JPH10231111A - 膨張黒鉛シート - Google Patents

膨張黒鉛シート

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JPH10231111A
JPH10231111A JP9039030A JP3903097A JPH10231111A JP H10231111 A JPH10231111 A JP H10231111A JP 9039030 A JP9039030 A JP 9039030A JP 3903097 A JP3903097 A JP 3903097A JP H10231111 A JPH10231111 A JP H10231111A
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water
expanded graphite
sheet
graphite sheet
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Takahisa Ueda
隆久 上田
Katsunori Sugita
克紀 杉田
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Nippon Pillar Packing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 吸水性を持たせて摩擦係数および摺動抵抗の
著しい低減を図るとともに、非常に優れたシール性能を
確保することができるようにする。 【解決手段】 膨張黒鉛粒子2aを加圧して互いに一体
化されている膨張黒鉛基材1Aの少なくとも表面をブラ
スト加工などによって除去処理して、その表面の水に対
する接触角θの値を85°以下、好ましくは80°以下
に設定したものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえばパッキ
ン、ガスケット、Vリング、バルブシート等の各種シー
ル材、ベアリング等の摺動材、電池用電極、面状ヒータ
ー、さらには高温用断熱材、農業用資材及び土木工事用
資材などとして使用される膨張黒鉛シートに関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】膨張黒鉛は、各種シール材等の構成材料
として一般的に用いられていた四弗化エチレン樹脂(P
TFE、PTA等)やゴムなどに比べて耐熱性に優れて
いることから近年各種シール材等として多用されてい
る。ところで、従来から一般に使用されている膨張黒鉛
シートは、その含有水分率が0.1〜0.5%程度であ
り、大気中の湿度が変化してもその含有水分率は変化す
ることがない。また、膨張黒鉛シートは膨張させた黒鉛
粒子をプレス成形やロール成形により加圧して拡開した
蛇腹状の層間を再び密着させることで、膨張黒鉛粒子を
相互に自己接着してシート状に製造されるものであるか
ら、稠密な表層を有し、疎水性(親油性)で、水に対す
る接触角の値は87〜89°(表2参照)であるため、
表層から吸水、吸湿することがないものであった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のように含有水分
率が低く、かつ、吸水・吸湿性のない従来の膨張黒鉛シ
ートでは、この膨張黒鉛シートから各種シール材等の成
形体を構成する場合、その使用態様においてシール材等
の成形体内部に水が浸透することがないために、成形体
の隙間に浸透した水分がその隙間を通過して漏洩してし
まうという問題があった。また、従来の膨張黒鉛シート
は、吸水・吸湿性がないことからドライ摺動状態で使用
されることが多く、膨張黒鉛シートから構成される各種
シール材等の成形体をこのようなドライ摺動状態で使用
すると、PTFEとくらべてもより高い摩擦係数を呈し
(表1参照)、摺動抵抗が非常に大きくなるという問題
がある。さらに、疎水性であるために、強度向上を期待
できる水分散性の接着剤、あるいは、摩擦係数の低下を
期待できる水溶性のシール剤や潤滑剤などを膨張黒鉛シ
ート内部にまで含浸させることは困難である。そのこと
から、膨張黒鉛内部に存在する空隙の充填および摩擦係
数の低減手段として油を含浸させたり、表面に油を塗布
したりする手段が採用されるが、このような油含浸、塗
布手段によると、高温蒸気条件下での油分解による特性
劣化や層間での滑りによる強度低下、油の流出に伴う周
囲の汚染などという新たな問題も併発するおそれがあっ
た。
【0004】本発明は上記のような実情に鑑みてなされ
たもので、吸水・吸湿性を持たせて摩擦係数および摺動
抵抗の著しい低減を図ることができるとともに、非常に
優れたシール性能を確保することができる膨張黒鉛シー
トを提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に記載の発明に係る膨張黒鉛シートは、膨
張させた黒鉛粒子を加圧して互いに一体化してなる膨張
黒鉛基材の少なくとも一面の水に対する接触角の値を8
5°以下に設定していることを特徴とするものであり、
好ましくは、請求項2に記載のように、80°以下に設
定したものである。
【0006】上記請求項1,2に記載の発明によれば、
膨張黒鉛基材の少なくとも一面が水に対する接触角の値
が85°、好ましくは80°以下の粗面に形成されて、
親水性、吸水性を有するものであるから、各種シール材
等の成形体として使用する場合、少量の水が存在する条
件下でありさえすれば、その水が膨張黒鉛基材の内部に
吸水されやすく境界潤滑に近い摩擦状態を作り出すこと
が可能で、表1に示すように、摩擦係数が従来の乾燥
(ドライ)状態の摩擦係数よりも一桁程度低減されて、
パッキンや摺動材として使用するときの摺動抵抗を小さ
くすることができる。
【0007】
【表1】
【0008】また、膨張黒鉛基材自体が吸水して体積増
加し(いわゆる膨潤)、その膨張圧力によってシール面
圧を上昇させることが可能となるとともに、応力変換係
数も大きくなり、わずかな締め付け圧力によって優れた
シール性能を確保することが可能となる。さらに、親水
性、吸水性を有するために、強度向上を期待できる水分
散性の接着剤、あるいは、摩擦係数の低下を期待できる
水溶性のシール剤や潤滑剤などを膨張黒鉛シート内部に
まで含浸させることが可能となり、従来のように、油を
含浸させたり、塗布したりする場合にみられる油分解に
よる特性劣化や強度低下、油汚染などの問題を生じるこ
となく、強度や自封性に優れた成形体を構成しやすい。
【0009】上記請求項1,2に記載の発明に係る膨張
黒鉛シートにおいて、その形態を請求項3に記載のよう
に、シート状またはペーパー状にしたり、請求項4に記
載のように、テープ状したりする場合は、これを適当な
大きさや長さに切断することで、様々な用途に応じるこ
とができ、特にテープ状の形態とする場合は、これを適
当な長さに切断して編組パッキンの中芯材として使用す
ることによって、該中芯材にまで水が浸透してきたとき
に、その水分を漏洩させることなく、中芯材に吸収させ
て上述の膨潤作用によりシール面圧を上昇させ、潤滑特
性の向上と相俟って優れたシール性能および摩擦係数低
減性能を発揮させることができる。
【0010】また、上記請求項1,2に記載の発明に係
る膨張黒鉛シートにおいて、その形態を請求項5に記載
のように、プレス成型品とする場合は、リング状パッキ
ンやベアリングの摺動材を簡単に作成することが可能で
あり、その使用態様において摺動抵抗を非常に小さくす
ることができる。
【0011】さらに、上記請求項1,2に記載の発明に
係る膨張黒鉛シートにおいて、その形態を請求項6に記
載のように、糸状体とする場合は、パッキンなどとして
実装する際の寸法調整が容易である他に、編組パッキン
を簡単に作成することが可能で、このパッキンを構成す
る編糸部分の吸水に伴う膨潤作用と潤滑特性とにより摺
動時の摩擦抵抗の低減性能と優れたシール性能を確保す
ることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
にもとづいて説明する。図1は膨張黒鉛シートの一部断
面斜視図であり、この膨張黒鉛シート1は、図2に示す
ように、鱗片状の黒鉛粒子2aが積層状態となっている
厚さHo の酸処理黒鉛2Aを膨張処理することにより、
図3に示すように、上記積層方向(矢印a方向)に拡開
されて黒鉛粒子2aの各間にすきまGを有する厚さH
(5mm〜10mm程度)の蛇腹状の構造体をプレス成
形やロール成形により加圧して拡開した蛇腹状の層間を
再び密着させることで膨張黒鉛粒子2aを相互に自己接
着によりシート状に一体化させた基材1Aの表裏両層部
の全域を、例えば粒径が10〜20μmのSiCなどの
研磨材を用いたマイクロブラスト加工等によって除去処
理し表裏両面を粗にしてなるものである。
【0013】上記のようにシート状の膨張黒鉛基材1A
の表裏両層部の全域をマイクロブラスト加工等によって
処理率1.5%程度に除去処理してなる膨張黒鉛シート
1の表裏両面1Bの水に対する接触角θ(図4参照)の
値は、約55°となり、親水性、吸水性を呈することに
なる。因みに、現在市販されている製造メーカー各社の
膨張黒鉛シートおよび上記した本発明の実施形態品それ
ぞれについて水に対する接触角θを測定した結果は表2
に示す通りであった。なお、この接触角θの測定装置と
しては、共和界面化学(株)製のLTD製フェイス・コ
ンタクト−アングル・メーター CA−Dを使用した。
また、測定前に各試料の表面をアセトンで脱脂した。
【0014】
【表2】
【0015】一般に、膨張黒鉛シートの水に対する接触
角θとシート上に滴下した水がシート内部に吸水される
までの時間(sec.)とは、図5に示すような関係に
あって、接触角θが85°以下、好ましくは80°以下
では短時間のうちに吸水してしまう優れた吸水性を有す
るが、接触角θが85°を越えると、ほとんど吸水しな
いのであり、上記表2に示した現在市販されている製造
メーカー各社の膨張黒鉛シートは親水性、吸水性のない
ものであることが分かる。
【0016】次に、上記のように表裏両面の水に対する
接触角θの値が85°以下に設定されている膨張黒鉛シ
ート1の具体的な用途を例示する。図6は、膨張黒鉛シ
ート1の基材1Aをテープ状に切断してなる複数枚の膨
張黒鉛テープ基材1Aaを重合配置し、これらを渦巻状
に巻き重ねた後、リング状にプレス成型してグランドパ
ッキン5を形成したものである。
【0017】図7は、水を3重量%および水分散性の接
着剤の一例としてエチレングリコールを2.5重量%そ
れぞれ含有させてなる膨張黒鉛シート1の基材1Aを細
幅に切断し、それら複数の細幅切断基材1Abの外周を
PTFE等の補強繊維6で被覆して糸状のシール材7を
形成したものである。この糸状のシール材7は、リング
状ガスケットなどとして実装する際に、任意の長さに切
断して自由な長さで使用することが可能である。さら
に、この糸状のシール材7を編み糸として使用して編組
グランドパッキンを形成してもよい。
【0018】そして、上記したいずれの形態での使用に
おいても、少量の水が存在する条件下でありさえすれ
ば、その水が膨張黒鉛シート1の基材1Aの内部に吸水
されやすくて境界潤滑に近い摩擦状態を作り出すことが
可能であるから、パッキンや摺動材として使用するとき
の摺動抵抗を小さくすることができるだけでなく、シー
ル材等の成形体の隙間に水が浸透してきたとき、その水
分を漏洩させることなく膨張黒鉛基材1A自体が吸収す
るとともに、その吸水に伴う膨張黒鉛基材1Aの膨潤作
用によってシール面圧が上昇し、かつ、応力変換係数も
増加することになり、わずかな締め付け圧力によって優
れたシール性能を発揮することが可能となる。
【0019】さらに、親水性、吸水性を有するために、
エチレングリコールなどの水分散性の接着剤や水溶性の
シール剤や潤滑剤などを膨張黒鉛シート内部にまで含浸
させて、特に糸状体とする際の耐圧強度の向上あるいは
摩擦係数の一層の低下を図ることが容易である。
【0020】図8は、密度1.0g/cm3 、厚み0.
38mmの膨張黒鉛基材1Aの表裏両面をブラスト加工
によって20μm除去して滴下直後の水に対する接触角
θの値を55°に形成した後、水を5重量%含浸させた
膨張黒鉛シート1を用いて図6に示すようなリング状に
成形したグランドパッキン5(寸法:内径19mm×外
径32×厚み6.5mm)を試料として摺動抵抗係数K
μを測定した実験結果を従来品と比較して示す特性グラ
フである。ここで、比較例となる従来品は、密度1.0
g/cm3 、厚み0.38mmの膨張黒鉛基材の表裏両
面が未処理であって、滴下直後の水に対する接触角θの
値が90.2°で、かつ、水を0.5重量%含有する膨
張黒鉛シートを用いて本発明品と同様にリング状に成形
したグランドパッキンを試料としている。なお、上記の
実験条件は表3に示すとおりであり、また、図8に示し
た摺動抵抗係数Kμ値は締付圧が200kgf/cm2
〜500kgf/cm2 での平均値である。
【0021】
【表3】
【0022】上記図8の実験結果からも明らかなよう
に、本発明品の常温での摺動抵抗係数は従来品に比べて
ほぼ一桁程度低下しており、非常に優れた摺動特性を発
揮するものであり、加えて、上述のような膨潤作用によ
り僅かな締付圧力で優れたシール性能を確保するもので
あることが分った。
【0023】
【発明の効果】以上のように、請求項1,2に記載の発
明によれば、膨張黒鉛基材の少なくとも一面が親水性、
吸水性を有するものであるから、使用態様において膨張
黒鉛基材の内部への吸水によって境界潤滑に近い摩擦状
態を作り出すことが可能で、従来の親油性のものに比べ
て摩擦係数を一桁程度低減しパッキンや摺動材として使
用するときの摺動抵抗を著しく小さくすることができ
る。しかも、膨張黒鉛基材自体の吸水により成形体等の
隙間に浸透してくる水を漏洩させることがないとととも
に、その吸水に伴う膨潤作用によりシール面圧を上昇さ
せ、かつ、応力変換係数も増加させることが可能である
ため、わずかな締付圧力によっても優れたシール性能を
確保することができる。
【0024】加えて、親水性、吸水性を有するために、
水分散性の接着剤や水溶性のシール剤や潤滑剤などをシ
ート内部にまで含浸させることが可能となり、従来のよ
うに、油の含浸や塗布手段の場合にみられる油分解によ
る特性劣化や強度低下、油汚染などの問題を生じること
なく、耐圧強度や自封性に優れた成形体を構成しやすい
という効果を奏する。
【0025】また、請求項3および請求項4に記載のよ
うに、シート状またはペーパー状あるいはテープ状の形
態を採用することによって、適当な大きさや長さに切断
して様々な用途に応じることができ、特にテープ状の形
態とする場合は、これを適当な長さに切断して編組パッ
キンの中芯材として使用することによって、該中芯材に
まで水が浸透してきたときに、その水分を漏洩させるこ
となく、中芯材に吸収させて上述の膨潤作用によりシー
ル面圧を上昇させ、潤滑特性の向上と相俟ってより優れ
たシール性能および摩擦係数低減性能を発揮させること
ができる。
【0026】さらに、請求項5に記載のように、プレス
成型品の形態を採用することによって、リング状パッキ
ンやベアリングの摺動材を簡単に作成することが可能で
あり、その使用態様において摺動抵抗を非常に小さくす
ることができ、さらにまた、請求項6に記載のように、
糸状体の形態を採用することによって、パッキンなどと
して実装する際の寸法調整が容易である他に、編組パッ
キンを簡単に作成することが可能で、このパッキンを構
成する編糸部分の吸水に伴う膨潤作用と潤滑特性とによ
り摺動時の摩擦抵抗の低減性能と優れたシール性能を確
保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による膨張黒鉛シートの一
部断面斜視図である。
【図2】酸処理黒鉛粒子の膨張前の状態を示す拡大斜視
図である。
【図3】膨張黒鉛粒子を示す拡大斜視図である。
【図4】本発明の膨張黒鉛シートの水に対する接触角の
説明図である。
【図5】膨張黒鉛シートの水に対する接触角とシート上
に滴下した水がシート内部に吸水されるまでの時間との
相関関係を示すグラフである。
【図6】本発明の膨張黒鉛シートによる用途例の一つで
あるグランドパッキンの一部切欠き斜視図である。
【図7】本発明の膨張黒鉛シートによる用途例の他の一
つである糸状シール材を示す概略斜視図である。
【図8】本発明の膨張黒鉛シートを用いて形成されるグ
ランドバッキンを試料として摺動抵抗係数を測定した実
験結果を従来品のそれと比較して示す特性グラフであ
る。
【符号の説明】
1 膨張黒鉛シート 1A 膨張黒鉛基材 2a 黒鉛粒子 5 グランドパッキン 7 糸状シール材 θ 水に対する接触角

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 膨張させた黒鉛粒子を加圧して互いに一
    体化してなる膨張黒鉛基材の少なくとも一面の水に対す
    る接触角の値を85°以下に設定していることを特徴と
    する膨張黒鉛シート。
  2. 【請求項2】 上記接触角の値が、80°以下に設定さ
    れている請求項1に記載の膨張黒鉛シート。
  3. 【請求項3】 その形態がシート状またはペーパー状で
    ある請求項1または2に記載の膨張黒鉛シート。
  4. 【請求項4】 その形態がテープ状である請求項1また
    は2に記載の膨張黒鉛シート。
  5. 【請求項5】 その形態がプレス成型品である請求項1
    または2に記載の膨張黒鉛シート。
  6. 【請求項6】 その形態が糸状体である請求項1または
    2に記載の膨張黒鉛シート。
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