JPH0124920B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば配管用フランジの如き静止部
材間を密封する静止用シール材であるガスケツト
材であつて、特に炭素繊維紙からなるガスケツト
材に関するものである。

〔発明の背景〕

炭素繊維は、周知の通り、高弾性、耐薬品性、
耐熱性等の優れた性質を有するため、ガスケツ
ト、パツキン等のシール材を始めとして、断熱
材、発熱体等多くの産業用途に供せられている。

しかしながら、炭素繊維そのものは、高弾性の
ものである反面、しなやかさがなく硬直（丁度、
鋼線がピンと張つた如く）で、また概して水に対
する漏れ性（親水和性）が悪いといつた性質を有
する。このため、従来では、厚さの薄い（0.5〜
２mm程度）且つしなやかさでしかも高密度である
紙のような性状を有する炭素繊維紙からなるガス
ケツト材は全くなかつた。その理由は、主として
前述した炭素繊維の性質に起因しており、更には
炭素繊維（短繊維）が抄紙液中で全く凝集されな
いため、炭素繊維の見掛け弾性の大きいこととも
相俟つて、均等な厚さの炭素繊維からなる紙を抄
くことが極めて困難であることによる。

そこで、まず炭素繊維紙を得るためには、炭素
繊維自体の漏れ性を良好にしておく必要があり、
例えば実公昭54−5842号公報に見られるように、
炭素繊維（短繊維）を活性化させることが必要で
あつた。

しかしながら、ガスケツト材として適用し得る
ものとなすには、 高締付面圧力に耐え且つクリープが生じない
よう、炭素繊維本来の特性である高弾性（ヤン
グモジユラス）及び耐熱性を充分に発揮できる
ガスケツト材であり、活性化炭素繊維以外の繊
維材を不純物としての充填材は可能な限り少な
いものでなければならない、 ガスケツト材としての形状比を高めるため
に、紙状であつて厚さが薄いものが好ましい。

密封材として、流体が浸透したり洩れてはな
らないガスケツト材であること、 といつた課題が残されていた。

〔本発明の目的〕

本発明はかかる課題〜を解決すべくなされ
たもので、封止性が良く高密度で薄手の炭素繊維
紙からなるガスケツト材の提供を目的とする。

〔発明の要約〕

本発明のガスケツト材は、かかる目的を達成す
べく、特に、活性化した短繊維状の炭素繊維から
なる炭素繊維紙であつて、1.6〜1.8gr/cm³の密度
を有する薄手の炭素繊維紙に、孔埋めとして弗素
系樹脂からなる少量の添加剤を添加してなるもの
である。

ガスケツト材の主体たる炭素繊維紙（以下、単
に「炭素繊維紙」というときは、添加剤を含まな
い態様での炭素繊維紙を指すものとする）の密度
を1.6〜18gr/cm³としたのは、水等の液体に比して
シールし難い窒素ガス等の気体に対しても良好な
封止機能を発揮させるようにしたためである。

すなわち、詳細には後述するが、第１図の実験
結果からも明らかなように、密度が1.6gr/cm³未満
である炭素繊維紙からなるガスケツト材を使用し
た場合、1.6gr/cm³以上のものを使用した場合に比
して、被密封流体が液体であるときはともかく、
被密封流体が気体であるときには洩れ量が急激に
増大し、気体については良好な封止機能を発揮し
得ないからである。なお、密度の上限値を1.8gr/
cm³としたのは、それ以上とすれば封止性が損なわ
れるといつた理由からではなく、炭素繊維の理論
密度が２gr/cm³程度であるため、炭素繊維紙の空
隙率との関係からして、1.8gr/cm³を超えるような
密度の炭素繊維紙は現実には製作し難いという理
由による。したがつて、ガスケツト材の封止性の
向上を図る上においては、炭素繊維紙の密度を
1.8gr/cm³以下にしたということは然程度重要では
なく、1.6gr/cm³以上とした点に意義があるのであ
る。

ところで、活性化しない炭素繊維によれば、ピ
ツチ系、アクリロニトリル系、フエノール樹脂繊
維系（ノボラツク）等の何らを用いた場合にも、
炭素繊維紙の密度を精々1.4gr/cm³程度にまで高め
得るにすぎないが、本発明では炭素繊維紙の密度
を上記した如く1.6gr/cm³以上に高めることができ
た。これは、主として、次のような理由による。

すなわち、活性化しない炭素繊維では比表面積
が50m²/gr未満であるのに対し、活性化した炭素
繊維では比表面積を200〜1000m²/grにまでに高め
ることができる。このため、活性化炭素繊維を用
いれば、非活性の炭素繊維を用いた場合に比し、
フアンデルワルス力したがつて抄紙過程における
紙形成時の凝集力が格段に大きくなり、緻密度の
極めて高い炭素繊維紙を得ることができる。この
ように、活性化炭素繊維では物理的吸着力が大き
いため、非活性の炭素繊維によつては得ることが
できない高密度の炭素繊維紙を得ることができる
のである。

また、添加剤は、ガスケツト材のなじみ性を良
好ならしめる目的、及び炭素繊維自体のミクロホ
ール及び繊維間の空隙を充填する孔埋めの目的で
使用される。このような添加剤としては、熱及び
負荷が生じてもフローし難いものを使用すること
が必要であり、弗素系樹脂の他、ゴム、ゼラチ
ン、フエノール樹脂が好適する。しかし、後述す
る第２図の実験結果から明らかなように、ゴム又
はゼラチンを使用した場合には、締付面圧力に対
する圧縮量変化が極めて大きく、高締付面圧力に
耐え得るガスケツト材となし得ず、またフエノー
ル樹脂を使用した場合には、逆に圧縮量変化が極
めて小さく、フランジ等の相手部材とのなじみ性
に欠け、相手部材のシール面の平坦度が低いとき
や歪がある場合には良好なシール機能を発揮し難
い。このような欠点は、弗素系樹脂を使用したガ
スケツト材にはない。このような理由更には弗素
系樹脂が耐腐食性等に優れたものであるという理
由から、孔埋め用の添加剤として弗素系樹脂を使
用するものである。

ところで、活性化しない炭素繊維では前述した
如く抄紙液中で凝集されず、均等な厚さの炭素繊
維紙を得ることが困難であるが、活性化炭素繊維
の場合は、それ単独で良好に凝集し得ることか
ら、抄紙用の結着剤は全く必要としない。したが
つて、弗素系樹脂からなる添加剤は、かかる結着
剤としての役割を果たすことを目的として使用さ
れるものではない。このため、添加剤の添加量
は、前記した孔埋め等の目的を達成しうるに足る
少量でよく、例えばガスケツト材全重量に対して
５重量％程度でよい。なお、炭素繊維が活性化さ
れたものであることから、添加剤は、少量であつ
ても毛管現象により均一且つ良好な孔埋めを行な
う。

〔実施例〕

市販の炭素繊維（クレハ化学(株)製、＃Ｙ−103
（繊維太さ12μｍ））を、集束した上で900〜1000
℃の水蒸気気流の炉中を１〜５分通過させること
によつて、活性化した。活性化した炭素繊維の比
表面積は200〜1000m²/grであつた。

かくして活性化された炭素繊維を、叩解機にて
切断して平均繊維長10〜15の短繊維とした。

そして、この短繊維状の活性化炭素繊維を、四
弗化エチレン樹脂の水性懸濁液に浸けて湿潤させ
た上、150メツシユの抄紙網にて抄紙させた後、
これを70℃に加温し乾燥させて、四弗化エチレン
樹脂で孔埋めされた炭素繊維紙からなるガスケツ
ト材を得た。

かくして得られたガスケツト材は、厚さが約
２mmと薄手で、且つしなやかさでフレキシブルで
あり、表面が極めて滑らかであつた。また、炭素
繊維紙の密度は1.7gr/cm³であり、四弗化エチレン
樹脂の含有量は５重量％であつた。なお、炭素繊
維紙の厚さは、抄紙時間をコントロールすること
によつて自由に調整することができる。

また、上記ガスケツト材の他に、上記した抄
紙法（抄紙網のメツシユ度等の密度決定要因を変
えた点を除く）により、炭素繊維紙の密度を1.4
〜1.8gr/cm³の範囲において異にする複数種のガス
ケツト材を得た。このうち、密度が1.6gr/cm³未満
であるガスケツト材群は、比較例としてのガスケ
ツト材であり、その他のガスケツト材群（ガスケ
ツト材を含む）は本発明に係るガスケツト材で
ある。

そして、これら各ガスケツト材を各々数枚重ね
て管フランジ間に介装して、５Kg/cm²の水圧洩れ
試験及び窒素ガス（20Kg/cm²）の気体洩れ試験を
したところ、次のような結果が得られた。

すなわち、水圧洩れ試験においては、炭素繊維
紙が1.4gr/cm³程度の低密度のものを含む全てのガ
スケツト材について洩れがなく、静止用シール材
として極めて好適に使用できた。かかる試験結果
から、活性化炭素繊維による抄紙材をガスケツト
材の主体としたこと及び炭素繊維紙に孔埋めとし
て弗素系樹脂からなる添加剤を添加したことが、
液体の封止に限つては大きな効果を奏することが
確認された。

一方、気体洩れ試験においては、第１図に示す
如く、炭素繊維紙の密度が1.6〜1.8gr/cm³である
ガスケツト材群については、何れも、洩れ量が許
容基準値（0.1c.c./Hr）以下であつた。しかし、
炭素繊維紙の密度が1.6gr/cm³未満であるガスケツ
ト材群については、何れも、洩れ量が上記許容基
準値を超え、洩れ量は密度が低くなるに従い急激
に増加した。したがつて、後者のガスケツト材群
については、気体のシール材としては好適に使用
できない。

かかる試験結果から明らかなように、炭素繊維
紙の密度を1.6〜1.8gr/cm³としておくことが、液
体、気体の何れに対しても良好な封止機能を発揮
するための重要な条件であることが確認された。

さらに、添加剤を変更した点を除いて、上記と
同様の抄紙法により、比較例としてのガスケツト
材、、を得た。添加剤として、ガスケツト
材についてはゴムを、ガスケツト材について
はゼラチンを、又ガスケツト材についてはフエ
ノール樹脂を夫々使用した。なお、これらガスケ
ツト材、、における炭素繊維紙の密度、厚
み及び添加剤の添加量は、何れも、前記ガスケツ
ト材と同様とした。

そして、各ガスケツト材〜について、締付
面圧力に対する圧縮量変化を測定したところ、第
２図に示す如き結果が得られた。なお、第２図に
おいては、ガスケツト材を実線で、ガスケツト
材を一点鎖線で、ガスケツト材を二点鎖線
で、又ガスケツト材を破線で夫々示してある。

この測定結果から明らかなように、ガスケツト
材、は、圧縮量変化が極めて大きく高締付面
圧力に耐え得ないものであり、ガスケツト材
は、逆に圧縮量変化が極めて小さく相手部材との
なじみ性に欠けるものであり、つまりフランジ等
の相手部材におけるガスケツト装着面の平滑度又
は歪度によつては良好な封止機能を発揮し得ない
ものである。しかし、ガスケツト材について
は、締付面圧力に応じた圧縮量を呈し、良好な封
止機能を発揮しうるものである。

このことから、添加剤として弗素系樹脂が最適
することが確認された。

〔発明の効果〕

以上の説明から容易に理解されるように、本発
明によれば、液体、気体の何れに対しても、浸透
洩れのない封止性の良いガスケツト材を提供する
ことができる。

また、実質的に活性化した炭素繊維を主成分と
しているので、耐熱性と高弾性（高強度）とを有
するガスケツト材を提供することができる。

しかも、炭素繊維紙における炭素繊維自体のミ
クロホール及び繊維間の空隙を、熱及び負荷が生
じても流出（フロー）し難いところの弗素系樹脂
で充填したから、封止性と潤滑機能（なじみ性）
が大幅に向上し且つしなやかでフレキシブルなガ
スケツト材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はガスケツト材における炭素繊維紙の密
度と気体封止性（洩れ量）との関係を示すグラフ
であり、第２図はガスケツト材における締付面圧
力と圧縮量との関係を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 活性化した短繊維状の炭素繊維からなる炭素
   繊維紙であつて、1.6〜1.8gr/cm³の密度を有する
   薄手の炭素繊維紙に、孔埋めとして、弗素系樹脂
   からなる少量の添加剤が添加されていることを特
   徴とする炭素繊維紙からなるガスケツト材。