膨脹石墨制密封原材料的制造方法

專利名稱：膨脹石墨制密封原材料的制造方法
技術領域：
本發明涉及例如填料墊、密封墊片、V形環以及閥門墊片等各種高溫用密封材料，進而涉及軸承之類的滑動材料，或高溫真空爐用的絕熱材料等中使用的膨脹石墨制密封原材料及其制法以及密封用墊片。
作為各種高溫用密封材料等，一般使用橡膠和聚四氟乙烯樹脂(PTFEPolytetrafluoroetylene商品名特氟隆)等，但最近對使用耐熱性等方面優良的膨脹石墨的密封材料進行了許多研究，并在使用。
膨脹石墨，如圖21所示，是將鱗片狀的石墨粒子1a呈層疊狀態的厚度為HO的酸處理石墨1A經過膨脹處理而獲得，如圖22所示，是由在上述石墨粒子1a的層疊方向(箭頭a方向)擴展從而在石墨粒子1a的相互之間具有空隙G的厚度為H(5mm～10mm左右)的蛇腹狀膨脹石墨結構體1組成。
作為使用上述這種膨脹石墨結構體1的物質，例如有密封墊片和密封模制成形品，或與纖維等復合的線狀體，以及將它們編織而成的物品等。
例如，作為密封用墊片，已知有通過對上述膨脹石墨結構體1施以加壓成形或滾軋成形進行加壓，使圖22中說明的那種展開的蛇腹狀結構體1的空隙G消失，從而使石墨粒子1a之間再次密合，石墨粒子1a自已相互粘結構成像圖23中所示的那種片狀基材201，在該片狀基材201的上下兩面上，通過粘結劑各自粘結PTFE膜形成的疊層材料202，202的那種疊層加工品。
還已知有對膨脹石墨結構體中混入粘結劑的物質施以加壓成形或滾軋加壓成形通過加壓而使其片狀化的物品，或在膨脹石墨結構體形成的片狀基材的主面上，用壓紋軋機等局部形成凹凸之后，經疊層加工將箔片接合，并涂敷橡膠系的材料。
使用具有上述構成的以前的膨脹石墨制密封原材料制作的密封用墊片，其片狀基材201僅僅是將膨脹石墨結構體1加壓而成的物品，因此如圖24所示，其基材201的主面側的石墨粒子1a以高密度呈高取向狀態，該部位的結晶面與主面大致平行地呈加壓密合狀態。
因此，以這種狀態，其表面粘結性差，由PTFE膜構成的疊層材料202等用層疊加工接合的情況下，對于主面側的高取向部位的膨脹石墨粒子1a1，圖23示出的那種PTFE膜構成的疊層材料202和粘結劑很難浸入，因而疊層材料202和粘結劑層等很容易產生剝離。
而且，像上述那樣僅僅對膨脹石墨結構體1加壓，并不能克服原來膨脹石墨結構體1本身所具有的弱點，即氣密性差(漏氣)、強度弱、基材201的主面容易受損傷等弱點。
進一步，如果在接頭法蘭等中以挾著狀態使用，則疊層材料202等固結在接頭法蘭面上，石墨粒子1a中所含的硫和氯等成分可能腐蝕與其相連接一側的金屬。
本發明是鑒于上述實際情況做出的發明本發明的目的是提供一種能確保接觸面的配合性等的膨脹石墨制密封原材料及其制造方法以及密封用墊片。
本發明的第二個目的是提供一種可防止固結在法蘭面等上的膨脹石墨制密封原材料及其制造方法以及密封用墊片。
本發明的第三個目的是提供一種由膨脹石墨結構體構成的片狀基材上層疊的襯里材料具有大的剝離強度的膨脹石墨制密封原材料及其制造方法以及密封用墊片。
本發明的第四個目的是提供一種還可防止對方側金屬腐蝕的膨脹石墨制密封材料及其制造方法以及密封用墊片。
為達到上述目的所做出的本發明的膨脹石墨制密封原材料，是備有將膨脹的石墨粒子加壓使它們相互整體化而形成的膨脹石墨基材的膨脹石墨密封原材料，其中，在膨脹石墨基材的主面側的至少一個部位上，形成豎立而擴開的薄葉狀石墨。本發明中包括，在具有擴開的薄葉狀石墨部的上述基材的主面上，浸漬密封材料或形成涂敷層、涂覆粘結材料。本發明涉及的膨脹石墨制密封原材料中，其形態可以是片狀、加壓成形品、紡織體、線狀體、編織體等各種形態。
按照如此構成的本發明膨脹石墨制密封原材料，是將膨脹了的石墨粒子加壓相互整體化而形成的膨脹石墨基材的主面側的一部分上，例如通過微噴射(ブロスト)加工，形成擴開的薄葉狀石墨部，因而在主面部位中的膨脹石墨其高取向狀態減少，因此可確保膨脹石墨基材的主面的配合性和粘接強度，同時還能提高粘著性、抑制主要的石墨的高取向狀態從而提高主面配合性和粘接強度，顯著提高密封性。
而且，密封材料的浸漬或形成涂覆層，或者涂布粘結劑的材料，通過上述噴射加工在主面上形成的薄葉狀膨脹石墨粒子間的空隙中進入涂料和粘結劑，由于三維結合而使剝離強度增強，同時密封性進一步提高。而且也不會從涂覆層中露出膨脹石墨粒子，使用時還可有效地防止對方側金屬的腐蝕，還能提高脫模性。
進而，如果膨脹石墨制密封原材料的形態是片狀，則可根據各種用途將它切斷成適當大小。如果是上述密封原材料的加壓成形品，則可方便地作成環狀的密封填料和軸承。上述密封原材料的形態如果是線狀體或編織體，則作為密封填料等在實裝時容易進行尺寸調整。
本發明的膨脹石墨制密封原材料的制造方法，是將膨脹了的石墨粒子加壓相互整體化而形成膨脹石墨基材后，在該膨脹石墨基材的主面側中至少一部分上，使用微噴射加工、超聲波照射、激光照射及等離子照射中至少一種，形成豎起后而擴開的薄葉狀石墨部。
按照該制造方法，在片狀膨脹石墨基材的主面的一部分上，使用微噴射加工，超聲波照射、激光照射及等離子體照射的至少一種，形成上述薄葉狀石墨部，因此可以在基材的主面上選擇希望的薄葉狀石墨部，并且能高效地形成。
本發明的密封用墊片，是將許多張上述膨脹石墨制密封原材料，通過設在其主面側的粘結劑層壓起來整體化而形成的。該情況下，也可在許多張密封原材料之間插入增強材料。
按照本發明，可以很容易地制作較厚的密封用墊片，而且還可獲得彎曲強度和對實裝時的緊固等的強度大的密封用墊片。
形成擴開的薄葉狀石墨部的手段，并不局限于微噴射加工，但采用這種微噴射加工時，最好滿足以下條件。
也就是，膨脹石墨，是商業化生產的，寬度方面(圖22的箭頭b方向)的尺寸為1mm以下，從這點考慮，作為上述噴射加工中使用的粒子，其粒徑最好在1mm以下。如果考慮膨脹石墨粒子1a間的空隙G(圖22)，噴射時，最好使用粒徑為10～20μm的粒子。作為噴射加工時的粒子，可列舉SiC、玻璃小珠、鐵粉、核桃(ヤルミ)粉、塑料小珠等。
作為涂料，PTFE是適宜的，除這種PTFE外，還有環氧樹脂、酚醛樹脂、尼龍及聚乙烯等各種合成樹脂、或者硅和氟等的各種油等高粘度體，對主面配合性的改善是有利的。
作為用于浸漬的密封材料，可以是在甲基·乙基酮(MEKMethyle thyltetone)中分散有各種橡膠和石墨的橡膠溶劑。
作為橡膠，有丁腈橡膠(NBRNitrile-butadiene rubber)、氯丁橡膠(CRChloroprene rubber)、硅橡膠(Silicon rubber)、合成橡膠(EPDMEtylene-Propylene-diene-methylene rubber)、天然橡膠、苯乙烯橡膠等。這些橡膠也可作為涂覆材料使用。
還可以將云母、滑石及鱗片狀石墨等層狀礦物，鈦酸鉀、海泡石及硅灰石等的纖維狀無機物，進而，滑石、硅石(ケイカル)、石灰石及高嶺土等無機粉未體，玻璃、陶瓷及碳等各種無機纖維的碎片與粘結劑一起混入涂料中。此種情況下，可更有效地防止凸緣面等粘連在對方側以及涂料的蠕變。
進而，如果將鋅和鋁等犧牲金屬、凡士林及石蠟等油脂、胺類等防腐蝕油、亞硝酸鹽等的緩蝕劑混入涂料中，可更確實地防止對對方側金屬的腐蝕以下說明附圖。
圖1是概略表示按本發明的實施例1的膨脹石墨制密封原材料的斜視圖。
圖2是用放大斷面表示該實施例1的密封原材料一部分的斜視圖。
圖3是表示經過酸處理的石墨表面上產生的裂紋的斜視圖。
圖4是表示在膨脹石墨粒子上形成薄葉狀石墨部狀態的斜視圖。
圖5是放大表示薄葉狀石墨部的形成狀態的斜視圖。
圖6是概略表示按本發明實施例2的膨脹石墨制密封原材料的斜視圖。
圖7是概略表示按本發明實施例3的膨脹石墨制密封原材料的斜視圖。
圖8是概略表示按本發明實施例4的膨脹石墨制密封原材料的斜視圖。
圖9是概略表示按本發明實施例5的膨脹石墨制密封原材料的斜視圖。
圖10是概略表示按本發明實施例6的膨脹石墨制密封原材料的斜視圖。
圖11是概略表示按本發明實施例7的膨脹石墨制密封原材料的斜視圖。
圖12是概略表示按本發明實施例8的膨脹石墨制密封原材料的斜視圖。
圖13是概略表示按本發明實施例9的膨脹石墨制密封原材料的斜視圖。
圖14是概略表示按本發明實施例10的膨脹石墨制密封原材料的斜視圖。
圖15是概略表示按本發明實施例11的膨脹石墨制密封原材料的斜視圖。
圖16是概略表示按本發明實施例12的膨脹石墨制密封原材料的斜視圖。
圖17是表示相對于緊固面壓的泄漏量測定裝置的構成圖。
圖18是表示以實施例1，2的材料作為試樣測定泄漏量的結果，與以前制品進行對比的特性圖。
圖19是表示以實施例3的材料作為試樣測定泄漏量的結果，與以前制品進行對比的特性圖。
圖20是表示以實施例9的材料作為試樣測定泄漏量的結果，與以前制品進行對比的特性圖。
圖21是表示酸處理、石墨粒子膨脹前的狀態的放大圖。
圖22是表示膨脹石墨粒子的放大斜視圖。
圖23是表示將以前的膨脹石墨制密封原材料制成的密封用墊片部分剖面后的斜視圖。
圖24是用于表示以前的膨脹石墨基材的主面狀態的部分放大斜視圖。
以下按照


本發明的實施例。
實施例1圖1中，10表示片狀的膨脹石墨制密封原材料。該密封原材料10的基材11，是如圖22所示那樣，將經過圖21所示的那種酸處理的石墨1A進行膨脹處理，并對該石墨粒子1a加壓使之相互整體化而成。圖1中，膨脹石墨基材11的主面、例如上面11a的大致整個面上，例如采用粒徑為10～20μm的SiC等研磨材料施以微噴射加工，由此而形成豎起而擴開的薄葉狀石墨部12。也就是，其上面11a，如圖2所示，相對于不施以上述噴射加工的下面11b是保持膨脹石墨1的高取向狀態，由于擴開的薄葉狀石墨部12而使高取向狀態減少。
圖21的經過酸處理的石墨1A上，如圖3那樣在其表面產生裂紋1b，一旦進行膨脹處理，如圖4和圖5所示，就會形成以上述裂紋1b作為前端的石墨豎起部12a。然后，通過上述微噴射加工，除上述豎起部12a外，作為有一點厚度的層以層間擴展狀態(蜂窩狀)形成豎起的部分12b，這些就構成了薄葉狀石墨部12。
也就是，實施例1的材料，由于在膨脹石墨基材11的上面11a上形成薄葉狀石墨部12，因而高取向狀態少，主面配合性優良，密封性提高的同時粘接強度也提高。
實施例2圖6中，20表示片狀的膨脹石墨制密封原材料，在該膨脹石墨密封原材料11的上面11a上，與上述實施例1同樣，形成薄葉狀石墨部12，其后，在上述上面11a上作為二次加工，浸漬或涂覆密封材料；例如PTFE粒子21。這種情況下，PTFE粒子21進入薄葉狀石墨部12，從而呈三維結合關系，粘接強度得以增強。
而且，由于上述三維結合，PTFE粒子的強度也增強，相對于圖22中所示箭頭a方向的強度比b方向的強度也大得多，耐滑動性提高，而且，由于上述PTFE粒子21使膨脹石墨粒子1a的露出變少，可以克服因內部含的硫所導致的對方金屬的腐蝕，并改善對接合面的剝離性。而且，很容易提供上述PTFE粒子21引起的色調變化，對作記號等是有利的。
實施例3圖7中，30表示環狀的膨脹石墨制密封原材料。它是使用與實施例2同樣的膨脹石墨基材11，將它切成細條，PTFE浸漬面的主面11a作為內周面呈環狀模制成形，它可以直接用于軸承等。
實施例4圖8中，40表示片狀的膨脹石墨制密封原材料，它是在作為膨脹石墨基材11的主面11a的上面，代替上述PTFE粒子，將NBR和石墨用MEK那樣的溶劑分散的溶液41作為密封材料浸漬而成的，因而密封材料很容易進入上述薄葉狀石墨部12內。
實施例5圖9中，50表示環狀的膨脹石墨制密封原材料。它是將上述實施例2的片狀密封原材料20沖壓成環狀而形成的，所謂加壓成形品的處理，是在作為其主面11a的端面上，形成擴開薄葉狀石墨部12，進而浸漬實施例4中說明的密封材料21。
實施例6在圖10中，60表示環狀的膨脹石墨制密封材料。它是與上述實施例1相同，將形成片狀的膨脹石墨基材11切斷成規定的細條形成帶狀，將它呈環狀模制成形后，按上述同樣方法，對作為這種環狀基材11的主面11a的內周面和同樣是主面11b的外周面上施以微噴射加工，從而形成擴開的薄葉狀石墨部12，并在其噴射加工面上涂布或含浸PTFE粒子而形成的。
實施例7在圖11中，70表示環狀的膨脹石墨制原材料，它是在上述實施例6中模制成形的環狀基材11的主面11C的端面上，通過上述微噴射加工形成薄葉狀石墨部12，進而在該面上浸漬PTFE粒子21后使之干燥，并燒制而成。
實施例8在圖12中，80表示線狀的膨脹石墨制密封原材料。它是在纖維上涂覆粘結劑，在其表面上壓合膨脹了的石墨粒子由此構成基材81，在作為該基材81的主面81a的表面上，與上述同樣，通過微噴射加工形成擴開的薄葉狀石墨部12，進而浸漬PTFE粒子21而構成。
實施例9圖13中，90表示紐帶狀的膨脹石墨制密封原材料。它是將上述實施例8中作成的基材編織而成基材91，按上述同樣方法對作為該基材91的主面91a的表面上進行微噴射加工，形成擴開的薄葉狀石墨部12，進而浸漬PTFE粒子21而構成。
實施例10圖14中，100表示細帶狀的膨脹石墨制密封原材料。這種材料是在上述實施例9制得的基材91的主面91a的表面上，代替PTFE粒子，涂覆作為密封材料101的硅橡膠，按上述實施例4相同方法進行就行。這些實施例是線狀體，實施例9和10的材料是細帶狀，因此，例如作為環狀密封墊片等實裝時，具有可切成任意長度而容易進行長度調節的優點。
在能上能下述實施例1～10中，還可不用微噴射加工，而使用超聲波照射，激光照射及等離子體噴射等，即使這樣也可以形成豎起而擴開的薄葉狀石墨部。
實施例11圖15表示膨脹石墨制的密封用墊片。它是使用與上述實施例1相同的片狀膨脹石墨基材11，通過微噴射加工在作為該基材11的主面的上面11a和該主面的下面11b上形成擴開的薄葉狀石墨部12，在其噴射加工面上浸漬作為密封材料111的酚醛樹脂從而構成片狀的密封原材料，將許多張這種密封原材料112層疊起來后，經熱壓加工使整體粘接在一起整體化而構成。
一般，膨脹石墨制密封原材料，僅以厚度為0.1～1mm左右的狀態存在。膨脹石墨粒子1a的體積密度[d(g/cm3)]為1/500～1/1000，因此密度在1g/cm3左右時為了獲得厚度為3～6mm左右的較厚的片，必須對厚度為3～5m左右的膨脹石墨粒子的墊狀體進行加壓加工，這是不可能實現的，因此，由于采用了該實施例11這樣的構成，就能很容易地獲得較厚的密封用墊片。
實施例12圖16表示膨脹石墨制的密封用墊片。它是使用與上述實施例1相同的片狀膨脹石墨基材11，將作為其基材11主面的一面，按上述同樣方法進行微噴射工，形成薄葉狀石墨部，進而浸漬酚醛樹脂。將這種片狀密封原材料112許多片，例如采用2片，按上述噴射加工面相對方向那樣在112，112兩者間夾入不銹鋼板這類增強材料121并重合，將全體進行熱壓加工使之整體化而構成。因而可充分確保實裝狀態下的機械強度。這種密封用墊片110，120中，還可在其上下兩面上涂覆PTFE。
為了便于判斷上這各實施例1～12的構成和因其構成而獲得的效果，將上述內容示于下述一覽表內。
表(續)
圖17示出用于測定利用上述實施例1和實施例2等密封原材料的密封用墊片的泄漏量的測定裝置。將這些實施例的試樣沖壓成φ110×φ90的尺寸，以將它挾持在泄漏卡具N中的狀態用油壓壓縮機壓縮至規定的緊固面壓，并由儲氣罐P充填氮氣N2直至試樣M的內周面上為規定的各壓力。然后，在3分鐘后由回收的氣體量求出泄漏量。將其結果示于圖18中。
由圖18的測定結果可判斷出，用實施例1的試樣，對泄漏量的抑制程度可與以前的膨脹石墨制密封原材料相比美；而實施例2的試樣和，對PTFE施以燒成的材料，成以前的制品相比較，可大幅度地減少泄漏量，提高密封功能。
圖19是表示將上述實施例3的試樣用作密封填料后，將測定滑動次數和泄漏量關系的結果與以前制品進行比較的特性圖，以前制品A是由內部沒有金屬網的膨脹石墨制密封原材料制成的，而以前制品B是在膨脹石墨制密封原材料中僅浸漬PTFE而制成的。以前的制品A，從滑動次數增加的開初，泄漏量就急劇增大；而以前的制品B，如果滑動次數超過360(2h)左右則泄漏量相當大，與此不同，用實施例3的材料，即使滑動次數增加也能使泄漏量減少到相當低的水平。
圖20是表示將上述實施例9的試樣用作密封填料后，將測定滑動次數和泄漏量關系的結果與以前的制品進行比較的特性圖，以前制品A是將通過粘結劑將膨脹石墨粘到棉線上而形成的細繩編織而成的，而以前制品B是浸漬了PTFE的制品。
這種情況下也與以前制品A，以前制品B不同，用實施例9的材料可減少泄漏量從而提高密封性能。
權利要求
1.膨脹石墨制密封原材料的制造方法，其特征在于，將膨脹了的石墨粒子加壓使之相互整體化形成膨脹石墨基材后，在該基材的主側面的一部分上，使用微噴射加工、超聲波照射，激光照射及等離子體照射中至少一種方法，形成豎起而擴開的薄葉狀石墨部。
全文摘要
膨脹石墨制密封原材料的制造方法,其特征在于,將膨脹了的石墨粒子加壓使之相互整體化形成膨脹石墨基材后,在該基材的主側面的一部分上,使用微噴射加工、超聲波照射,激光照射及等離子體照射中至少一種方法,形成豎起而擴開的薄葉狀石墨部。
文檔編號C09K3/10GK1339549SQ0110473
公開日2002年3月13日 申請日期2001年2月23日 優先權日2001年2月23日
發明者上田隆久, 藤原優, 山本晃正 申請人:日本皮拉工業株式會社