JP5307475B2 - 膨張黒鉛シートガスケット - Google Patents

Description

本発明は、アラミド繊維で補強された膨張黒鉛シートガスケットに関するものである。

配管フランジ等の金属シール面間をシールするために使用されるシートガスケットとしては、伝統的に、石綿ジョイントシートが使用されていたが、近時、石綿資源の枯渇に加えて石綿が健康，環境衛生上の問題（例えば、肺気腫等の原因となる等）が指摘されるに至り、その代替品として非石綿系シートガスケットが種々提案されている。

このような非石綿系シートガスケットとしては、一般に、シール性及び耐熱性に優れた膨張黒鉛製のものが公知である（例えば、特許文献１又は特許文献２を参照）が、かかる膨張黒鉛シートガスケットは引張強度等の機械的強度に劣るという宿命的な欠点を有していた。

そこで、従来からも、このような膨張黒鉛シートガスケットの欠点を補うべく、有機繊維等で補強することが提案されており、特に石綿繊維に類似する繊維質のアラミド繊維で補強された膨張黒鉛シートガスケットが石綿ガスケット代替品として好適するものとして実用されている（例えば特許文献３又は特許文献４を参照）。

特開昭５３−１１２２９３号公報 特開平０６−１０１７６３号公報 特開昭６０−０７１５７８号公報 特開昭６３−０７２７８０号公報

しかし、アラミド繊維で補強された膨張黒鉛シートガスケットにあっても、その保守管理上、重大な問題が生じていた。すなわち、シール面であるフランジ等の金属面には、ガスケットがこれらの間に挟圧されることにより、ガスケット表面が強固に接着する。これはガスケット表面の黒鉛が金属面に接触することにより所謂パイ電子結合を生じることが主たる原因であるが、当該ガスケットの使用状態によって（被シール流体が高温流体であり、当該ガスケットが高温に晒される等）、ガスケット表面の金属面への接着は更に強固となる。而して、このようにガスケットがシール面に強固に接着すると、ガスケット交換時においてガスケットをシール面から容易に引き剥がすことができず、ガスケットの一部が破損して金属シール面に付着したまま残留することになる。したがって、ガスケット交換作業を行う都度、シール面の残留物除去，清掃を行う必要があるため、作業効率が頗る悪く、また作業者に必要以上の労働負担を強いることにもなっていた。

本発明は、このような点に鑑みて、膨張黒鉛特有のシール性能を阻害することなく、金属シール面に強固に接着することなく、ガスケット交換作業を容易且つ効率良く行うことができる膨張黒鉛シートガスケットを提供することを目的とするものである。

本発明は、上記の目的を達成すべく、アラミド繊維（芳香族ポリアミド繊維）で補強された膨張黒鉛シートからなるガスケット本体の表面に、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）ディスパージョンに当該ＰＴＦＥディスパージョン１００部に対して１５部を超えない範囲で層状鉱物を分散配合すると共に防食剤として当該ＰＴＦＥディスパージョン１００部に対して３〜９部の亜硝酸ナトリウムを添加した固着防止剤を塗工することによって、膜厚が３〜８μｍの固着防止膜を形成したことを特徴とする膨張黒鉛シートガスケットを提案する。ガスケット本体としては、アラミド繊維で補強された膨張黒鉛シートからなる周知，市販の膨張黒鉛シート（例えば、特許文献３，４に開示されたもの等）を使用条件に応じて任意に使用することができる。

例えばシール面の材質が耐食性に優れない鉄材で構成されているような場合にも、防食剤として亜硝酸ナトリウムを添加した固着防止剤を塗工することによって固着防止膜を形成しておくと、金属シール面の腐食が効果的に防止され、それによって当該ガスケットのシール面からの剥離性が更に向上することになる。亜硝酸ナトリウムの配合量は、上記した如くＰＴＦＥディスパージョン１００部に対して３〜９部の範囲で適宜に設定されるが、亜硝酸ナトリウムの配合量が３部未満では金属シール面の防食効果が十分に発揮されない。一方、亜硝酸ナトリウムの配合量が９部を超えても、当該防食効果が飽和して、飛躍的に向上するものでなく、却って固着防止膜による剥離性向上機能を阻害する虞れがある。

固着防止剤に添加される層状鉱物としては、セリサイト、マイカ、バーミキュライト又はタルクやこれらを複数種混合したものを使用することが好ましく、その配合量は、上記した如くＰＴＦＥディスパージョン１００部に対して１５部を超えない範囲で適宜に設定される。層状鉱物の配合量が多くなるに伴ってシール面に対する剥離性は向上するが、それがＰＴＦＥディスパージョン１００部に対して１５部を超えると、固着防止膜が膨張黒鉛シートガスケット本来のシール特性を阻害し、シール性が低下する虞れがある。また、固着防止膜の膜厚は、上記した如く３〜８μｍの膜厚のものとされ、均一な薄膜であることが好ましい。膜厚が３μｍ未満では固着防止膜によるシール面に対する剥離性向上効果が顕著に発揮されないし、逆に膜厚が８μｍを超えると、固着防止膜を形成することによるガスケットの柔軟性やシール性が低下して、膨張黒鉛シートガスケット本来の特性を阻害する。

本発明によれば、ガスケット表面に形成した固着防止膜によって金属シール面からの剥離を容易にし、ガスケット交換作業を効率よく容易に行うことができる、実用的極めて大なる膨張黒鉛シートガスケットを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明に係る膨張黒鉛シートガスケットの使用形態の一例を示す縦断側面図であり、図２はその要部を拡大して示す詳細図である。

図１に示す膨張黒鉛シートガスケットＡは、金属製の配管フランジＢ，Ｂ間に挟圧状態で装填されるものであり、フランジＢの平面形状に応じた環状形態をなしている。

この膨張黒鉛シートガスケット１は、図２に示す如く、ガスケット本体Ｃの表面に固着防止膜Ｄを形成してなる。なお、固着防止膜Ｄは、当該ガスケットＡにより金属シール面（この例ではフランジＢ，Ｂの対向端面）に接触するガスケットの両面（表裏面）に形成しておくものである。

ガスケット本体Ｃは、アラミド繊維で補強された膨張黒鉛シートからなるものであればよく、周知の膨張黒鉛シートガスケット（例えば、特許文献３，４に開示されるもの又は市販のもの（日本ピラー工業（株）製の「ピラーテクノグラフシートシリーズ＃５６００」等）を使用条件に応じて選択して使用することができる。

固着防止膜Ｄは、ＰＴＦＥディパージョンに層状鉱物を分散配合させた固着防止剤をガスケット表面に塗布等により塗工することにより形成される。ＰＴＦＥディスパージョンは、ＰＴＦＥ（ポリテトラフロオロエチレン）の微粒子を水に分散させた液体（水分散体）であり、具体的には、例えば、三井・デュポンフロロケミカル株式会社製「ＰＴＦＥディスパージョン３４ＪＲ」を使用することができる。層状鉱物としては、例えば、セリサイト、マイカ、バーミキュライト又はタルクやこれらを複数種混合したものを使用することができる。なお、バーミキュライトは、一般には市販の園芸用のものを使用することができるが、必要に応じて、硫酸処理したものを使用することができる。硫酸処理は、硫酸添加によりこれをバーミキュライト層間に浸透させ、その後に過酸化水素水を添加してバーミキュライト層間を膨らませることによって、バーミキュライト体積を処理前の１０倍以上に増大させ、より柔軟な薄片を得られるようにするものである。層状鉱物のの配合量（複数種の層状鉱物を使用する場合は、それらの合計量）は、ＰＴＦＥディスパージョン１００部に対して１５部を超えない範囲で適宜に設定しておくことが好ましい。１５部を超えると、固着防止膜を形成することによってガスケット本来の特性（シール性等）を損なう虞れがあるからである。層状鉱物は、微粉状に粉砕した形態でＰＴＦＥディスパージョンに分散配合するが、その分散配合方法は任意である。例えば、後述する如く、層状鉱物をＰＴＦＥディスパージョンと共にミキサーに投入して、ミキサーにより粉砕しつつＰＴＦＥディスパージョンに分散混合させる。

固着防止膜Ｄは、前述した如く、３〜８μｍの均一な薄膜とされるが、その塗工方法は、このような均一な膜厚の薄膜Ｄをガスケット表面に形成できるものであればよく、周知，公知の方法から任意に選択することができる。

ところで、配管フランジ等の金属シール面に腐食（孔食）が生じていると、ガスケットＡの金属シール面への固着がより強固となる。したがって、金属シール面の材質が腐食する可能性のあるもの（例えば鉄製フランジ）である場合には、金属シール面の腐食を防止するために、固着防止剤に防食剤として亜硝酸ナトリウムを加添させておく。亜硝酸ナトリウムの配合量は、前述したように、ＰＴＦＥディスパージョン１００部に対して３〜９部の範囲で適宜に設定される。

実施例及び参考例として、上記した形態の膨張黒鉛シートガスケットＡを複数種製作した。すなわち、後述するように固着防止膜Ｄを形成するために使用した固着防止剤の組成のみが異なる本発明に係る膨張黒鉛シートガスケット（以下「実施例ガスケット」という）Ａ１１及び参考例としての膨張黒鉛シールガスケット（以下「参考例ガスケット」という）Ａ１〜Ａ１０を製作した。

各ガスケットＡ１〜Ａ１１においては、ガスケット本体Ｃとして日本ピラー工業（株）製「ピラーテクノグラフシートシリーズ＃５６００」を使用した。

また、ＰＴＦＥディスパージョンに層状鉱物を添加した固着防止原料をミキサーで５分間粉砕，混合することにより、ＰＴＦＥディスパージョンに微粉状の層状鉱物が分散配合された固着防止剤を得て、この固着防止剤をガスケット本体Ｃの両面（表裏面）に塗工することにより、ガスケット本体Ｃの両面に均一な５μｍの膜厚の固着防止膜Ｄを形成した。但し、実施例ガスケットＡ１１においては、固着防止剤として、上記の如くＰＴＦＥディスパージョンに微粉状の層状鉱物が分散配合されたものに更に防食剤として亜硝酸ナトリウムを添加したものを使用した。亜硝酸ナトリウムの配合量は、ＰＴＦＥディスパージョン１００部に対して４部とした。ＰＴＦＥディスパージョンとしては、三井・デュポンフロロケミカル（株）製「ＰＴＦＥディスパージョン３４ＪＲ」を使用した。

各ガスケットＡ１〜Ａ１１において、固着防止剤に含有される層状鉱物及びその配合量は表１に示す通りである。

すなわち、参考例ガスケットＡ１〜Ａ５においては、層状鉱物としてマイカの一種であるセリサイト（脇田工業（株）製「セリサイトマイカＭＫ」）を使用した。ＰＴＦＥディスパージョン１００部に対するセリサイトの配合量は、ガスケットＡ１においては１部、ガスケットＡ２においては４部、ガスケットＡ３においては７部、ガスケットＡ４においては１０部、ガスケットＡ５においては１５部とした。

また、参考例ガスケットＡ６においては、層状鉱物としてバーミキュライト（市販の園芸用バーミキュライト）と参考例ガスケットＡ１〜Ａ５において使用したものと同一のセリサイトとの混合物を使用し、ＰＴＦＥディスパージョン１００部にセリサイト５部とバーミキュライト５部とを分散配合させた固着防止剤により固着防止膜Ｄを形成した。

また、参考例ガスケットＡ７においては、層状鉱物としてタルク（日本タルク（株）製「タルクＭＳ」）とガスケットＡ６において使用したものと同一のセリサイト及びバーミキュライトとの混合物を使用し、ＰＴＦＥディスパージョン１００部にセリサイト５部とバーミキュライト５部とタルク３部とを分散配合させた固着防止剤により固着防止膜Ｄを形成した。

また、参考例ガスケットＡ８においては、層状鉱物としてガスケットＡ７において使用したものと同一のタルクを使用し、ＰＴＦＥディスパージョン１００部にタルク１０部を分散配合させた固着防止剤により固着防止膜を形成した。

また、参考例ガスケットＡ９においては、層状鉱物としてマイカ（脇田鉱業（株）製「マイカ＃３９００」）を使用し、ＰＴＦＥディスパージョン１００部にマイカ１０部を分散配合させた固着防止剤により固着防止膜Ｄを形成した。

また、参考例ガスケットＡ１０においては、層状鉱物として参考例ガスケットＡ６，Ａ７において使用したものと同一のバーミキュライトを使用し、ＰＴＦＥディスパージョン１００部にバーミキュライト１０部を分散配合させた固着防止剤により固着防止膜Ｄを形成した。

また、実施例ガスケットＡ１１においては、参考例ガスケットＡ４で使用されたものと同一の固着防止剤に亜硝酸ナトリウムを添加した（添加量はＰＴＦＥディスパージョン１００部に対して４部とした）ものを固着防止剤として、これを塗工することにより固着防止膜Ｄを形成した。

また、比較例として、次のようなシートガスケット（以下「比較例ガスケット」という）Ａ１２〜Ａ１４を製作した。すなわち、比較例ガスケットＡ１２は、固着防止剤におけるセリサイトの配合量を２０部（ＰＴＦＥディパージョン１００部に対して）とした点を除いて、参考例ガスケットＡ４と同一構成の膨張黒鉛シートガスケットである。比較例ガスケットＡ１３は、実施例ガスケットＡ１１、参考例ガスケットＡ１〜Ａ１０及び比較例ガスケットＡ１２においてガスケット本体Ｃとして使用した膨張黒鉛シートガスケットである。比較例ガスケットＡ１４は市販の石綿ジョイントシートである。

而して、実施例ガスケットＡ１１、参考例ガスケットＡ１〜Ａ１０及び比較例ガスケットＡ１２〜Ａ１４について、次のような実験装置を使用した剥離性確認試験を行った。

すなわち、実験装置は、図３（ａ）に示す如く、上下対向端面の中央部に凹部Ｅ，Ｆを形成したステンレス鋼製の上下容器Ｇ，Ｈを、その対向面（金属シール面）ｇ，ｈ間にガスケットＡを介在させた状態で、ボルト・ナットＩにより締付けるように構成されたものである。

そして、ガスケットＡの締付面圧が４ＭＰａとなるようにボルト・ナットＩを締付けると共に下容器Ｈの凹部Ｅに水Ｊを入れた状態（ガスケットＡが高温蒸気に晒される状態）で、電気炉内において２００℃，２４時間の条件で加熱処理をした上、常温まで空冷した。この加熱，空冷工程を３回繰り返した上、上容器Ｇを取り外して、図３（ｂ）に示す如く、ガスケットＡを下容器Ｈの上面から引き剥がした。

ガスケットＡの引き剥がしは、図３（ｂ）に示す如く、ガスケットＡの一端部にバネ秤Ｋを取り付けて、このバネ秤Ｋを持ち上げることによって行った。そして、このときの持ち上げ力をバネ秤Ｋで測定して、これを当該ガスケットＡの引き剥がしに必要な剥離力（ｋｇ）とした。その結果は、表１に示す通りであった。

また、ガスケットＡを引き剥がした後において、下容器のガスケット接着面の状態を目視により観察して、ガスケットＡの剥離容易性を評価した。その結果は、表１に示す通りであった。剥離力が５００ｋｇ以下であれば作業者が容易にガスケットを剥がすことができるという経験から、剥離容易性の評価は、剥離力が５００ｋｇ以下であり、金属シール面ｈにガスケットＡの装着跡が残っていない場合を、剥離容易性に極めて優れるとして表１に「◎」で示した。また、剥離力が５００ｋｇ以下であるが、金属シール面ｈにガスケットＡの装着跡が残っている場合を、剥離容易性に優れるとして表１に「○」で示した。また、金属シール面ｈにはガスケットＡの装着跡が残っているにすぎないが、剥離力が５００ｋｇを超えており、ガスケットＡの剥離が容易でない場合を、剥離容易性に劣るとして表１に「△」で示した。また、剥離力とは関係なく、引き剥がし時にガスケットＡの一部又は全部が破壊されて、ガスケットＡが金属シール面ｈに強く付着している場合を、剥離不可能として表１に「×」で示した。

また、シール性についても確認した。その結果は表１に示す通りであった。シール性は、固着防止膜Ｄを形成していない比較例ガスケットＡ１３のシール性を基準として、これと同等のシール性を有するものをシール性に問題ないものとして表「○」で示し、比較例ガスケットＡ１３のシール性に比してシール性の劣るものを表１に「×」で示した。なお、比較例ガスケットＡ１４については、膨張黒鉛シートガスケットではないことから、シール性の確認は行わなかった。

表１に示す剥離力，剥離容易性から明らかなように、固着防止膜Ｄを形成したものは、固着防止膜Ｄを形成しないものに比して、剥離力が極めて小さく、容易に剥離することができ、剥離容易性にも優れている。特に、剥離力は、固着防止膜Ｄにおける層状鉱物の配合量（固着防止剤における層状鉱物の配合量）が多くなるに従って小さくなっている。このことから、ガスケットＡの金属シール面への固着防止効果は、主として、層状鉱物の存在によるものと理解される。しかし、比較例ガスケット１２から明らかなように、層状鉱物の配合量が１５部を超えると、ガスケット本来の機能であるシール性に悪影響を及ぼす。また、防食剤として亜硝酸ナトリウムを配合した実施例ガスケットＡ１１については、上下容器Ｇ，Ｈを耐食性に劣る鉄製のものに変えて、上記した剥離性確認試験を行ったが、金属シール面ｈに孔食等の腐食が生じておらず、剥離力，剥離容易性，シール性についても耐食性に優れるステンレス鋼製の上下容器Ｇ，Ｈを用いた場合と同一の結果が得られた。このことから、亜硝酸ナトリウムを適量配合しておくことにより、金属シール面の材質が耐食性に優れるものである場合には勿論、耐食性に劣るものであっても、固着防止膜Ｄの機能やガスケット本来のシール機能を阻害することなく、そのまま担保しうることが理解される。

本発明に係る膨張黒鉛シートガスケットの一例を示す縦断側面図である。 図１の要部を拡大して示す縦断側面図である。 膨張黒鉛シートガスケットの剥離性確認試験に使用する実験装置を示した縦断側面図であり、（ａ）図は当該ガスケットの挟圧，加熱状態を示し、（ｂ）図は当該ガスケットの剥離力の測定状態を示している。

符号の説明

Ａ 膨張黒鉛シートガスケット
Ｃ ガスケット本体
Ｄ 固着防止膜

Claims (2)

1. アラミド繊維で補強された膨張黒鉛シートからなるガスケット本体の表面に、ＰＴＦＥディスパージョンに当該ＰＴＦＥディスパージョン１００部に対して１５部を超えない範囲で層状鉱物を分散配合すると共に防食剤として当該ＰＴＦＥディスパージョン１００部に対して３〜９部の亜硝酸ナトリウムを添加した固着防止剤を塗工することによって、膜厚が３〜８μｍの固着防止膜を形成したことを特徴とする膨張黒鉛シートガスケット。
2. 固着防止剤にあって、セリサイト，マイカ，バーミキュライト，タルクから選択された１種以上の層状鉱物が配合されていることを特徴とする、請求項１に記載する膨張黒鉛シートガスケット。

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