なお、第１の積層テープ（４）は、平繊繊維束（７）および接着剤層（８）で補強されているので、比較的薄く形成することができる。従って、帯幅５〜１０ｍｍ程度の第１の積層テープ（４）はもちろん、帯幅１０ｍｍを超える第１の積層テープ（４）であっても、十分な柔軟性を確保することができる。５〜１０ｍｍ幅の第１の積層テープ（４）を用いて糸状体（２０）を構成した場合、二十四打ち、三十二打ち、といった多数打ちの紐体（３）を構成することができる。また、その多数打ちの紐体（３）を種々の太さの糸状体（２０）から構成することができる。これにより、紐体（３）内部を密に詰まった状態とすることができるので、シール性が非常に高いパッキン（１）を得ることができる。
【００２３】
糸状体（２０）は、第１の積層テープ（４）を捩じって糸状にしたものである。第１の積層テープ（４）が平繊繊維束（７）の片面にのみ膨張黒鉛シート（６）を有している場合には、該テープ（４）の捩じり加工において、平繊繊維束（７）が外側に位置するように加工しても、或いは膨張黒鉛シート（６１）が外側に位置するように加工してもそのいずれでもよいが、平繊繊維束（７）が内側に位置するように捩れば、パッキンを構成したときに該繊維の一部がパッキンの外面に露出しないようにすることができる。
【００２４】
本発明における第１の積層テープ（４）の捩じり方法は特に限定されるものではないが、第１の積層テープ（４）を幅方向中央部で折り畳んだものをきつく捩じったり、或いは折り畳まずに捩じる（図２参照）方法を採用することができる。
【００２５】
なお、その捩じり回数は、１ｍ当たりの捩じり回数が５５〜７０回程度であることが好ましい。このような回数であれば、糸状体（２０）の強度が非常に高くなることが発明者によって確かめられている。
炭素繊維マルチフィラメント等の炭素繊維束を平繊してなる平繊繊維束（７）は、潤滑性、耐磨耗性、耐腐食性、機械的強度、及びシール性に優れているため、この平繊繊維束（７）を材料として使用することにより、潤滑性、耐磨耗性、耐腐食性、機械的強度、及びシール性に優れたパッキン（１）を得ることができる。
【００２６】
また、この糸状体（２０）は、柔軟性に優れているので、複雑な編組加工を容易に行うことができ、しかも複雑な加工を行っても積層シート（４）に破断が生じない。また、糸状体（２０）を構成する第１の積層テープ（４）は、十分な許容引張力を有しているため、編組加工の際に破断する恐れもない。
【００２７】
なお、糸状体（２０）は、図４および図５に示すように、補強用中芯材（９）を備えた構造であってもよい。具体的には、第１の積層テープ（４）が補強用中芯材（９）を被覆するように、補強用中芯材（９）を芯としてその周囲に第１の積層テープ（４）を図５に示す如く捩じった構造とすることができる。この場合、第１の積層テープ（４）のみからなる場合よりも、糸状体（２０）の許容引張力を向上させることができる。補強用中芯材（９）の材質は、特に限定されるものではないが、例えば、モネルメタル、インコネル、クロム鉄、ステンレス、銅、アルミニウム等の金属、ガラス繊維、セラミックファイバー繊維、あるいはアラミド樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、ナイロン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂等からなる合成樹脂繊維、若しくはこれら合成樹脂繊維に潤滑油を含浸させたもの、或いはこれら合成樹脂繊維の炭化物、アスベストなど、パッキン用材料として必要な強度を有する材料であれば好適に使用することができる。
【００２８】
この補強用中芯材（９）は、直径０．１５〜０．３ｍｍ程度とされることが好ましく、更に好ましくは０．２５ｍｍ程度とすることができる。このような直径とすれば、第１の積層テープ（４）の捩じり加工を容易に行うことができる。また、この補強用中芯材（９）は、１本で使用されてもよいが、後述するように、複数本で使用されてもよい。１本で使用される場合、補強用中芯材（９）は、例えば、編組せずにそのままの状態で使用されてもよいし、編組されて紐体にした状態で使用されてもよい。また、複数本で使用される場合、補強用中芯材（９）は、束ねて使用されてもよいし、束ねた後それを編組して紐体にした状態で使用されてもよい。補強用中芯材（９）を構成する各単線材の断面形状は特に限定されず、例えば、円形断面、長四角断面、楕円形断面等、種々の形状を採ることができる。
【００２９】
第２の積層テープ（１２）は、複数の補強繊維或いは複数の補強線材（１０）からなる補強材（１１）又は織物を帯状に裁断してなる補強材の片面或いは両面に、膨張黒鉛テープ（６０）を積層一体化したものである。
第２の積層テープ（１２）は、固体潤滑材の役目と補強部材の役目を果たし、また、平繊繊維束の繊維がパッキン材料（２）の表面に髭状にはみ出すのを防止することができる。
因みに、平繊繊維束の繊維がパッキン材料（２）の表面に髭状にはみ出すと、これを加圧成形したグランドパッキンの表面にも髭状繊維がはみ出る。この髭状繊維は、回転軸等の軸部材の早期磨耗の原因となり、ひいてはバルブ等からの流体漏れを引き起こす原因となる。
【００３０】
補強材（１１）は、複数の補強繊維或いは複数の補強線材（１０）からなるものであってもよいし、又は、織物を帯状に裁断したものであってもよい。
補強繊維、補強線材（１０）、織物の材質は特に限定されるものではないが、補強線材については例えば、モネルメタル、インコネル、ステンレス、銅、アルミニウム等の金属を採用することができ、補強繊維については例えば、ガラス繊維、セラミックファイバー繊維、あるいはアラミド樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、ナイロン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂等からなる合成樹脂繊維、若しくはこれら合成樹脂繊維に潤滑油を含浸させたもの、或いはこれら合成樹脂繊維の炭化物（炭素繊維）、アスベストなどを採用することができ、織物については例えば、綿糸織物を採用することができる。
【００３１】
補強繊維或いは補強線材（１０）から補強材（１１）を構成する場合（図７参照）には、複数本の補強繊維或いは複数本の補強線材（１０）を互いに略平行に配置して全体として帯状となるようにし、帯状の補強材（１１）を構成する。
この帯状の補強材（１１）の片面或いは両面に、膨張黒鉛テープ（６０）を積層一体化して第２の積層テープ（１２）を構成する。帯状の補強材（１１）と膨張黒鉛テープ（６０）は、例えば各種接着剤を用いて一体化することができる。
【００３２】
第２の積層テープ（１２）の厚さは特に限定されるものではないが、補強材（１１）の片面に膨張黒鉛テープ（６０）を設ける場合には例えば０．２mmとすることができ、両面に設ける場合には例えば０．３５mmとすることができる。
第２の積層テープ（１２）の幅は特に限定されるものではないが、好ましくは１０〜２０mm、より好ましくは１５ｍｍとされる。
第２の積層テープ（１２）の幅が２０ｍｍを超えると、第２の積層テープ（１２）は柔軟性が低下し、第１の積層テープ（４）の周囲に巻回しにくくなり、また、巻回状態においてテープの重なり合う部分の幅にムラが生じる。逆に、その幅が１０ｍｍ未満になると、第２の積層テープ（１２）の許容引張力が極度に低下して、巻回の際に破断する恐れがある。
【００３３】
第２の積層テープ（１２）は、糸状体（２０）の外周面に一重若しくは二重に巻回される（図６に示す例では一重）。二重に巻回すれば、潤滑性、シール性を更に向上させることができる。二重にする場合、互いの巻回方向を逆向きとし、相互に交差するように巻回すると、パッキン材料（２）のシール性、耐久性を一層高めることができる。また、互いの巻回方向が逆向きとなるように二重に巻回すると、左回転、右回転のいずれの向きに回転する回転軸に対しても同程度のシール性、耐久性を発揮することができる。
尚、第２の積層テープ（１２）は、縁部同士が重なり合うように巻回されることが好ましい。
なお、第２の積層テープ（１２）が補強材（１１）の片面にのみ膨張黒鉛テープ（６０）を有している場合には、該テープ（１２）は補強材（１１）が内側に位置するように糸状体（２０）に巻回されることが好ましい。パッキンを構成したときに、補強材（１１）が外面に露出しないようにするためである。
【００３４】
このようにして得られた糸状のパッキン材料（２）を編組することにより、編紐、打紐、組紐等の形態をなす紐体（３）を構成することができる。具体的には、１本または複数本のパッキン材料（２）を編組することにより、丸編紐、角編紐等の編紐や、丸打紐、角打紐等の打紐等の形態をなす紐体（３）を構成することができる。その他、袋状紐や固着紐等の形態をなす紐体（３）を構成することもできる。なお、打紐の場合には、四つ打ち、八つ打ち、十六打ち、十八打ち、二十四打ち、三十二打ち等、任意の打ち方が可能である。
【００３５】
紐体（３）は、外側に膨張黒鉛テープが位置した構造となる。
なお、接着剤層（８）としてＰＶＡを用いた場合には、紐体（３）の内部にＰＶＡ層が位置することになるが、ＰＶＡ層は、紐体（３）の形成後に除去されてもよい。ＰＶＡ層は、補強材としては優れているものの、応力緩和を生じやすい性質を有しているから、これを除去することにより、紐体（３）に応力緩和が生じないようにすることができる。これにより、パッキン（１）に応力緩和が生じないようにすることができる。なお、補強材が必要とされるのは、膨張黒鉛テープ（６）に最も引張力が作用する時、すなわち糸状体（２０）構成時と紐体（３）構成時であるから、紐体（３）の構成後にＰＶＡ層が除去されたとしても問題はない。
【００３６】
ＰＶＡ層を除去する場合には、紐体（３）に液状樹脂を含浸させることが好ましい。これは、ＰＶＡ層を除去した場合、ＰＶＡ層が存在していた部分に空隙が形成されるためである。紐体（３）に液状樹脂を含浸させれば、その空隙を液状樹脂によって充填することができる。空隙を液状樹脂によって充填することにより、パッキン（１）をスタフィングボックス内で使用した際に紐体（３）内部を流体が通過するのを防止することができる。従って、パッキン（１）のシール性を高めることができる。
【００３７】
紐体（３）に含浸させる液状樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系樹脂、シリコーン樹脂、水溶性フェノール樹脂、或いはガラス、アルミナ、シリカゲル、ミクロマイカ、黒鉛、チタン等の無機微粉末を含むエマルジョン樹脂を挙げることができる。なお、紐体（３）には、これらの液状樹脂からなる群から選択された１または２以上の液状樹脂を含浸させることが可能である。含浸方法としては、例えば、自然含浸（ドブ付け含浸）、加熱含浸、真空含浸等を挙げることができる。
【００３８】
パッキン（１）は、この紐体（３）を加圧成形して得られるものである。パッキン（１）は、例えば、図１２に示すように、リング状に形成される。リング状に形成されたパッキン（１）は、スタフィングボックス内に詰め込まれ、流体機器の軸封を行うパッキンとして好適に使用することができる。パッキン（１）は、前記したように、その表面に膨張黒鉛テープ（６０）が位置した構造である。従って、潤滑性、シール性、耐磨耗性、機械的強度、および耐腐食性に優れたパッキン（１）とすることができる。
【００３９】
補強用中芯材（９）を有さないパッキン材料（２）からグランドパッキン（１）を構成した場合、このグランドパッキン（１）は通常、１５０〜２５００ｐｓｉの圧力流体用（バルブ用）に使用することができ、この条件下で十分な耐久性と潤滑性（低トルク性）を発揮することができる。１５００ｐｓｉの圧力流体用としては例えば石油、石油化学プラントでの使用が考えられ、２５００ｐｓｉの圧力流体用としては例えば原子力発電プラントでの使用が考えられる。
【００４０】
補強用中芯材（９）を有するパッキン材料（２）からグランドパッキン（１）を構成した場合、このグランドパッキン（１）は通常、１５０〜４５００ｐｓｉの圧力流体用（バルブ用）に使用することができ、この条件下で十分な耐久性と潤滑性（低トルク性）を発揮することができる。４５００ｐｓｉの圧力流体用としては例えば火力発電プラントでの使用が考えられる。
また、上記したいずれの実施形態も、回転軸が高速回転する流体機器の軸封部に高ＰＶ値下（回転軸の周速２５ｍ／ｓｅｃ以上）で使用されても（ポンプ用）、十分な潤滑性、耐久性を有することができる。
【００４１】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図１３は、第２実施形態に係るパッキン材料を示す図である。
第２実施形態に係るパッキン材料（２）は、第１実施形態における第２の積層テープ（１２）に代えて、平繊された帯状の炭素繊維束（７）の片面若しくは両面に膨張黒鉛テープ（６）を積層一体化してなる第３の積層テープ（２１）を、第１実施形態における糸状体（２０）の周囲に巻回してなることを特徴とするものである。
糸状体（２０）は、第１実施形態の場合と同様のものを使用することができる。第３の積層テープ（２１）は、第１の積層テープ（４）と同様のものとすることができる。
第３の積層テープ（２１）が帯状の炭素繊維束（７）の片面にのみ膨張黒鉛テープ（６）を有している場合には、帯状の炭素繊維束（７）が内側に位置するように該テープ（２１）が巻回されることが好ましい。パッキンを構成したときに炭素繊維束（７）が外面に露出しないようにするためである。
【００４２】
なお、糸状体（２０）は、第１実施形態と同様、補強用中芯材（９）を内部に巻き込んだ構造であってもよい。補強用中芯材（９）の材質としては、第１実施形態と同様とすることができる。
第２実施形態においても、第１実施形態と同様な効果を奏することができる。
【００４３】
【実施例】
次に、本発明に係るパッキン材料の実施例を紹介することにより、その効果を明確にする。尚、本発明に係るパッキン材料は、以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００４４】
（実施例）
本発明に係る実施例を以下の如く製造し、この実施例に係るパッキン材料を加圧成形してグランドパッキンを得た。この実施例では、上記第２実施形態に係るパッキン材料を構成した。
まず、平繊された帯状の炭素繊維束の両面に膨張黒鉛テープを積層一体化してなる第１の積層テープを構成し、この第１の積層テープが補強用中芯材を被覆するように、該補強用中芯材を芯としてその周囲に第１の積層テープを捩じって糸状体を構成した。
補強用中芯材はインコネル線であり、その径は０．２５ｍｍであった。
平繊された炭素繊維束の厚みは０．０２ｍｍであり、帯幅は２０ｍｍであった。
膨張黒鉛テープの厚みは０．２ｍｍであり、帯幅は２０ｍｍであった。
【００４５】
次いで、平繊された帯状の炭素繊維束の片面に膨張黒鉛テープを積層一体化してなる第３の積層テープを構成し、この第３の積層テープを前記糸状体の周囲に巻回して、断面四角形状のパッキン材料を得た。第３の積層テープは、膨張黒鉛テープが外側に現れるように巻回した。パッキン材料の一辺の長さは６．５ｍｍであった。
第３の積層テープにおける平繊炭素繊維束の厚み及び帯幅、膨張黒鉛テープの厚み及び帯幅は、第１の積層テープと同じであった。
次に、このパッキン材料を編組し、この編組体をリング状に加圧成型してグランドパッキンを得た。
【００４６】
（比較例１）
図１９は、比較例１に係るパッキン材料の概略断面図である。
図１９に示されるように、膨張黒鉛テープを積層して紐状としたもの（３３）の周囲を、インコネル線（３１）で編組被覆して断面四角形状のパッキン材料（３２）を構成した。紐状体（３３）は断面四角形であり、その一辺は９．３８ｍｍであった。インコネル線（３１）の径は０．１２ｍｍであった。パッキン材料（３２）の四角形断面一辺の長さは９．５ｍｍであった。
次に、このパッキン材料（３２）を編組し、この編組体をリング状に加圧成型してグランドパッキンを得た。
【００４７】
（比較例２）
図２０は、比較例２に係るパッキン材料の概略断面図である。
図２０に示されるように、膨張黒鉛テープを細くスライスしたもの（３４）の周囲を、インコネル線（３５）で編組被覆して糸状体（３６）を構成し、該糸状体（３６）を編組して断面四角形状のパッキン材料（３７）を構成した。膨張黒鉛テープの厚みは０．２９ｍｍ、スライス幅は６．５ｍｍであった。インコネル線（３５）の径は０．１０ｍｍであった。また、パッキン材料（３７）の四角形断面一辺の長さは９．５ｍｍであった。
次に、このパッキン材料（３７）を編組し、この編組体をリング状に加圧成型してグランドパッキンを得た。
【００４８】
＜試験方法＞
スタフィングボックス内に実施例、比較例１、比較例２に係るリング状のグランドパッキンを入れ、該パッキンを貫通する軸（弁棒）との関係で生じるグランドパッキンのシール性、潤滑性、耐圧性を、軸（弁棒）の往復摺動により試験した。
シール性を試す試験として漏洩量試験、潤滑性を試す試験として摺動抵抗試験（往復運動方向転換時、一方向摺動時）、耐圧性を試す試験としてパッキンと軸間（弁棒）の面圧変化試験を行った。
軸（弁棒）の往復運動は、２５００回を１サイクルとし、このサイクルを６回繰返して最終的に１５０００回の往復運動を行った（図１４参照）。各試験に供される加圧流体としては熱水を用い、スタフィングボックスの温度は３５０°Ｃであった。軸の作動条件は、軸のストローク５０ｍｍ、作動速度２５ｍｍ／ｓｅｃ、往復両端での停止時間は１ｓｅｃ、作動回数は前述の如く２５００回×６サイクルであった。
この往復運動の際に行った各試験の結果を図１５乃至１８に示す。図１５は漏洩量試験、図１６は摺動抵抗試験（往復運動方向転換時）、図１７は摺動抵抗試験（一方向摺動時）、図１８は面圧試験の結果である。
【００４９】
＜試験結果＞
図１５に示す漏洩量試験の結果から判るように、実施例では終始にわたり漏洩量が殆どゼロであるが、比較例１では終始にわたりかなりの漏洩があり、比較例２では５０００回目あたりから漏洩が始まり、やがて漏洩量が急激に増える。よって、実施例に係るパッキンは各比較例よりも長期にわたって良好なシール性を高温高圧下で発揮することができる。
【００５０】
図１６、１７に示す摺動抵抗試験の結果から判るように、実施例の摺動抵抗は、比較例２の摺動抵抗よりも終始にわたって小さく、１５００回の往復運動を超えたあたりから比較例１の摺動抵抗よりも確実に小さくなり、往復回数が増えるにつれてその開きは大きくなっている。よって、実施例に係るパッキンは各比較例よりも長期にわたって良好な潤滑性を高温高圧下で発揮することができる。
【００５１】
図１８に示す面圧試験の結果から判るように、実施例の面圧は、比較例１、２の面圧よりも終始にわたって大きい。よって、実施例に係るパッキンは各比較例よりも長期にわたって良好な耐圧性ひいては高いシール性を高温高圧下で発揮することができる。
【００５２】
【発明の効果】
請求項１に記載のパッキン材料は、常温下、低圧下で使用される場合はもちろん、高温下、高圧下で使用されても十分な耐久性を維持することができ、いずれの場合も高い潤滑性（低トルク性）を長期に渡って維持することができる。更に、平繊繊維束の髭状繊維がパッキン材料表面に露出するのを防止して軸磨耗の防止を図ることができる。
従って、バルブ用或いはポンプ用のいずれに使用してもそれぞれに必要な機能を十分に発揮することができる。
このパッキン材料は、耐圧力性、耐熱性、潤滑性の全てにおいて高い性能を発揮するから、スタフィングボックスに詰め込む全てのグランドパッキンをこの材料一種で形成することができる。
請求項２記載のパッキン材料は、耐久性が更に向上し、更なる高圧下での使用が可能となる。
【００５３】
請求項３記載のグランドパッキンは、常温下、低圧下で使用される場合はもちろん、高温下、高圧下で使用されても十分な耐久性を維持することができ、高い潤滑性（低トルク性）を長期に渡って維持することができる。更に、平繊繊維束の髭状繊維がパッキン表面に露出するのを防止して軸磨耗の防止を図ることができる。
従って、バルブ用或いはポンプ用のいずれに使用してもそれぞれに必要な機能を十分に発揮することができる。
このグランドパッキンは、耐圧力性、耐熱性、潤滑性の全てにおいて高い性能を発揮するから、スタフィングボックスに詰め込む全てのグランドパッキンを一種で済ますことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における糸状体の一例を示す図である。
【図２】図１に示す糸状体を形成する様子を示す図であり、第１の積層テープを捩る様子を示す図である。
【図３】本発明における第１の積層テープ及び該積層テープを形成するために用いられる積層体を示す断面図である。
【図４】第１実施形態における糸状体の他の例を示す図である。
【図５】図４に示す糸状体を形成する様子を示す図であり、補強線材を中心としてこれを被覆するように第１の積層テープを捩る様子を示す図である。
【図６】第１実施形態に係るパッキン材料を形成する様子を示す図であり、糸状体の周囲に第２の積層テープを巻回する様子を示す図である。
【図７】本発明における第２の積層テープを帯幅方向に切断した状態で示す断面図であり、（ａ）は補強材の片面に膨張黒鉛テープを一体化した場合を示す図、（ｂ）は補強材の両面に膨張黒鉛テープを一体化した場合を示す図である。
【図８】本発明に係るパッキン材料を編組した状態の一例を示す図である。
【図９】本発明に係るパッキン材料を編組した状態の一例を示す図である。
【図１０】本発明に係るパッキン材料を編組した状態の一例を示す図である。
【図１１】本発明に係るパッキン材料を編組した状態の一例を示す図である。
【図１２】本発明に係るグランドパッキンの一例を示す図である。
【図１３】第２実施形態に係るパッキン材料を示す図であり、（ａ）は該パッキン材料を一部分解した状態で示す斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図１４】パッキンの性能試験における軸の摺動回数を示すグラフである。
【図１５】漏洩量試験の結果を示すグラフである。
【図１６】摺動抵抗試験（往復運動方向転換時）の結果を示すグラフである。
【図１７】摺動抵抗試験（一方向摺動時）の結果を示すグラフである。
【図１８】面圧試験の結果を示すグラフである。
【図１９】比較例１に係るパッキン材料の概略断面図である。
【図２０】比較例２に係るパッキン材料の概略断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・グランドパッキン
２・・・・・パッキン材料
３・・・・・編組体
４・・・・・第１の積層テープ
５・・・・・積層シート
６，６０・・膨張黒鉛テープ
７・・・・・平繊された炭素繊維束
８・・・・・接着剤層
９・・・・・補強用中芯材
１０・・・・補強線材
１１・・・・補強材
１２・・・・第２の積層テープ
２０・・・・糸状体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a packing material and a gland packing using this material. More specifically, the present invention maintains sufficient durability even when used at high temperature and high pressure as well as at normal temperature and low pressure. In any case, high lubricity can be maintained over a long period of time, and it can be used for both valves and pumps. In addition, all gland packings packed in the stuffing box can be used. The present invention relates to a gland packing that can be used as a single type and its material.
In this specification, “allowable tensile force” refers to the tensile force (kgf) when the material breaks, and the tensile strength (kgf / cm of the material). ² ) And the cross-sectional area of the material (cm ² ) Product.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a gland packing for sealing shafts of fluid equipment such as pumps and valves, there are those made of asbestos, carbonized fiber, carbon fiber, aramid resin fiber, etc. (For example, refer to Patent Document 1).
These gland packings are packed in a room formed between the shaft and the equipment casing, that is, in a stuffing box, and prevent fluid from leaking from between the shaft and the equipment casing.
[0003]
The performance required for the gland packing is slightly different between the pump and the valve.
In the shaft seal portion of the pump, high lubricity is first required so that the packing does not interfere with the high-speed rotation of the shaft body, and then high sealability and pressure resistance are required. Some leakage of fluid is allowed to escape because the frictional heat generated between the shaft and the packing is released.
On the other hand, in the shaft seal portion of the valve, first, high sealing performance and pressure resistance are required so that high pressure fluid does not leak at all, and then high lubricity is required. Since the valve shaft body performs rotational movement around the shaft and reciprocating linear motion in the axial length direction, a part of the packing is deformed and protrudes into the gap between the shaft body and the bearing. There were many cases where it rose rapidly. For this reason, pressure resistance is particularly important in valve packing.
Conventional gland packing cannot harmonize all of lubricity (low torque), pressure resistance, and heat resistance at a high level, and it is used under ultra-high pressure and high heat (for example, for valves of thermal power plants). There was nothing that could withstand long-term use.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-6-101864
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention was made in view of such circumstances, and can maintain sufficient durability even when used under high temperature and high pressure, as well as when used under normal temperature and low pressure, In any case, an object is to provide a gland packing that can maintain high lubricity for a long period of time and that can suffice with all the gland packings packed in the stuffing box, and a material thereof.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a flat fiber-like carbon fiber bundle. Both sides A first laminated tape formed by laminating and expanding expanded graphite tape is twisted into a filamentous body, and a plurality of reinforcing fibers or reinforcing wires are arranged substantially parallel to each other. Both sides The expanded graphite tape is laminated and integrated to form a second laminated tape, and the second laminated tape is wound around the filamentous body, and the reinforcing fiber is made of glass fiber or ceramic fiber fiber. Any one of carbon fibers, the reinforcing wire is a metal wire, and the second laminated tape is wound twice around the outer peripheral surface of the filament, and at this time, the winding directions are reversed. The packing material is characterized in that it is oriented and wound so as to cross each other.
The invention according to claim 2 is characterized in that the filament is obtained by twisting the laminated tape so that the first laminated tape covers the reinforcing core material. It is a packing material.
A third aspect of the present invention is a gland packing formed by braiding the packing material according to the first or second aspect and press-molding the braided body into a predetermined shape.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A gland packing according to the present invention and materials used for the packing will be described with reference to the drawings.
First, the packing material which concerns on 1st Embodiment of this invention is demonstrated.
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a filamentous body according to the first embodiment. FIG. 2 is a diagram showing how the filamentous body shown in FIG. 1 is formed, and is a diagram showing how the first laminated tape is twisted. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a first laminated tape and a laminated body used for forming the laminated tape in the present invention.
The gland packing (1) according to the present invention (see FIG. 12) is obtained by braiding a thread-like packing material (2) (see FIG. 6) and adding the braided body (3) (see FIGS. 8 to 11) to a predetermined shape. It is formed by pressure molding.
[0008]
The packing material (2) according to the first embodiment (see FIG. 6) is obtained by laminating an expanded graphite tape (6) on one side or both sides of a flat fiber-like carbon fiber bundle (7) (see FIGS. 2 and 3). The integrated first laminated tape (4) is twisted to form a thread-like body (20), and a plurality of reinforcing fibers or a plurality of reinforcing wires (10) (see FIG. 7) are arranged substantially parallel to each other. The expanded graphite tape (60) is laminated and integrated on one side (see FIG. 7 (a)) or both sides (see FIG. 7 (b)) of the reinforcing material (11) or the reinforcing material obtained by cutting the woven fabric into a strip shape. The laminated tape (12) (see FIGS. 6 and 7), and this second laminated tape (12) is wound around the filament (20).
[0009]
FIG. 2 shows a state when the first laminated tape (4) is twisted. The first laminated tape (4) is formed by cutting the laminated sheet (5) shown in FIG. 3 into a strip shape. The laminated sheet (5) is formed by laminating a flat carbon fiber bundle (hereinafter referred to as a flat fiber bundle) (7) and an expanded graphite sheet (61) via an adhesive layer (8). It is composed by doing. The adhesive layer (8) has both the original role of the adhesive and the role of the reinforcing material.
[0010]
The type of the adhesive layer (8) is not particularly limited, and can be composed of various adhesives such as an organic adhesive, an inorganic adhesive, and an inorganic / organic mixed adhesive, and the form thereof is also liquid, Various forms such as an emulsion, a film, and a non-woven fabric can be adopted. The arrangement method is not particularly limited, and various methods such as coating, thermocompression bonding, and spraying can be employed.
[0011]
In addition, it is preferable to use a water-soluble thermoplastic resin adhesive for the adhesive layer (8), and it is particularly preferable to use non-polluting polyvinyl alcohol. Polyvinyl alcohol can be disposed by being applied or sprayed on the surface of the expanded graphite sheet (61) or the surface of the carbon fiber bundle (7) in a liquid state. When arrange | positioning by spraying, it can arrange | position in the shape of a nonwoven fabric, for example.
[0012]
When polyvinyl alcohol (hereinafter referred to as PVA) is arranged in a nonwoven fabric, the adhesive layer (8) is formed by laminating PVA resin fibers in an irregular direction, and these resin fibers are fixed to each other. It is a sheet. The adhesive layer (8) having such a structure has a large tensile strength with respect to a tensile force in all directions, and particularly has a large tensile strength with respect to a tensile force in the axial direction in a state of being processed into a strip shape. It can be demonstrated.
[0013]
When the expanded graphite sheet (61) and the flat fiber bundle (7) are bonded, an adhesive layer (8) such as PVA is interposed between them and pressure is applied to both surfaces or heating is performed. By applying pressure, these can be firmly laminated and integrated.
[0014]
As the expanded graphite sheet (61), graphite powder such as natural graphite, pyrolytic graphite, quiche graphite, etc. is reacted with concentrated sulfuric acid, concentrated nitric acid, etc. to make an intercalation compound once, and then a residual compound is obtained through water washing, It is possible to use a sheet-like material obtained by compression-molding expanded flexible graphite itself obtained by rapid heating and expanding it with a roll material or the like.
[0015]
The density of the expanded graphite sheet (61) is not particularly limited, but is 0.80 to 2.2 g / cm. ^Three It is preferable that When the density is within this range, crystal-level irregularities are formed on the surface of the expanded graphite sheet (61), and an anchor effect can be produced on the layer laminated thereon. On the other hand, the density is 0.80 g / cm. ^Three If it is less than this, the texture of the tissue becomes too coarse, and the sealing performance when packing is deteriorated. Conversely, the density is 2.2 g / cm. ^Three If it exceeds 1, the texture of the tissue becomes too fine to make it difficult to produce an anchor effect, and there is a possibility that the flat fiber bundle (7) cannot be laminated satisfactorily.
[0016]
The thickness of the expanded graphite sheet (61) is not particularly limited, but is preferably about 0.10 to 1.5 mm, more preferably about 0.12 to 0.2 mm. If the thickness is less than 0.10 mm, the excellent heat resistance, corrosion resistance, and wear resistance of the expanded graphite cannot be expressed. Further, such an extremely thin material is difficult to manufacture and is not economical. Conversely, if the thickness exceeds 1.5 mm, the expanded graphite becomes brittle.
[0017]
The flat fiber bundle (7) reinforces the expanded graphite sheet (61), supplements the elasticity that tends to be insufficient in the expanded graphite sheet (61), and can also serve as a solid lubricant. . The flat fiber bundle (7) is laminated on the surface of the expanded graphite sheet (61) via the adhesive layer (8). As the lamination method, the above-described method can be adopted. However, when a heat fusion film is used as an adhesive, for example, a PVA nonwoven fabric, a PVA film, a polyethylene film, an olefin film, or a urethane film is used. Can do.
[0018]
The flat fiber bundle (7) is a belt-like fiber aggregate obtained by appropriately expanding a reinforcing fiber bundle such as a carbon fiber bundle from the original width to a required width. This flat fiber bundle (7) has excellent mechanical strength, and its properties such as mechanical strength hardly change between −200 ° C. and + 600 ° C., and low temperature characteristics and high temperature characteristics. Both are excellent. Therefore, the flat fiber bundle (7) can reliably reinforce the expanded graphite sheet (61) not only in a normal temperature range but also in a severe temperature environment. Further, since the flat fiber bundle (7) has excellent lubricity and sealing properties, if the thread-like body (20) is configured so that it is located outside, the packing excellent in lubricity and sealing properties (1) can be obtained. Moreover, since the flat fiber bundle (7) is excellent in corrosion resistance and wear resistance, it can withstand long-term use even in harsh environments such as chemical plants. The thickness of the flat fiber bundle (7) is preferably 0.01 to 0.5 mm, more preferably 0.15 to 0.2 mm, and 0.01 to 0.02 mm. You can also. This is because if the thickness is less than 0.01 mm, sufficient lubricity and sealing properties cannot be obtained, and conversely if the thickness exceeds 0.5 mm, sufficient flexibility cannot be obtained.
[0019]
The production method of the flat fiber bundle (7) is not particularly limited, and for example, a fiber bundle called a multifilament (carbon fiber bundle) can be thinned and widened using ultrasonic waves or fluid flow. However, it is preferable that the carbon fiber bundle is flattened to a thickness of several tens of μm or less.
[0020]
In the production process of the first laminated tape (4), there is a process of cutting the laminated sheet (5) into strips, but the fibers in the flat fiber bundle are arranged very densely and uniformly, A large frictional force works between the fibers. Accordingly, the fibers are strongly connected in the axial direction and the direction perpendicular to the axis, and the first laminated tape (4) becomes a single belt-like body having a high tensile strength. Usually, a flat fiber bundle is a dense collection of carbon fibers of various lengths aligned in a direction. In other words, discontinuous carbon fibers are continuously dense in the axial direction and the direction perpendicular to the axis. Are arranged. In this fiber assembly, as described above, the fibers are connected to each other with a large frictional force, and even if they are cut obliquely, a single strong band-like body can be obtained.
[0021]
The width of the first laminated tape (4) is 5 to 30 mm, preferably 5 to 25 mm. When the width exceeds 30 mm, the first laminated tape (4) is less flexible and difficult to be processed into a thread-like body (20). On the other hand, when the width is less than 5 mm, the allowable tensile force of the first laminated tape (4) is extremely reduced, and there is a possibility of breaking when processing the thread-like body (20). If the first laminated tape (4) has a band width of 5 to 30 mm, the first laminated tape (4) has a sufficient allowable tensile force, and therefore there is no possibility of breaking during twisting.
[0022]
Since the first laminated tape (4) is reinforced with the flat fiber bundle (7) and the adhesive layer (8), it can be formed relatively thin. Therefore, sufficient flexibility can be ensured not only for the first laminated tape (4) having a band width of about 5 to 10 mm but also for the first laminated tape (4) having a band width of more than 10 mm. When the thread-like body (20) is configured using the first laminated tape (4) having a width of 5 to 10 mm, a multi-strand string body (3) such as twenty-four strokes, thirty-two strokes may be configured. it can. Further, the multi-strand string body (3) can be composed of thread bodies (20) of various thicknesses. Thereby, since the inside of a string body (3) can be made into the state tightly packed, packing (1) with very high sealing performance can be obtained.
[0023]
The thread-like body (20) is obtained by twisting the first laminated tape (4) into a thread shape. When the first laminated tape (4) has the expanded graphite sheet (6) only on one side of the flat fiber bundle (7), in the twisting process of the tape (4), the flat fiber Either the bundle (7) may be processed so that it is located on the outside or the expanded graphite sheet (61) may be processed so that it is located on the outside, but the flat fiber bundle (7) is on the inside. When twisted so as to be positioned, a part of the fibers can be prevented from being exposed to the outer surface of the packing when the packing is configured.
[0024]
The twisting method of the first laminated tape (4) in the present invention is not particularly limited, but the first laminated tape (4) folded at the center in the width direction is tightly twisted, Alternatively, a method of twisting without folding (see FIG. 2) can be employed.
[0025]
The number of twists is preferably about 55 to 70 times per meter. It has been confirmed by the inventors that the number of times is such that the strength of the filamentous body (20) becomes very high.
A flat fiber bundle (7) formed by flattening carbon fiber bundles such as carbon fiber multifilaments is excellent in lubricity, wear resistance, corrosion resistance, mechanical strength, and sealing properties. By using the flat fiber bundle (7) as a material, a packing (1) excellent in lubricity, wear resistance, corrosion resistance, mechanical strength, and sealability can be obtained.
[0026]
Moreover, since this thread-like body (20) is excellent in flexibility, complicated braiding can be easily performed, and even if complicated processing is performed, the laminated sheet (4) does not break. Moreover, since the 1st laminated tape (4) which comprises a filament (20) has sufficient allowable tensile force, there is no possibility of fracture | rupture in the case of a braiding process.
[0027]
In addition, as shown to FIG. 4 and FIG. 5, the structure provided with the center core material (9) for reinforcement may be sufficient as the filamentous body (20). Specifically, the first laminated tape (4) is formed around the reinforcing core material (9) as a core so that the first laminated tape (4) covers the reinforcing core material (9). As shown in FIG. 5, a twisted structure can be adopted. In this case, the allowable tensile force of the filamentous body (20) can be improved as compared with the case where the first laminated tape (4) is used alone. The material of the reinforcing core material (9) is not particularly limited. For example, metal such as monel metal, inconel, chrome iron, stainless steel, copper, aluminum, glass fiber, ceramic fiber fiber, or aramid resin, Packing such as synthetic resin fibers made of polytetrafluoroethylene resin (PTFE), nylon resin, acrylic resin, phenol resin, etc., or those synthetic resin fibers impregnated with lubricating oil, or carbides, asbestos, etc. of these synthetic resin fibers Any material can be suitably used as long as it has a necessary strength as an application material.
[0028]
The reinforcing core material (9) is preferably about 0.15 to 0.3 mm in diameter, and more preferably about 0.25 mm. With such a diameter, the first laminated tape (4) can be easily twisted. Moreover, although this reinforcing core material (9) may be used by one piece, it may be used by multiple pieces so that it may mention later. When used alone, for example, the reinforcing core material (9) may be used as it is without being braided, or may be used in a state of being braided into a string. Moreover, when using with two or more, the reinforcing core material (9) may be used in a bundle, or may be used in a state in which the bundle is braided into a string after being bundled. The cross-sectional shape of each single wire constituting the reinforcing core material (9) is not particularly limited, and various shapes such as a circular cross-section, a long square cross-section, and an oval cross-section can be adopted.
[0029]
The second laminated tape (12) has an expanded graphite tape (on one or both sides of a reinforcing material (11) comprising a plurality of reinforcing fibers or a plurality of reinforcing wires (10) or a reinforcing material obtained by cutting a woven fabric into a strip shape. 60).
The second laminated tape (12) serves as a solid lubricant and a reinforcing member, and prevents the fibers of the flat fiber bundle from protruding into the surface of the packing material (2). it can.
By the way, when the fibers of the flat fiber bundles protrude in a hook shape on the surface of the packing material (2), the hook fibers protrude on the surface of the gland packing formed by pressure molding. This saddle-like fiber causes premature wear of a shaft member such as a rotating shaft, which in turn causes fluid leakage from a valve or the like.
[0030]
The reinforcing material (11) may be composed of a plurality of reinforcing fibers or a plurality of reinforcing wires (10), or may be a woven fabric cut into a strip shape.
The material of the reinforcing fiber, the reinforcing wire (10), and the woven fabric is not particularly limited. For the reinforcing wire, for example, metals such as Monel metal, Inconel, stainless steel, copper, and aluminum can be used. For example, glass fiber, ceramic fiber fiber, or synthetic resin fiber made of aramid resin, polytetrafluoroethylene resin (PTFE), nylon resin, acrylic resin, phenol resin, etc., or these synthetic resin fibers are impregnated with lubricating oil For example, a cotton yarn woven fabric can be used as the woven fabric.
[0031]
When the reinforcing material (11) is composed of reinforcing fibers or reinforcing wires (10) (see FIG. 7), a plurality of reinforcing fibers or reinforcing wires (10) are arranged substantially parallel to each other as a whole. A band-shaped reinforcing material (11) is formed so as to have a band shape.
An expanded graphite tape (60) is laminated and integrated on one surface or both surfaces of the strip-shaped reinforcing material (11) to form a second laminated tape (12). The strip-shaped reinforcing material (11) and the expanded graphite tape (60) can be integrated using, for example, various adhesives.
[0032]
The thickness of the second laminated tape (12) is not particularly limited, but when the expanded graphite tape (60) is provided on one side of the reinforcing material (11), for example, it can be 0.2 mm, When it is provided on both sides, it can be 0.35 mm, for example.
The width of the second laminated tape (12) is not particularly limited, but is preferably 10 to 20 mm, more preferably 15 mm.
When the width of the second laminated tape (12) exceeds 20 mm, the flexibility of the second laminated tape (12) decreases, and it becomes difficult to wind around the first laminated tape (4). In the rotating state, unevenness occurs in the width of the overlapping portion of the tape. On the other hand, if the width is less than 10 mm, the allowable tensile force of the second laminated tape (12) is extremely reduced, and there is a risk of breaking during winding.
[0033]
The second laminated tape (12) is wound around the outer peripheral surface of the filamentous body (20) in a single or double manner (in the example shown in FIG. 6, it is single). If it is wound twice, the lubricity and sealing properties can be further improved. In the case of double, when the winding directions are opposite to each other and wound so as to cross each other, the sealing property and durability of the packing material (2) can be further enhanced. In addition, if the winding is performed twice so that the winding directions are opposite to each other, the same degree of sealing performance and durability can be achieved with respect to the rotating shaft rotating in either the left rotation or the right rotation. be able to.
In addition, it is preferable that the 2nd laminated tape (12) is wound so that edges may overlap.
When the second laminated tape (12) has the expanded graphite tape (60) only on one side of the reinforcing material (11), the reinforcing material (11) is positioned inside the tape (12). It is preferable to be wound around the filament (20). This is to prevent the reinforcing material (11) from being exposed to the outer surface when the packing is configured.
[0034]
By braiding the thread-like packing material (2) obtained in this way, a string body (3) in the form of a braided string, a striking string, a braided string or the like can be configured. Specifically, by braiding one or a plurality of packing materials (2), a string body in the form of a braided string such as a circular braided string or a square braided string, or a striking string such as a round punched string or a square punched string. (3) can be configured. In addition, a string body (3) having a form such as a bag-like string or a fixed string can be formed. It should be noted that in the case of a striking string, arbitrary striking methods such as four striking, eight striking, sixteen striking, eighteen striking, twenty-four striking, thirty-two striking are possible.
[0035]
The string (3) has a structure in which the expanded graphite tape is located on the outside.
When PVA is used as the adhesive layer (8), the PVA layer is located inside the string (3), but the PVA layer is removed after the formation of the string (3). Also good. Although the PVA layer is excellent as a reinforcing material, it has the property of easily causing stress relaxation. Therefore, by removing this, it is possible to prevent stress relaxation from occurring in the string (3). . Thereby, stress relaxation can be prevented from occurring in the packing (1). The reinforcing material is required when the tensile force is most applied to the expanded graphite tape (6), that is, when the string (20) is configured and when the string (3) is configured. There is no problem even if the PVA layer is removed after the construction of 3).
[0036]
When removing the PVA layer, it is preferable to impregnate the string (3) with a liquid resin. This is because when the PVA layer is removed, voids are formed in the portion where the PVA layer was present. If the string body (3) is impregnated with a liquid resin, the voids can be filled with the liquid resin. By filling the gap with the liquid resin, it is possible to prevent the fluid from passing through the string (3) when the packing (1) is used in the stuffing box. Therefore, the sealing performance of the packing (1) can be improved.
[0037]
Examples of the liquid resin impregnated in the string (3) include fluorine resins such as polytetrafluoroethylene (PTFE), silicone resins, water-soluble phenol resins, glass, alumina, silica gel, micro mica, graphite, titanium, and the like. An emulsion resin containing inorganic fine powder of The string (3) can be impregnated with one or more liquid resins selected from the group consisting of these liquid resins. Examples of the impregnation method include natural impregnation (impregnation with dough), heating impregnation, vacuum impregnation and the like.
[0038]
The packing (1) is obtained by press-molding the string (3). The packing (1) is formed in a ring shape, for example, as shown in FIG. The packing (1) formed in a ring shape is packed in a stuffing box and can be suitably used as a packing for shaft sealing of a fluid device. As described above, the packing (1) has a structure in which the expanded graphite tape (60) is positioned on the surface thereof. Therefore, it can be set as the packing (1) excellent in lubricity, sealing performance, abrasion resistance, mechanical strength, and corrosion resistance.
[0039]
When the gland packing (1) is composed of the packing material (2) that does not have the reinforcing core material (9), the gland packing (1) is usually used for pressure fluid (valve) of 150 to 2500 psi. Under these conditions, sufficient durability and lubricity (low torque) can be exhibited. For 1500 psi pressure fluid, for example, it can be used in petroleum and petrochemical plants, and for 2500 psi pressure fluid, for example, it can be used in nuclear power plants.
[0040]
When the gland packing (1) is composed of the packing material (2) having the reinforcing core material (9), this gland packing (1) is usually used for pressure fluid (valve) of 150 to 4500 psi. Under these conditions, sufficient durability and lubricity (low torque) can be exhibited. For a pressure fluid of 4500 psi, for example, use in a thermal power plant is conceivable.
In addition, in any of the above-described embodiments, even if the shaft is used for a shaft seal portion of a fluid device whose rotating shaft rotates at a high speed under a high PV value (a peripheral speed of the rotating shaft of 25 m / sec or more) (for a pump), sufficient It can have lubricity and durability.
[0041]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 13 is a view showing a packing material according to the second embodiment.
In the packing material (2) according to the second embodiment, instead of the second laminated tape (12) in the first embodiment, an expanded graphite tape is provided on one side or both sides of a flat fiber-like carbon fiber bundle (7). A third laminated tape (21) obtained by laminating and integrating (6) is wound around the thread-like body (20) in the first embodiment.
As the filament (20), the same one as in the first embodiment can be used. The third laminated tape (21) can be the same as the first laminated tape (4).
When the third laminated tape (21) has the expanded graphite tape (6) only on one side of the band-like carbon fiber bundle (7), the band-like carbon fiber bundle (7) is positioned inside. It is preferable that the tape (21) is wound around. This is to prevent the carbon fiber bundle (7) from being exposed to the outer surface when the packing is configured.
[0042]
The filamentous body (20) may have a structure in which the reinforcing core material (9) is wound inside, as in the first embodiment. The material of the reinforcing core material (9) can be the same as in the first embodiment.
In the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
[0043]
【Example】
Next, the effect of the packing material according to the present invention will be introduced to clarify the effect. The packing material according to the present invention is not limited to the following examples.
[0044]
(Example)
The Example which concerns on this invention was manufactured as follows, and the packing material which concerns on this Example was pressure-molded, and the gland packing was obtained. In this example, the packing material according to the second embodiment was configured.
First, a first laminated tape is formed by laminating and expanding expanded graphite tape on both sides of a flat-fiber band-like carbon fiber bundle, and the first laminated tape covers the reinforcing core material, A thread-like body was formed by twisting the first laminated tape around the reinforcing core material as a core.
The reinforcing core material was Inconel wire, and its diameter was 0.25 mm.
The thickness of the flattened carbon fiber bundle was 0.02 mm, and the band width was 20 mm.
The expanded graphite tape had a thickness of 0.2 mm and a band width of 20 mm.
[0045]
Next, a third laminated tape is formed by laminating and expanding an expanded graphite tape on one side of a strip-like carbon fiber bundle that is flattened, and the third laminated tape is wound around the filament to obtain a cross-section. A rectangular packing material was obtained. The third laminated tape was wound so that the expanded graphite tape appeared outside. The length of one side of the packing material was 6.5 mm.
The thickness and band width of the flat fiber carbon fiber bundle and the thickness and band width of the expanded graphite tape in the third laminated tape were the same as those of the first laminated tape.
Next, the packing material was braided, and the braided body was pressure-molded into a ring shape to obtain a gland packing.
[0046]
(Comparative Example 1)
FIG. 19 is a schematic cross-sectional view of a packing material according to Comparative Example 1.
As shown in FIG. 19, a packing material (32) having a quadrangular cross section was formed by braiding the periphery of an expanded graphite tape (33) which was laminated to form a string (33) with an Inconel wire (31). The string-like body (33) had a quadrangular cross section, and its one side was 9.38 mm. The diameter of the Inconel wire (31) was 0.12 mm. The length of one side of the square cross section of the packing material (32) was 9.5 mm.
Next, the packing material (32) was braided, and the braided body was press-molded into a ring shape to obtain a gland packing.
[0047]
(Comparative Example 2)
FIG. 20 is a schematic cross-sectional view of a packing material according to Comparative Example 2.
As shown in FIG. 20, the periphery of the thinly sliced expanded graphite tape (34) is braided with an Inconel wire (35) to form a thread (36), and the thread (36) is braided. Thus, a packing material (37) having a square cross section was formed. The expanded graphite tape had a thickness of 0.29 mm and a slice width of 6.5 mm. The diameter of the Inconel wire (35) was 0.10 mm. Moreover, the length of one side of the square cross section of the packing material (37) was 9.5 mm.
Next, the packing material (37) was braided, and the braided body was press-molded into a ring shape to obtain a gland packing.
[0048]
<Test method>
The ring-shaped gland packing according to the example, the comparative example 1 and the comparative example 2 is put in the stuffing box, and the sealing performance, lubricity, and pressure resistance of the gland packing generated in relation to the shaft (valve rod) passing through the packing. The properties were tested by reciprocating sliding of the shaft (valve rod).
Leakage test as a test to test sealing performance, sliding resistance test as a test to test lubricity (when reciprocating direction is changed, sliding in one direction), surface between packing and shaft (valve stem) as a test to test pressure resistance A pressure change test was performed.
The reciprocating motion of the shaft (valve rod) was 2500 times as one cycle, and this cycle was repeated 6 times to finally perform the reciprocating motion 15000 times (see FIG. 14). Hot water was used as the pressurized fluid for each test, and the temperature of the stuffing box was 350 ° C. The operating conditions of the shaft were a shaft stroke of 50 mm, an operating speed of 25 mm / sec, a stop time at both reciprocating ends of 1 sec, and the number of operations was 2500 times × 6 cycles as described above.
The results of each test performed during this reciprocating motion are shown in FIGS. FIG. 15 shows the results of the leakage amount test, FIG. 16 shows the results of the sliding resistance test (when the direction of reciprocating motion is changed), FIG. 17 shows the results of the sliding resistance test (when slid in one direction), and FIG.
[0049]
<Test results>
As can be seen from the results of the leakage amount test shown in FIG. 15, the leakage amount is almost zero throughout the example, but in Comparative Example 1, there is considerable leakage throughout the entire period, and in Comparative Example 2, there is leakage from around the 5000th time. Beginning, the amount of leakage increases rapidly. Therefore, the packing which concerns on an Example can exhibit favorable sealing performance under high temperature and high pressure over a long term rather than each comparative example.
[0050]
As can be seen from the results of the sliding resistance test shown in FIGS. 16 and 17, the sliding resistance of the example is smaller than the sliding resistance of the comparative example 2 from beginning to end, and the comparative example from around 1500 reciprocating motions. The sliding resistance is surely smaller than 1, and the opening increases as the number of reciprocations increases. Therefore, the packing which concerns on an Example can exhibit favorable lubricity under high temperature and high pressure over a long term rather than each comparative example.
[0051]
As can be seen from the results of the surface pressure test shown in FIG. 18, the surface pressure of the example is higher than the surface pressure of Comparative Examples 1 and 2 throughout. Therefore, the packing which concerns on an Example can exhibit favorable pressure resistance by extension over a long period of time compared with each comparative example, and also high sealing performance under high temperature and pressure.
[0052]
【The invention's effect】
Claim 1 The packing material described in 1 can maintain sufficient durability even when used under normal temperature and low pressure, as well as high temperature and high pressure. Torque characteristics) can be maintained over a long period of time. Furthermore, it is possible to prevent the shaft-like wear by preventing the rod-like fibers of the flat fiber bundle from being exposed to the surface of the packing material.
Therefore, even if it is used for either a valve or a pump, the functions necessary for each can be sufficiently exhibited.
Since this packing material exhibits high performance in all of pressure resistance, heat resistance, and lubricity, all gland packings packed in the stuffing box can be formed of this kind of material.
Claim 2 The described packing material is further improved in durability and can be used under higher pressure.
[0053]
Claim 3 The gland packing described can maintain sufficient durability even when used under normal temperature and low pressure, as well as high temperature and high pressure, and has high lubricity (low torque) for a long time. Can be maintained across. Furthermore, it is possible to prevent the shaft-like wear by preventing the rod-like fibers of the flat fiber bundle from being exposed on the packing surface.
Therefore, even if it is used for either a valve or a pump, the functions necessary for each can be sufficiently exhibited.
This gland packing exhibits high performance in all of pressure resistance, heat resistance, and lubricity, so all gland packings packed in the stuffing box can be handled by one kind.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of a filamentous body according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing how the filamentous body shown in FIG. 1 is formed, and is a diagram showing how the first laminated tape is twisted.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a first laminated tape and a laminated body used for forming the laminated tape in the present invention.
FIG. 4 is a view showing another example of the filamentous body in the first embodiment.
5 is a diagram showing a state of forming the filamentous body shown in FIG. 4, and is a diagram showing a state of twisting the first laminated tape so as to cover the reinforcing wire rod as a center. FIG.
FIG. 6 is a view showing a state in which a packing material according to the first embodiment is formed, and is a view showing a state in which a second laminated tape is wound around the filamentous body.
7 is a cross-sectional view showing the second laminated tape of the present invention cut in the band width direction, and (a) is a diagram showing a case where an expanded graphite tape is integrated on one side of a reinforcing material, FIG. ) Is a view showing a case where expanded graphite tape is integrated on both sides of a reinforcing material.
FIG. 8 is a view showing an example of a braided packing material according to the present invention.
FIG. 9 is a view showing an example of a braided packing material according to the present invention.
FIG. 10 is a view showing an example of a braided packing material according to the present invention.
FIG. 11 is a view showing an example of a braided packing material according to the present invention.
FIG. 12 is a view showing an example of a gland packing according to the present invention.
13A and 13B are views showing a packing material according to a second embodiment, wherein FIG. 13A is a perspective view showing the packing material in a partially exploded state, and FIG. 13B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. is there.
FIG. 14 is a graph showing the number of sliding shafts in a packing performance test.
FIG. 15 is a graph showing the results of a leakage amount test.
FIG. 16 is a graph showing the results of a sliding resistance test (at the time of reciprocal movement direction change).
FIG. 17 is a graph showing the results of a sliding resistance test (when sliding in one direction).
FIG. 18 is a graph showing the results of a surface pressure test.
19 is a schematic cross-sectional view of a packing material according to Comparative Example 1. FIG.
20 is a schematic cross-sectional view of a packing material according to Comparative Example 2. FIG.
[Explanation of symbols]
1 ... Grand packing
2. Packing material
3 ... Braided body
4 ... 1st laminated tape
5 ... Laminated sheet
6,60 ... Expanded graphite tape
7 ・・・・・ Flat carbon fiber bundle
8: Adhesive layer
9 ... Reinforcing core material
10 ... Reinforcing wire
11. Reinforcing material
12... Second laminated tape
20... Filamentous body

Claims

A first laminated tape formed by laminating and expanding expanded graphite tape on both sides of a flat-fiber band-like carbon fiber bundle is twisted to form a thread, and a plurality of reinforcing fibers or reinforcing wires are arranged substantially parallel to each other. A packing material formed by laminating and expanding an expanded graphite tape on both sides of a reinforcing material to form a second laminated tape, and winding the second laminated tape around the filament.
The reinforcing fiber is one of glass fiber, ceramic fiber fiber, carbon fiber,
The reinforcing wire is a metal wire,
The second laminated tape is double-wound around the outer peripheral surface of the filamentous body, and at this time, the winding directions of the second laminated tape are opposite to each other and intersect with each other. And packing material.

2. The packing material according to claim 1, wherein the thread-like body is obtained by twisting the laminated tape so that the first laminated tape covers the reinforcing core material.

A gland packing formed by braiding the packing material according to claim 1 or 2 and press-molding the braided body into a predetermined shape.