JPH03106982A - 高温ガスケットおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高温用ガスケットおよびその製造方法に関し
、特に９５０℃を超える温度条件の下でも優れたシール
性、耐熱性を示すガスケソトであって、石綿に代えてセ
ラミソクスを主成分として構威された自動車のエンジン
などに好適に用いられルカスケフトについての提案であ
る． 〔従来の技術〕 上述した用途に用いられる従来の高温用ガスケットとし
ては、石綿を主原料とし、他に弾性を付与するための天
然ゴムあるいはニトリルゴム（ＮＢＲ）、スチレンブタ
ジエンゴム（Ｓ　Ｂ　Ｒ）等弾性物質と、必要に応じて
添加される加硫剤等の補助剤を用いたものが一般的であ
る． ところで、このような用途のガスケントには、石綿と弾
性物質とを加熱威形して得られるジョイントシ一ト状ガ
スケント、および石綿とエマルジョンラテックス等の弾
性物質を混合定着したスラリーを、抄造成形して得られ
るビータシ一ト状ガスケフトがあった。

これらの既知ガスケフトは、主としてアスベストの繊維
を６０〜９５帆％含有しており、そのためにそのアスベ
スト繊維がガスケット製造工程だけでなく、施工施設で
も飛散するため、健康障害発生の恐れがあるものとして
、改善が望まれていた．そのため我国でも、昭和４９年
の国際ガン条約調印に伴い、これまでに種々の法令でそ
の取り扱いを規制してきた。例えば、昭和５１年４月１
日付で「特定化学物質等障害予防規則」を設けたこと、
昭和５３年３月３０日に労働基準施行規則の一部を改正
して、ガン源性物質もしくはガン源性因子による疾病、
またはガン源性工程における業務による疾病について、
「アスベストにさらされる業務による肺ガンまたは中皮
腫」を指定したことなどそれである。

また、米国ＥＰＡ　（環境保護庁〉においては、１９８
３年１月にアスベスト製品の使用禁止についての提案が
なされ、１９８６年６月にはＯＭＢ　（行政管理予算局
）の了解を得て１９８８年１月より建材製品への禁止を
提案すると共に、１９９１年よりの全面使用禁止を提案
している。

そして、米国３大ガスゲットメーカーは、この提案を段
階的に受け入れる宣言を１９８６年７月に行なっている
。

また、上記２ケ国に限らず、国際的にも、１９８６年６
月のＩＬＯ（国際労働機構）の提案によって、“石綿の
利用における安全に関する条約と勧告”が討議・審議さ
れており、特にスウェーデンでは１９８５年にもアスベ
スト製品使用禁止が見込まれている。

このような国際情勢に対して、最近では、アスベスト代
替繊維として、セビオライト繊維、ガラス繊維、カーボ
ン繊維、ステンレス繊維等の１無機質繊維”、あるいは
芳香族ボリアごド繊維、フェノール繊維、ポリエチレン
繊維等の“有機質繊維”を用いてガスケントを製造する
試みがなされている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のように、アスベスト繊維を用いたガスケフトは公
害の問題を抱えているとともに、６００℃付近までは良
好な物性を保持しうるものの、それよりも高い、例えば
９５０℃以上の高温においては、結晶水の脱水により強
度劣化が生じることが欠点とされていた。

一方、前記アスベスト代替繊維としての無機質繊維ある
いは有機質繊維を使用したガスケットにも次のような問
題点があった。

例えば、前記無機質繊維のうち、例えばセビオライトな
どは、結晶水を持っているため、前記アスベストと同様
に高温域で強度劣化が生じることである。しかも、この
無機繊維単体でガスケフトを製作した場合、アスベスト
を使用したガスケットと同様に引張強度等が劣るという
問題点があった。特に、無機質繊維のうちのカーボン繊
維や、有機質繊維のうちの芳香族ポリアミド繊維、フェ
ノール繊維、ポリエチレン繊維などは、２００℃付近か
ら繊維の特性が著しく劣化し、そして４００℃以上では
完全に炭化または焼失して結合劣化が起ることを特徴と
するが知られており、それ故に、４００℃以上の高温下
では使用することができないという問題点があった。

本発明の目的は、上述したアスベストを素材として形威
された高温ガスケットの問題点、さらには各種無機繊維
を素材として形或される高温ガスケフトが抱えている問
題点がない高温ガスケットを提案すること、およびそれ
の有利な製造方法を提案するところにある． 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、引張強度や復元率などが不十分なために、ガ
スケットとしての性能不足、すなわち、シール機能，耐
久性，信頼性などの不足を解消するために、 まず、セラミンク系無機繊維を用いることによって、ガ
スケフトの耐熱性を向上させることとし、そして未膨張
バーミキュライトを用いることによって、ガスケントの
復元率および耐熱性等を向上させることとし、さらには
、材料のうちに適当な無機質結合材を用いることによっ
てガスケフトの高温域における強度を補償することとし
た点に特徴を有するものである。

また、かようなガスケットを製造するに当り、前記セラ
ミック無機繊維、未膨張バーミキュライト、無機質結合
材および有機弾性物質を湿式混合抄造し、脱水プレス後
乾燥した後、ホットプレスをするという方法の採用によ
り、上述した従来技術が抱える問題点を一挙に克服する
こととしたのである。

殊に本発明においては、セラξツク無機繊維と未膨張バ
ーミキュライトを素材として使用することとしたので、
高耐熱性および高復元率を有するガスケソトが得られる
。

すなわち本発明は、繊維や弾性物質などからなる混合物
スラリーを抄造し積層戒形してなるビータシ一ト状ガス
ゲットを、セラミック無機繊維３５〜８０１１ｌｔ％、
未膨張バーごキュライト５〜２０ｗｔ％および有機質弾
性物質５〜２５ｗｔ％および無機質結合材５〜３５帆％
からなる配合物であり、かような配合物を湿式混合抄造
し、脱水プレス後乾燥した後、ホントプレスして製造す
ること、を特徴とする高温ガスケット、にある． 〔作　用〕 本発明にかかるガスケットは、基本的に、セラξフクス
無機繊維、未膨張バーミキュライト、有機質弾性物質お
よび無機質結合材を水溶液中に分散させたものを、混合
後、定着して得られるスラリー、さらには必要に応じて
加硫剤等の補助添加剤を加えてなるスラリーを、抄造機
によって抄造しすることにより一定の厚みに積層したビ
ータシート状ガスケットである。近年、このビータシ一
ト状のガスケフトは、ジョイントシ一ト状ガスケットに
比べて均一性の高いものが得られるので、広範囲に使用
されている。

さて、本発明ガスケット構或主体の１つは、セラξツク
無機繊維である。このセラミック無機繊維としては、シ
リカーアルξナ系セラミックファイバー、アル〔ナおよ
びムライトの結晶質ファイバーおよびシリカファイバー
などの人造無機繊維が用いられる。その他、耐熱性に対
する要求が低い、例えば使用温度が３００℃以下で用い
るものについては、極細のガラス繊維の使用も可能であ
る。

かかるセラミック無機繊維には、通称“ショット”と呼
ばれる非繊維状物を含有していることがある．この非繊
維状物質“ショット”は、ガスケソトの特性向上にあま
り寄与するものではないので、含まないものの方が良い
。従って、この繊維中に含まれる実質的には４４μｍ以
上の非繊維状物は２０％以下（無機繊維の量に対する割
合〉に抑えることが望ましい。

また・このセラミックス無機繊維の繊維径は１２μｍ未
満のものであることが望ましい。その理由は、繊維径が
１２μｍ以上になると、単位体積当りの繊維数量が少な
くなり、シート密度が低下するとともに、製造工程にお
ける抄造後のプレス工程において折損し易く、気密性（
シール性）あるいは引張強度を悪化させるからである。

とりわけ１〜３μｍの大きさにすることが有利である。

さらに、このセラ稟フク無機繊維は、剛直性に優れると
ともにシート状物としての保持性に優れていることが必
要である。それは、ガスケットが一般には圧縮復元特性
に優れたものでなければならないからである。

さて、本発明の高温ガスケットは、上述の如き性質のセ
ラξツクス無機繊維を、３５〜８０ｗｔ％含むものでな
ければならない。それは、かかるセラミック無機繊維の
量が、３５％１ｌｔ％より少ないと、高温での復元率お
よび引張強度が低下するからであり、一方８０ｗｔ％よ
り多いと繊維が折損し易く、却って引張強度が低下する
ことに加え、気密性の低下が生じるからである． 次に、本発明の高温用ガスケソトにおいては、復元率お
よび耐熱性を向上させるために、所定量の未膨張バーミ
キュライトを含有させる必要がある。この未膨張バーミ
キュライトというのは、薄片多重構造の粒子状物であり
、Ｓｉ−０四面体層とＭｇ−０　（ＯＨ）またはＡＩ　
−　０八面体層との２：ｌ型層構造を基本とし、それら
が層間に水を介してつながった雲母状構造の弾力性や断
熱性に優れた含水鉱物である。そのために、加熱すると
脱水して剥離膨張し１０〜２５倍に伸長する特性を有す
る。

ただ、眉間の結合力が乏しいため、少しの外力で薄片化
してしまうから単独にて形態を維持することは難しい。

そこで、本発明においては、このバーミキュライトを有
機酸ナトリウムにより処理することが有利である。この
理由は、未膨張バーミキュライトの膨張率や膨張力は、
粒径の大きさに比例して大きくなる。とくに、シート製
造時には、分散性の良い小さい粒径のものが好ましく、
そこで本発明のシートには粒径の小さい０．１〜２．８
關ノモのを使うのである。このように粒径の小さいバー
ミキュライトを使用したシートは、膨張力、弾力性は小
さくなる。

そこで、本発明者らは、かつて有機酸ナトリウムにより
バーミキュライト粒子の層間のカチオンを置換すること
により、膨張力，弾力性が上昇し、更に置換していない
バーミキュライトよりも低い温度から膨張することを知
見して提案した（特開昭５９　−　２３０７３７号）。

それは、本発明のようにバーミキュライトの粒径の小さ
いものを使用した場合でも、有機酸ナトリウムで処理を
すれば同様の効果を得ることができ、特性的に優れたシ
ートになることがわかったからである。

このような有機酸ナトリウムによる処理、すなわち、上
記有機酸ナトリウム水溶液中に未膨張のバーミキュライ
トを浸漬する処理を行うことにより、未膨張バーミキュ
ライトの膨張力が向上する理由としては次のように考え
られる。すなわち、眉間のカルシウムイオンまたはマグ
ネシウムイオンが、ナトリウムイオンに置換されること
により、加熱時に眉間の水が抜けにくくなるためである
。

以上説明したように、本発明の高温ガスケソトは、上述
の如き性質の未膨張バーミキュライトを用いるが、その
量は５〜２０ｗｔ％とする。かかる未膨張バーミキュラ
イトの量が、５ｗｔ％よりも少ないと、シートの膨張力
が少なくなるために高復元率が得難い。一方、２０ｗｔ
％より多いと、バーごキュライトは粒状のため引張強度
が著しく低下してしまう． 次に、本発明の高温ガスケフトは有機質弾性物質を含有
する。ガスケット組戒物としての該有機質弾性物質は、
特に有用な物質であり、通常使用されている有機質弾性
体、例えば天然ゴムのエマルジョン、またはＮＢＲ．Ｓ
ＢＲ等の合威ゴムラテックスバインダーが好適である．
なお、ゴムラテックスの耐久性、強度向上のために、ゴ
ム加硫剤等（例えば硫黄、塩化硫黄）を使用することが
できる。ただし、本発明では、モンモリロナイト等の無
機結合剤とセラミック無機繊維および未膨張バーミキュ
ライトにより強度、弾性率および復元率が確保されるの
で、この有機質弾性物質は助材として用いられるもので
ある． かかる有機質弾性物質の配合量は、高温時に燃焼もしく
は炭化し、特性を悪化させる面を有するので、少ない方
が好ましいと言えるが、シ一ト威形の必要性から５〜２
５重量％の範囲とする。

次に、本発明の高温ガスケフトには前記無機質結合材も
含有させる。かかる無機質結合材としては、モンモリロ
ナイト、クレー、タルク、カオリナイト、合或四ケイ化
弗素型雲母などを使用する．このうちモンモリロナイト
は水に膨潤しやすいうえ、結合力も優れているため、４
００℃以上における強度維持に有効で好適である．この
モンモリロナイトは、通常、天然に産出するベントナイ
ト原鉱の主成分である。これを大別すると、■Ｎａイオ
ンに冨み多量の水を吸収して高い膨潤性を示すＮａ−モ
ンモリロナイトと、■ＣａイオンやＭｇイオンに冨み膨
潤性の低いＣａ−モンモリロナイトとに分けられる。そ
の他にも、例えばＣａ−モンモリロナイトをソーダ処理
して活性化させたＮａ−モンモリロナイトなどもある．
しかしながら、どのモンモロリナイトにおいても、他の
含水ケイ酸塩アル果ニウム鉱物であるカオリナイト、タ
ルクなどとは異なり、程度の差はあるが、いずれも膨潤
性を示す。なかでも活性化されたＮａ−モンモリロナイ
トは膨潤性と結合性が特に優れており、本発明の目的に
よく叶うものである。その化学式は次のように表される
。

（ＯＨ）ｍｓｉ（Ａ１３１ａＭｇｏ．ｈｈ）Ｏｚｏ　　
Ｎａｏ．ｂｂまた、膨潤性無機結合物質として、前記モ
ンモリロナイトと同様の性能を示すものとして、セビオ
ライト、合戒四ケイ化弗素型雲母、ボールクレーなどが
知られており、該モンモリロナイト代わりに使用しても
よい． この無機質結合材の配合量は、要求性能及び製法により
制限されるが、その量が不足して５％未満になると、強
度が得られないばかりか抄造され？シートが不均一にな
る。また、３５％を超えるような多量の無機結合材の使
用は、水に対する膨潤性のために、ゴムラテックスの凝
集が不十分となって、ろ水性が悪くなり、シート状物が
製造できなくなる。さらに繊維物質の配合比も制限され
るので、強度や弾性にも悪影響が出るので制限がある。

このことから、該無機質結合材の量は、５〜３５ｗｔ％
の範囲が適当である。

なお、本発明の高温ガスケフトには、上述の如き各配合
材材料の他に、さらにカオリナイト（Ａｌ■ＳｉｚＯｓ
（ＯＨ）４）等の膨潤性はないが結合力を期待できる無
機物質などを補強剤として配合してもよい。

さて、上述のような配合比率で配合した組或物を、後で
述べるように或形しプレスしてシート状物としたものは
、密度１．０　ｇ　７ｃｍ３〜２．０　ｇ　／ＣＩｍ”
の範囲であり、優れた耐熱性、引張強度、弾性率、復元
率等を示す。一般に、ガスケットにおける引張強度、弾
性率および復元率等の特性は、密度によって左右される
。とくに、本発明ガスケソトは密度が２．０　ｇ　／ｃ
１より大きくなると、無機繊維が折れてしまい、引張強
度、弾性率および復元率が低下する虞れがある。本発明
者らの研究では１．２ｇ　／ｃｍ３〜１．６　８／ｅｌ
ｍ’の密度範囲が好適であった。

なお、このような密度を有する本発明ガスケットの製造
は、配合材料を湿式混合してスラリーとし、これを抄造
した後脱水し、さらに乾燥後のプレスにおいて、ホット
プレスすることを特徴とする。すなわち、ホットプレス
を採用すると、ゴム等の有機質弾性物質に流動性が生じ
るので、前記無機繊維が粉砕されて繊維のアスベクト比
を低下させるようなことがなく、容易に前記好適密度と
なし得る。

なお、上述の如き本発明ガスケソトについては、ＳＯＳ
　３０４等の金属板でくるんだくるみガスケソトや、金
属板をコアとしたスチールベストガスケソトや、ガスケ
ットシートの開口部を金属グロメット加工して使う場合
にも有効に適用されるものである。

〔実施例〕

実施例Ｉ ＳｉＣｌｚ　：　５０ｗｔ％、ＡｈＯｚ　　：　５０Ｗ
ｔ％のｍ或比で、平均繊維径が１．８μｍのシリカーア
ル旦ナ系セラミックファイバー（商品名：イビウール，
イビデン株式会社製）を、脱ショット加工することによ
り、４４μｍ以上のショット含有量を２０％以下に低下
させ、これをさらに６９ｇ水３０１の中で解繊させた。

次に、未膨張バーミキュライト１２ｇをＮａ−モンモリ
口ナイト３０ｇとともにイビウールを解繊させた前記の
水３０Ｎ中に加えてよく混合し、その後、前記溶液中に
ＮＢＲ系ラテックス（商品名二二ボール１５６２．日本
ゼオン株式会社製，　ｔＨ度４１％のもの）を２７ｇ加
え、硫酸バンドにて凝集させたスラリーとした。

次に、このスラリーを３４０ｍ　Ｘ　３４０ｍの手抄機
にて抄造し、厚み８關の湿潤したシート状物とした。こ
のシート状物を面圧３００ｋｇ／Ｃ−でプレスし、１２
０℃Ｘｌｈｒの条件で乾燥させた。乾燥後のシートを面
圧６０ｋｇ／ａｍ”　、温度３００℃で１５分間ホフト
ブレスした．このシート状物の端部を切断して厚さ０．
８ｍ，３００ｍ角、密度１．２５ｇ／ｃ１のシート状物
を得た．このシート状物の機械的特性を表１に示す。

実施例２ 実施例１で使用したのと同じ原料を用い、それらの原料
配合割合をシリカーアルミナ系セラミソクファイバー６
９ｇ１未膨張バーミキュライト６ｇ、Ｎａ−モンモリロ
ナイト３０ｇおよびＮＢＲ系ラテックス２７ｇからなる
配合物について、実施例１と同じ処理を施し、厚み０．
７５ｍｍ、３００ｎ角、密度１．２６ｇ／ｃ一のシート
状物を製造した。その機械的特性を表１に示した。

実施例３ 実施例１で使用したのと同じ原料を用い、それらの配合
割合をシリカーアルミナ系セラミンクファイバー６９ｇ
、未膨張バーミキュライト２７ｇ，Ｎａーモンモリーロ
ナイト３０ｇＮＢＲ系ラテックス２７ｇからなる配合物
について、実施例１と同じように処理し、厚さＱ，９ｍ
ｌｍ，　３ｏｏｎ角、密度１．２４８／ｃ＋ｓ’のシー
ト状物を製造した。その機械的特性を同じく表１に示し
た。

比較例１ 実施例ｌで使用したのと同じ原料を用い、それらの配合
割合をシリカーアルミナ系セラξツクファイバー６９ｇ
１未膨張バーくキュライト３ｇ，Ｎａモンモリ口ナイト
３０ｇ，およびＮＢＲ系ラテックス２７ｇからなる配合
物について、実施例１と同じように処理して、厚さ０．
７５ｍ、３００　ｍｍ角、密度１．２３ｇ／ｃ１のシー
ト状物を製造した。その機械的特性を表１に示した。

比較例２ 実施例ｌと同様の原料を用い、それらの配合割合をシリ
カーアルミナ系セラミックファイバー６９ｇ１未膨張バ
ーミキュライト４５ｇＳＮａ−モンモリ口ナイト３０ｇ
、およびＮＢＲ系ラテックス２７ｇからなる配合物を実
施例ｌと同じように処理して、厚さ１．０ｍｍ、３００
　ｖａ角、密度１．２７　ｇ　／ｃｔｓ”のシート状物
を製造した。その機械的特性を表１に示した。

比較例３ 実施例ｌと同様の原料を用いるが、違うのは、前記未膨
張バーミキュライトを使用せずに、実施例ｌで使用した
シリカーアルξナ系セラミソクファイバー６９ｇ，Ｎａ
−モンモリロナイト３０ｇ，ＮＢＲ系ラテンクス２７ｇ
だけからなる配合物を、実施例ｌと同様の処理を施すこ
とにより、厚さ０．７ｍ、３００ｆｉ角、密度１．２８
　ｇ　／　ｃｎ＋”のシート状物を製造した。その機械
的特性を表１に示した。

表１から判るように、未膨張バーミキュライトを使用し
ているものは、高温域において高復元率が得られている
。従って、トルクダウンの防止が可能であることが判る
。しかし、未膨張バーミキュライトを、本発明所定の範
囲外で用いる場合、例えば、多量にもちいると、未膨張
バーミキュライトが粒子であるために引張強度が著しく
低下する。そのため、例えばエンシン本体などに使用し
た場合に、熱によるエンジン本体の膨張および収縮に追
随できないこととなる。一方、全く添加しない場合には
、高温域での復元率が著しく低くなり、トルクダウンが
発生する。したがって、良好なシール性が得られない。

よって、この未膨張バーミキュライトについては、５〜
２０ｗｔ％の範囲で用いなければならないことが判る。

次に、本発明のシート状ガスケフト性能について調べる
ために、実施例１のガスケット状シートを所定の寸法に
打ち抜き加工し、自動車エンジンのヘッド、エキゾース
トマニホールド間のガスケットとして取付け、排気量２
０００ｃｃ，　Ｄ　Ｏ　Ｈ　Ｃターボ付エンジンにてエ
キゾーストマニホールドに、排ガス温度：　９００℃で
１００時間排ガスを流入し、耐久試験を実施した。この
耐久試験中はガス漏れ等の重大問題は発生せず、実施例
１のガスケットは十分なガスケット機能を果たした。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の高温ガスケソトは、人体に
有害であるとされる石綿を使用しないガスケソトが得ら
れる。しかも、強度が高い上、９５０℃の高温下におい
ても燃焼酸化による繊維の消失粉化（結合劣化）がない
ため、ガスシール性や断熱特性、風蝕性などの点におい
て優れている。

その結果、次のような波及的効果がある。

第１に自動車用としては、 （１）　　エキゾシ一ト、マニホールドが、シリンダ・
ヘッドへの熱量を減じることから、シリンダ・ヘッド内
を通流する冷却水への伝熱量が少なくなり、ラジエー夕
の小型化が図れ、低コスト、エンジン・ルームの有効活
用ができる。

（２）エキゾシ一ト、マニホールドがシリンダ・ヘフド
に接するフランジ面は温度が従来技術より上昇し・且つ
均熱分布になることから、フランジ面の熱歪み軽減によ
るフランジ部の薄肉化によって低コスト化ができ、さら
にはエキゾースト・マニホールド内のガス温度も上昇す
ることから、排気工ξツションを低減化し、触媒の高活
性化を図ることができる。

｛３｝上記（２）の排気温上昇により、過給機付のエン
ジンにおいて、排気熱を仕事量に変えることになり、エ
ンジン出力の向上を図れる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、セラミック無機繊維３５〜８０ｗｔ％、未膨張バー
   ミキュライト５〜２０ｗｔ％、有機質弾性物質５〜２５
   ｗｔ％および無機質結合材５〜３５ｗｔ％からなるもの
   で構成したことを特徴とする高温ガスケット。 ２、セラミック無機繊維と未膨張バーミキュライト、有
   機質弾性物質および無機質結合材とからなる配合物を湿
   式混合抄造し、脱水プレス後乾燥し、次いでホットプレ
   スすることを特徴とする高温ガスケットの製造方法。