JP3947603B2 - Gasket material and gasket using the same - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配管のフランジ部や軸又はピンの潤滑部等をシールするガスケット及びその材料に関するもので、特に耐クリープ性に優れ、高締付圧で締め付けられる部分のシールに好適な延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレン製ガスケット材料及びこれを用いたガスケットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
医薬品、食品等の腐食性流体が流れる配管の継手部分には、耐食性、耐熱性に優れたガスケットが用いられる。耐食性及び耐熱性に優れ、且つ締付面に対する密着性が優れていることから、近年、延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレン（以下「ｅＰＴＦＥ」と略記する）製のガスケットが注目されている。例えば、実開平３−８９１３３号公報に、ｅＰＴＦＥフィルムを所定厚みにまで積層一体化したシートを、リング状に打ち抜いたｅＰＴＦＥ製リング状ガスケットが開示されている。
【０００３】
ここで、ｅＰＴＦＥフィルムとは延伸により繊維質構造とした多孔質のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルムをいい、その製造方法は特公昭５１−１８９９１号公報に開示されているように、通常ＰＴＦＥのファインパウダー（結晶化度９０％以上）を成形助剤と混合することにより得られるペーストの成形体から、成形助剤を除去した後、ＰＴＦＥの融点（約３２７℃）未満の高温（３００℃程度）で延伸し、さらに必要に応じて焼成することにより得られる。二軸延伸により得られたｅＰＴＦＥは、図９に示すように、折り畳み結晶で構成されるノード２からフィブリル１（折り畳み結晶が延伸により解けて引出された直鎖状の分子束）が放射状に広がり、フィブリル１を繋ぐノード２が島状に点在して、フィブリル１とノード２とで画された空間が多数存在するクモの巣状の繊維質構造となっている。そして、フィブリル間、又はフィブリルとノードとで画される空間が空孔３となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようにして製造されるｅＰＴＦＥフィルムからなるガスケット材料を用いて作成したｅＰＴＦＥ製ガスケットを高圧で締め付けた状態で長期間使用した場合、ガスケットの変形（クリープ）が起こり、その結果シール性が低下し、遂にはガスケットとして機能できなくなる。つまりガスケットとして機能できなくなるまでの期間（以下、「ガスケットの耐用年数」という）が不十分であった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来よりも耐クリープ性に優れたｅＰＴＦＥ製ガスケット及びそのようなガスケットを得ることができるガスケット材料を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ｅＰＴＦＥ製ガスケットのクリープの原因がノードにあること、すなわち、折り畳み結晶が延伸により十分引出されたフィブリルについては使用時の圧縮力に対しても変形を示さないが、延伸が不十分な折り畳み結晶で構成されるノードは使用時の圧縮力による変形を生じ、クリープの原因となり、遂にはガスケットとしての機能を果さなくなることを見い出した。そこで、折り畳み結晶が殆ど全部解け出してしまった様なノードが極めて小さいｅＰＴＦＥフィルムを用いることに着目して、本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明のガスケット材料は、ノードと該ノードを連結するフィブリルとからなる二軸延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレンフィルムを積層した積層シートからなるガスケット材料であって、前記二軸延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレンフィルムは、走査型電子顕微鏡観察面積３３０μｍ² 当たり、直径又は長軸が３μｍを超えるノードが実質的に存在しないことを特徴とする。ＪＩＳ Ｋ７１１３に規定する試験における破断伸びが２００％以下であることが好ましく、ガスケット材料のマトリックスの引張強度が１０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上であることが好ましい。また、厚さ３ｍｍ以上、空孔率７５％以下のガスケット材料において、９３℃における９６時間のＡＴＲＳ試験による応力緩和率が３５％以下であることが好ましい。
【０００８】
さらに、前記積層シートには、前記延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレンフィルムよりも剛性が高い材料で構成される補強層が少なくとも１層介設されていることが好ましく、前記補強層は、延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレンフィルムの空孔を圧潰したものであることが好ましい。
本発明のガスケットは、本発明のガスケット材料を適宜形状に形成してなるものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
まず、本発明のガスケット材料を構成する二軸延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレン（以下、「二軸ｅＰＴＦＥ」と略記する）フィルムについて説明する。
【００１０】
本発明で用いる二軸ｅＰＴＦＥフィルムは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察面積３３０μｍ² 当たり、直径又は長軸が３μｍを超えるノードが実質的に存在しないｅＰＴＦＥフィルム、換言すると、ノードの９８％以上は直径又は長軸が３μｍ以下のｅＰＴＦＥフィルムである。従来ガスケット材料に用いられているｅＰＴＦＥフィルムのノードの直径又は長軸は約５μｍ以上であり、大きいものでは４００μｍ以上のノードも存在することから、本発明で用いるｅＰＴＦＥフィルムのノードが随分と小さいことが分かる。以下、本明細書において直径又は長軸が３μｍを超えるノードが実質的に存在しないｅＰＴＦＥフィルムを「小ノードｅＰＴＦＥフィルム」という。
【００１１】
この小ノードｅＰＴＦＥフィルムはノードを限りなく小さくしたもので、すでに折り畳み結晶の大部分は解けて伸び切ってしまっている。但し、ノードはフィブリル結節部（複数のフィブリルがつながった塊）として、ＳＥＭ観察でフィブリルと区別することができる。そして、小ノードｅＰＴＦＥフィルムの基本的構造は、従来のｅＰＴＦＥフィルムと同様である。つまり、ノード及びフィブリルで構成され、二軸ｅＰＴＦＥフィルムの場合には、フィブリルが放射状に広がり、フィブリルを繋ぐノードが島状に点在して、フィブリルとノードとで画された空間が多数存在するクモの巣状の繊維質構造となっている（図９参照）。
【００１２】
このような小ノードｅＰＴＦＥフィルムは、例えばＰＴＦＥのペースト押し出しにより得られたシートを未焼成のまま延伸するに際し、延伸方向を２軸とし、また延伸速度を従来よりも遅い速度、具体的には１００％／秒以下、好ましくは５０％／秒以下、より好ましくは２０％／秒以下で行ない、且つ二軸方向の伸長面積倍率を５０倍以上とすることにより得られる。その詳細は、特開平７−１９６８３１号公報に記載されている。また、未焼成体に代えて、半焼成体を用いてもよい（特開平５−２０２２１７号等）。
【００１３】
尚、ここでいう「延伸速度（％／秒）」は、相対するピンフレームを離反させることにより延伸する場合において延伸前のフレーム間距離に対するフレームの離反速度の割合をいい、速度の異なる相対する１対のロール間で延伸する場合においてはロール間距離に対するロールの回転速度差の割合をいう。また、「伸長面積倍率」とは、長手方向（ＭＤ）の延伸倍率（λＭ）と幅方向（ＴＤ）の延伸倍率（λＴ）の積（λＭ×λＴ）として表される倍率をいう。「延伸倍率」は、相対するピンフレームを離反させることにより延伸する場合において、延伸前のフレーム間距離に対する延伸後の最終のフレーム間距離の比（倍）、又は延伸前の初期のフレーム間距離に対する成形体が引き伸ばされた距離（延伸後の最終フレーム間距離から延伸前の初期フレーム間距離を差し引いた値）の割合（％）でもって定義され、速度の異なる相対する１対のロール間で延伸する場合においては、１対のロールの回転速度の比（倍）、又は第１ロールの回転速度に対する成形体が引き伸ばされた距離（１対のロールの回転速度差）の割合をもって定義される。従って、例えば延伸倍率５倍は４００％に相当する。
【００１４】
このようにして得られる小ノードｅＰＴＦＥフィルムの厚みは通常５〜２００μｍ程度であり、空孔率は従来のｅＰＴＦＥフィルムと同様に４０〜９８％の範囲で延伸倍率により適宜選択できる。またフィブリル間、又はフィブリルとノードとで画される空間、つまり空孔の平均孔径も、延伸倍率により適宜設定できるが、０．５〜５．０μｍが好ましく、特に０．５〜１．０μｍが好ましい。空孔が大きすぎると、フィルム同士の接触面積が小さくなるので、フィルム同士の密着性が低下する傾向にあり、高締付圧で使用しない場合には浸透漏れが生じて却ってシール性が低下するからである。一方、平均孔径が０．５μｍ未満では、延伸が不十分なために安定した繊維配向が得られないからである。
【００１５】
このような小ノードｅＰＴＦＥフィルムは、折り畳み結晶部分は殆ど残っていないので、高圧で締め付けられた場合であってもノードが解けて引出されることがないといえる。つまりクリープが起こりにくいことを意味する。
【００１６】
本発明のガスケット材料は、このような小ノードｅＰＴＦＥフィルムを複数枚積層してなるシート（以下「ｅＰＴＦＥ積層シート」という）である。小ノードｅＰＴＦＥフィルムの厚みは通常５〜２００μｍ程度であることから、積層枚数は１０〜５００枚程度が好ましく、得ようとするガスケットの厚みにもよるが、通常１００〜２００枚程度である。小ノードｅＰＴＦＥフィルムの積層一体化は接着剤を用いて行ってもよいが、未焼成の小ノードｅＰＴＦＥフィルムを積層した後、焼成により密着一体化することが好ましい。焼成は、ＰＴＦＥの融点（３２７℃）以上の温度（具体的には３５０〜３８０℃程度）で行なうことが好ましい。
【００１７】
このようにして得られた本発明のガスケット材料となる小ノードｅＰＴＦＥ積層シートは、厚みが約０．１〜１０ｍｍ程度、好ましくは１．５〜５ｍｍとなる。
【００１８】
さらに、積層後（焼成を行なった場合には焼成後）、１０〜３００ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力で積層方向（ガスケットの厚み方向）に押圧することができる。一般に高圧で締め付ける条件で使用する場合、ｅＰＴＦＥ積層シートで形成されるガスケットは使用初期において締付圧力により空孔が圧潰されて厚み方向に収縮することになる。ガスケットが厚み方向に収縮するということは、締付圧が当初よりも低下することを意味する。よって、高圧締付仕様の場合には、予め圧縮されたガスケット材料を用いてガスケットを形成することにより、初期の締付力の低下を少なくすることができる。また、押圧によりｅＰＴＦＥ積層シートの空孔が圧潰されるので、低締付圧仕様のガスケットに用いても浸透洩れを少なくできる。
【００１９】
本発明のガスケット材料の空孔率は、通常、ガスケット材料を構成する小ノードｅＰＴＦＥフィルムの空孔率と同程度乃至はそれよりも小さくなる。また焼成した場合には、さらに２０％程度空孔率が小さくなる。従って、本発明のガスケット材料の空孔率は小ノードｅＰＴＦＥフィルムとの関係から４０％以上、特に７０％以上が好ましいが、圧縮処理を行なったものや高圧で一定期間締め付けていたものについては、空孔率は初期よりも低下していて、４０％未満となっている場合もある。
【００２０】
本発明のガスケット材料としての小ノードｅＰＴＦＥ積層シートは、従来のｅＰＴＦＥ積層シートと比べて硬質であり、破断伸び、引張強度、応力緩和率等の機械的物性が優れている。しかも、ＭＤ方向、ＴＤ方向の延伸倍率を選択することにより等方性に近い機械的物性を示す。このことは、本発明のガスケット材料から任意形状のガスケットを作成しても、所望の機械的物性が得られ、ガスケットとしての特性を満足し得ることを意味する。
【００２１】
具体的には、ガスケットとして用いられる小ノードｅＰＴＦＥ積層シートのＪＩＳ Ｋ７１１３に基づく引張試験（一定速度で引張り、試料が破断するときの伸び率（％）を測定）における破断伸びが２００％以下であることが好ましい。そして、ＭＤ方向の破断伸びとＴＤ方向の破断伸びとの差が２０％以内であることが好ましい。
【００２２】
また、ガスケット材料のマトリックスの引張強度が１０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上であることが好ましい。ここでガスケット材料のマトリックスとは、二軸ｅＰＴＦＥ積層シートのノード及びフィブリル部分（ｅＰＴＦＥの空孔を除いた部分）をいい、マトリックスの引張強度は小ノードｅＰＴＦＥ積層シートのサンプルを用いてＪＩＳ Ｋ７１１３に準じた引張試験（一定速度で引張り、サンプルが降伏したときの強さを測定）で得られた結果を、下記式により規格化することにより求められる。
【００２３】
マトリックス引張強度＝引張強度（実測値）×２．２／密度
式中の密度は、積層シートサンプルの実測重量（Ｗ）を積層シートサンプルの体積（Ｖ）で割って求められる見かけの密度（Ｄ＝Ｗ／Ｖ：単位はｇ／ｃｍ³ ）であり、２．２は空孔率０％（焼結により得られるＰＴＦＥシート）の密度である。マトリックスの引張強度が大きい程、十分な延伸が行われていることを意味し、このことはクリープが起こりにくく、ひいてはガスケットの耐用年数が長くなる。
【００２４】
本発明のガスケット材料は、小ノードｅＰＴＦＥ積層シートの特性に起因して応力緩和率が、従来のｅＰＴＦＥ積層シートよりも小さい。ここで、応力緩和とは、クリープが原因となってガスケットの応力が時間とともに低下することをいい、応力緩和により締付圧力が減少することになる。図１は外径１４９ｍｍ、内径１２４ｍｍ、厚み３．２ｍｍのリング状のガスケットを用いて内圧２８ｋｇｆ／ｃｍ² としたときの締付圧とリーク量との関係を表したグラフである。図１から分かる様に、締付圧が減少するに従ってリーク量が増加する。本発明に係る厚さ３ｍｍ以上、空孔率７５％以下のガスケット材料において、９３℃における９６時間のＡＴＲＳ試験による応力緩和率が３５％以下、特に２５％以下であることが好ましい。応力緩和率が３５％以下のガスケット材料は、高い初期締付圧を維持し続けることができ、長期にわたって優れたシール特性を発揮できるガスケットを提供できるからである。
【００２５】
上記ＡＴＲＳ試験とは、図２に示すような治具を用いて行なう試験である。具体的には、ガスケット材料で作成した短冊状（１２７ｍｍ×１２．７ｍｍ）のサンプル５に穿設されたボルト穴部分にボルト９を通してブラテン６，６で挟持し、その両端をスプリング７，７（スプリング７はフランジの剛性を再現）を介して初期締付力３５０ｋｇ／ｃｍ² となるようにナット８，８で締め付ける。このような治具において、サンプル５に締付力（ボルト軸力）を与えた状態ではボルトは伸びているが、締付力が減少すると、それに比例してボルトの伸びが減少する。試験前（初期締付時）におけるボルト９の伸びをＤ₀ 、試験後のボルトの伸びをＤ₁ として、（Ｄ₀ −Ｄ₁ ）／Ｄ₀ ×１００を算出し、これを応力緩和率（％）とする。
【００２６】
さらに、本発明のガスケット材料は、小ノードｅＰＴＦＥ積層シートにおいて小ノードｅＰＴＦＥフィルムよりも剛性が高い材料で構成される補強層が少なくとも１層介設されていることが好ましい。図３（ａ）はｅＰＴＦＥ層１１の間に補強層１２が１層だけ介設したガスケット材料を用いて作成したリング状ガスケットを示しており、図３（ｂ）は２層の補強層１２，１２を介設したガスケット材料を用いて作成したリング状ガスケットを示していて、ｅＰＴＦＥ層１１と補強層１２とが交互に積層された状態となっている。各ｅＰＴＦＥ層１１は、ｅＰＴＦＥフィルム又は該フィルムを積層したもので構成され、補強層１２は高剛性材料からなるフィルム状物で構成される。このように補強層１２がｅＰＴＦＥ層１１間に積層されることにより、ガスケット全体の曲げ剛性、強度が向上するので、大口径用のリング状ガスケットとしてハンドリング性が向上する。ここで、補強層１２を構成する材料としては、小ノードｅＰＴＦＥフィルムよりも剛性が高く、ＰＴＦＥと同程度以上の耐熱性を有する材料であればよい。このような条件を満たすものとしては、金属箔、フィルム状の焼結ＰＴＦＥ、ｅＰＴＦＥフィルムの空孔を圧潰したものなどが挙げられる。これらのうち、ｅＰＴＦＥフィルムの空孔が圧潰された多孔質でない延伸ＰＴＦＥフィルムが、ｅＰＴＦＥ層との密着性が優れていることから好ましく用いられる。尚、多孔質でない延伸ＰＴＦＥフィルムは、従来のｅＰＴＦＥフィルムであってもよいし、小ノードｅＰＴＦＥフィルムであってもよい。空孔を圧潰することにより、硬質の延伸ＰＴＦＥフィルムが得られるからである。但し、小ノードｅＰＴＦＥフィルムの空孔を圧潰したものが剛性、強度の点ではより好ましい。
【００２７】
本発明のガスケットは、本発明のガスケット材料（小ノードｅＰＴＦＥ積層シート）を、リング状やボルト穴が穿設されたもの等の任意形状に打ち抜いたり、切断することにより製造される。本発明のガスケットは、本発明のガスケット材料（小ノードｅＰＴＦＥ積層シート）の特性に起因して、優れた機械的物性（特に耐クリープ性）、ひいてはシール特性（ガスケット耐用年数）を発揮する。また、略等方性のガスケット材料を用いることにより、積層シートの任意の部分から任意形状のガスケットを得ても、所望の物性を有するガスケットを得ることができる。
【００２８】
【実施例】
以下に、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
〔評価方法〕
まず、実施例で用いた測定方法及び評価方法について説明する。
【００２９】
[1] ノードの大きさ（μｍ）
ＳＥＭ写真（５０００倍）において、最大ノードの大きさ（「長軸×短軸」で示す）を求めた。実施例１及び比較例１、２のガスケット材料（ｅＰＴＦＥ積層シート）表面のＳＥＭ写真を夫々図４，５，６に示す。
【００３０】
[2] 空孔率（％）
積層シートの重量（Ｗ）を体積（Ｖ）で割ることにより求めた密度（Ｄ＝Ｗ／Ｖ：単位はｇ／ｃｍ³ ）及び空孔率０％の密度（２．２）を用いて下式により算出した。
空孔率＝｛１−（Ｄ／２．２）｝×１００
【００３１】
[3] 応力緩和率（％）
９３℃、２０４℃、３１５℃について、ＡＴＲＳ試験を行なった。初期締付圧力は３５０ｋｇｆ／ｃｍ² とし、締付時間は９６時間とした。
【００３２】
[4] 破断伸び（％）
ＪＩＳ Ｋ７１１３に準じて、常温（２３℃）で引張試験を行なった。すなわち、各ガスケット材料（ｅＰＴＦＥ積層シート）から２号試験片（ダンベル形試験片）を作成し、試験片の両端を把持して、速度２００ｍｍ／ｍｉｎで引張って、試験片が破断したときの伸び率（％）を測定した。
【００３３】
[5] マトリックス引張強度（ｋｇｆ／ｍｍ² ）
ＪＩＳ Ｋ７１１３に準じて、常温（２３℃）で引張試験を行なった。すなわち、各ガスケット材料（ｅＰＴＦＥ積層シート）から２号試験片（ダンベル形試験片）を作成し、試験片の両端を把持して、速度２００ｍｍ／ｍｉｎで引張り、試験片が切断したときの強度（ｋｇｆ／ｍｍ² ）を測定した。測定した引張強度（ｋｇｆ／ｍｍ² ）を下式により規格化することにより算出した。尚、式中の密度は上記空孔率で用いた密度（Ｄ）である。
マトリックス引張強度＝引張強度×（２．２／密度）
【００３４】
[6] Ｑ_p
ガスケットの耐用年数の指標となる値であり、上記で求められた応力緩和率及び９３℃、２０４℃、３１５℃で９６時間放置後にＡＴＲＳ試験に準じて引張強度を測定した。すなわち、各ガスケット材料（ｅＰＴＦＥ積層シート）から短冊状（１２７ｍｍ×１２．７ｍｍ）のサンプルを作成し、２３℃、引張速度５１ｍｍ／ｍｉｎで引張り、破断したときの引張強度（ｋｇｆ／ｍｍ² ）に基づいて下記式により算出される。
（ａ）引張強度が１．７５ｋｇｆ／ｍｍ² 未満の場合：
Ｑ_p ＝（引張強度／０．７）×｛（１００−応力緩和率）／７５｝²
（ｂ）引張強度が１．７５ｋｇｆ／ｍｍ² 以上の場合：
Ｑ_p ＝２．５×｛（１００−応力緩和率）／７５｝²
【００３５】
[7] 最高使用温度（℃）
Ｑ_p は温度の関数であるから、各温度におけるＱ_p を求め、Ｑ_p ＝１となる温度を求めればよい。ここで、Ｑ_p ＝１というのは、アスベストジョイントシートに相当する値である。アスベストジョイントシートを基準としたのは、実際の現場で数十年の使用実績があり、十分信頼できるシール特性を発揮することが知られているからである。
【００３６】
[8] 面積増加率（％）
外径×内径×厚みが５５ｍｍ×２８ｍｍ×３ｍｍのリング状ガスケットサンプルを締付圧３００ｋｇｆ／ｃｍ² で締付けて、温度２００℃で１時間放置した。締付前は図７（ａ）に示すように真円に近いリング状であるのに対し、締付によりクリープが生じて、図７（ｂ）に示すように変形する（厚みが薄くなる分、面積が増大する）。締付前の面積（Ｓ₀ ）と締付放置後の面積（Ｓ₁ ）を算出し、面積が増加した割合（（Ｓ₁ −Ｓ₀ ）÷Ｓ₀ ）を算出した。
【００３７】
[9] ブローアウト温度
外径×内径×厚みが１２７ｍｍ×８９ｍｍ×３ｍｍのリング状ガスケットサンプルを、締付圧３５０ｋｇｆ／ｃｍ² でフランジにセットし、７０ｋｇｆ／ｃｍ² の内圧を負荷した。そして、フランジ温度を昇温して行き、ガスケットサンプルがブローアウト（リングが切れて開環）したときの温度を測定した。
【００３８】
[10]リーク量（初期）
ＲＯＴＴ試験により測定した。すなわち、図８に示すように、締付部材２１を油圧ポンプで加圧することによりリング状ガスケット２３（外径×内径×厚みが１４９ｍｍ×１２４ｍｍ×３ｍｍ）を締付圧２００ｋｇｆ／ｃｍ² で挟持し、Ｏリング２２で密閉系とする。かかる状態で、注入口２４からヘリウムガスを注入してリング状ガスケットのリング内側の圧力が７０ｋｇｆ／ｃｍ² となるようにし、漏出口２５から外部に洩れ出たヘリウムの量をヘリウムリークディテクターで測定した。
【００３９】
〔ガスケット材料及びガスケットの作成〕
実施例１：
ＰＴＦＥファインパウダー（ダイキン社製）に潤滑剤としてソルベントナフサを１７重量％添加混合したペースト状物をシート状にペースト押し出しした後、ロール圧延し、潤滑剤を乾燥除去して、厚さ０．６６ｍｍ、幅１５３ｍｍの未焼成テープを得た。このテープを、３００℃に保持しつつ延伸速度９０％／秒、延伸倍率７．０倍の条件でＭＤ方向に延伸した。次いで、２７５℃に保持しつつ延伸速度８５％／秒、延伸倍率１８．５倍の条件でＴＤ方向に延伸した。得られた延伸フィルムの未焼成テープに対する伸長面積倍率は、ＭＤ方向の延伸倍率（７．０倍）とＴＤ方向の延伸倍率（１８．５倍）との積（１２９．５倍）に相当する。このフィルムは、厚み３９μｍで８６．６％の空孔率を有し、また最大ノードの大きさが２μｍ×２μｍの小ノードｅＰＴＦＥフィルムであった。この小ノードｅＰＴＦＥフィルムを２４４枚重ね、３６６℃で６０分間焼成してフィルム同士を密着一体化させ、厚さ３．６６ｍｍ、空孔率７４．６％の積層シートを得た。
【００４０】
実施例２：
ＰＴＦＥファインパウダー（デュポン社製）に潤滑剤としてソルベントナフサを１６重量％添加混合したペースト状物をシート状にペースト押し出しした後、ロール圧延し、潤滑剤を乾燥除去して、厚さ１．３ｍｍ、幅３０２ｍｍの未焼成テープを得た。このテープを、３００℃に保持しつつ、延伸速度８０％／秒、延伸倍率９．５倍の条件でＭＤ方向に延伸した。次いで、２８０℃に保持しつつ延伸速度９５％／秒、延伸倍率１３．５倍の条件でＴＤ方向に延伸した。得られたフィルムの未焼成テープに対する伸長面積倍率は、ＭＤ方向の延伸倍率（９．５倍）とＴＤ方向の延伸倍率（１３．５倍）との積（１２８．３倍）に相当する。このフィルムは、厚み５２μｍで８０．０％の空孔率を有し、また最大ノードの大きさが１μｍ×１μｍの小ノードｅＰＴＦＥフィルムであった。この小ノードｅＰＴＦＥフィルムを７２枚重ね、３６５℃で６０分間焼成してフィルム同士を密着一体化させ、厚さ２．８８ｍｍ、空孔率７４．６％の積層シートを得た。
この積層シート（ガスケット材料）を外径５５ｍｍ、内径２８ｍｍのリング状に打ち抜いてリング状ガスケットを作成した。
【００４１】
実施例３：
ＰＴＦＥファインパウダー（デュポン社製）に潤滑剤としてソルベントナフサを１３重量％添加混合したペースト状物をシート状にペースト押し出しした後、ロール圧延し、潤滑剤を乾燥除去して、厚さ１．３ｍｍ、幅３０２ｍｍの未焼成テープを得た。このテープを、３００℃に保持しつつ延伸速度９５％／秒、延伸倍率９．１倍の条件でＭＤ方向に延伸した。次いで、２８０℃に保持しつつ延伸速度９０％／秒、延伸倍率１５．５倍の条件でＴＤ方向に延伸した。得られたフィルムの未焼成テープに対する伸長面積倍率は、ＭＤ方向の延伸倍率（９．１倍）とＴＤ方向の延伸倍率（１５．５倍）との積（１４１．１倍）に相当する。このフィルムは、厚み６５μｍで７８．３％の空孔率を有し、また最大ノードの大きさが１μｍ×１μｍの小ノードｅＰＴＦＥフィルムであった。この小ノードｅＰＴＦＥフィルムを５３枚重ね、３６５℃で６０分間焼成してフィルム同士を密着一体化させ、厚さ３．４１ｍｍ、空孔率７２．３％の積層シートを得た。
この積層シート（ガスケット材料）を外径５５ｍｍ、内径２８ｍｍのリング状に打ち抜いてリング状ガスケットを作成した。
【００４２】
比較例１：
ＰＴＦＥファインパウダー（旭硝子社製）に潤滑剤としてソルベントナフサを１７重量％添加混合したペースト状物をシート状にペースト押し出しした後、ロール圧延し、潤滑剤を乾燥除去して、厚さ０．２４ｍｍ、幅１５２ｍｍの未焼成テープを得た。このテープを、３００℃に保持しつつ延伸速度１５０％／秒、延伸倍率２．０倍の条件でＭＤ方向に延伸した。次いで、２７５℃に保持しつつ、延伸速度１５０％／秒、延伸倍率７．０倍の条件でＴＤ方向に延伸した。得られたフィルムの未焼成テープに対する伸長面積倍率は、ＭＤ方向の延伸倍率（２．０）とＴＤ方向の延伸倍率（７．０）との積（１４倍）に相当する。このフィルムは、厚み４５μｍで７９．５％の空孔率を有し、また最大ノードの大きさが５μｍ×１μｍのｅＰＴＦＥフィルムであった。このｅＰＴＦＥフィルムを９０枚重ね、３６５℃で６０分間焼成してフィルム同士を密着一体化させ、厚さ３．２ｍｍ、空孔率７２．７％の積層シートを得た。
この積層シート（ガスケット材料）を外径５５ｍｍ、内径２８ｍｍのリング状に打ち抜いてリング状ガスケットを作成した。
【００４３】
比較例２：
ガスケット材料として、市販（ＹＥＵ ＭＩＮＧ ＴＡＩ社製のＳＥＡＬＯＮ（登録商標））のｅＰＴＦＥ積層シート（厚さ３ｍｍ、空孔率６７．０％）を用いた。この積層シート（ガスケット材料）を外径５５ｍｍ、内径２８ｍｍのリング状に打ち抜いてリング状ガスケットを作成した。
【００４４】
実施例１〜３、比較例１、２のガスケット（又はガスケット材料）について、マトリックス引張強度、破断伸び、応力緩和率、面積増加率、ブローアウト温度、及びリーク量を下記評価方法に基づいて評価した。結果を表１に示す。
【００４５】
【表１】

【００４６】
〔評価〕
表１からわかるように、ノードの長軸が３μｍ以下のガスケット材料及びこれを用いて作成したガスケット（実施例１〜３）は、従来のｅＰＴＦＥシート及びこれを用いて作成したガスケット（比較例１、２）と比べて、破断伸び、応力緩和率が小さく、マトリックス引張強度が大きく、最高使用温度及びブローアウト温度が高かった。初期リーク量については、実施例１は比較例２よりも優れていたが、比較例１よりは若干劣っていた。しかし、応力緩和率、最高使用温度等の他の物性が比較例１よりも優れていることから、高温使用や高締付圧で長期間使用すると、シール性の低下（リーク量の増大量）は比較例１の方が大きくなり、長期的に見れば実施例１の方がシール性に優れていることが予測できる。
【００４７】
また、実施例１〜３のガスケット材料は、ＭＤ方向の破断伸びとＴＤ方向の破断伸びの差が２０％未満で、比較例のガスケット材料のそれと比べて小さく、等方性を示しているのが分かる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明のガスケット材料は、従来のｅＰＴＦＥフィルムよりもノードが小さいｅＰＴＦＥフィルム（小ノードｅＰＴＦＥフィルム）を用いているので、破断伸び、引張強度等の機械的物性が優れ、ひいては耐クリープ性に優れている。よって、本発明のガスケット材料を用いて作成したガスケットは、従来のｅＰＴＦＥ製シートを用いて作成したガスケットよりも高温、高締付圧での使用が可能であり、且つガスケットの耐用年数も長い。
【００４９】
また、補強層が介設されているガスケット材料では、ガスケットの曲げ剛性が高いので、大口径用のリング状ガスケットとしてハンドリング性が向上する。しかも補強層をｅＰＴＦＥフィルムの空孔を圧潰したもので構成したものは１００％ＰＴＦＥ製のガスケットで、ＰＴＦＥが有する耐熱性、耐食性を有効に発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】締付圧とリーク量との関係を示すグラフである。
【図２】ＡＴＲＳ試験に用いられる治具の構成を示す図である。
【図３】補強層が積層されているガスケットの構成を示す図である。
【図４】本発明実施例１の二軸ｅＰＴＦＥのＳＥＭ写真（５０００倍）である。
【図５】比較例１の二軸ｅＰＴＦＥのＳＥＭ写真（５０００倍）である。
【図６】比較例２の二軸ｅＰＴＦＥのＳＥＭ写真（５０００倍）である。
【図７】面積増加率の測定方法を説明するための図である。
【図８】リーク量の測定に用いた治具の構成を示す図である。
【図９】二軸ｅＰＴＦＥフィルムの構造を表した模式図である。
【符号の説明】
１ フィブリル
２ ノード
３ 空孔
５ ガスケット材料サンプル
１１ 小ノードｅＰＴＦＥ層
１２ 補強層
２３ リング状ガスケット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a gasket for sealing a flange portion of a pipe, a lubrication portion of a shaft or a pin, and the material thereof. The present invention relates to a polytetrafluoroethylene gasket material and a gasket using the same.
[0002]
[Prior art]
A gasket having excellent corrosion resistance and heat resistance is used for a joint portion of a pipe through which a corrosive fluid such as pharmaceuticals and foods flows. In recent years, gaskets made of expanded porous polytetrafluoroethylene (hereinafter abbreviated as “ePTFE”) have attracted attention because they are excellent in corrosion resistance and heat resistance and have excellent adhesion to the fastening surface. For example, Japanese Utility Model Laid-Open No. 3-89133 discloses an ePTFE ring-shaped gasket obtained by punching a sheet in which ePTFE films are laminated and integrated to a predetermined thickness into a ring shape.
[0003]
Here, the ePTFE film refers to a porous polytetrafluoroethylene (PTFE) film having a fibrous structure by stretching, and its production method is usually PTFE as disclosed in Japanese Patent Publication No. 51-18991. After removing the molding aid from the paste molded body obtained by mixing fine powder (crystallinity of 90% or more) with the molding aid, a high temperature (about 300 ° C) below the melting point of PTFE (about 327 ° C). ) And then firing as necessary. As shown in FIG. 9, ePTFE obtained by biaxial stretching has fibrils 1 (linear molecular bundles drawn by unfolding the folded crystal drawn by stretching) radially spread from the nodes 2 constituted by the folded crystals. The nodes 2 connecting the fibrils 1 are scattered in an island shape, and a spider web-like fibrous structure in which many spaces defined by the fibrils 1 and 2 exist. A space defined between the fibrils or between the fibrils and the nodes is a hole 3.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when an ePTFE gasket made using a gasket material made of an ePTFE film manufactured in this way is used for a long time in a state of being fastened at a high pressure, the gasket is deformed (creep), resulting in a sealing property. It will be lowered and will eventually fail to function as a gasket. In other words, the period until functioning as a gasket (hereinafter referred to as “the useful life of the gasket”) was insufficient.
[0005]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an ePTFE gasket superior in creep resistance than the conventional one and a gasket material from which such a gasket can be obtained. There is.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors show that the cause of creep of the ePTFE gasket is the node, that is, the fibrils in which the folded crystals are sufficiently drawn out by stretching do not show deformation even with the compressive force during use. It has been found that a node composed of an insufficiently folded crystal causes deformation due to compressive force during use, causes creep, and eventually fails to function as a gasket. Accordingly, the present invention has been completed by paying attention to the use of an ePTFE film having an extremely small node such that almost all of the folded crystals are dissolved.
[0007]
That is, the gasket material of the present invention is a gasket material comprising a laminated sheet obtained by laminating a biaxially stretched porous polytetrafluoroethylene film comprising nodes and fibrils connecting the nodes, and the biaxially stretched porous poly The tetrafluoroethylene film has a scanning electron microscope observation area of 330 μm.² It is characterized by substantially no nodes having a diameter or major axis exceeding 3 μm. The elongation at break in the test specified in JIS K7113 is preferably 200% or less, and the tensile strength of the gasket material matrix is 10 kgf / mm.² The above is preferable. Further, in a gasket material having a thickness of 3 mm or more and a porosity of 75% or less, it is preferable that the stress relaxation rate by an ATRS test at 93 ° C. for 96 hours is 35% or less.
[0008]
Furthermore, it is preferable that at least one reinforcing layer made of a material having higher rigidity than the stretched porous polytetrafluoroethylene film is interposed in the laminated sheet, and the reinforcing layer is stretched porous It is preferable that the pores of the polytetrafluoroethylene film are crushed.
The gasket of the present invention is formed by appropriately forming the gasket material of the present invention into a shape.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, a biaxially stretched porous polytetrafluoroethylene (hereinafter abbreviated as “biaxial ePTFE”) film constituting the gasket material of the present invention will be described.
[0010]
The biaxial ePTFE film used in the present invention has a scanning electron microscope (SEM) observation area of 330 μm.² The ePTFE film is substantially free of nodes having a diameter or major axis exceeding 3 μm. In other words, 98% or more of the nodes are ePTFE films having a diameter or major axis of 3 μm or less. The diameter or major axis of the node of the ePTFE film conventionally used for the gasket material is about 5 μm or more, and there is a node of 400 μm or more in the larger one. Therefore, the node of the ePTFE film used in the present invention is considerably small. I understand. Hereinafter, an ePTFE film in which a node having a diameter or major axis exceeding 3 μm does not substantially exist in the present specification is referred to as a “small node ePTFE film”.
[0011]
This small node ePTFE film has a node as small as possible, and most of the folded crystal has already been unwound and stretched. However, a node can be distinguished from a fibril by SEM observation as a fibril nodule (a lump in which a plurality of fibrils are connected). The basic structure of the small node ePTFE film is the same as that of the conventional ePTFE film. In other words, in the case of a biaxial ePTFE film composed of nodes and fibrils, the fibrils spread radially, the nodes connecting the fibrils are dotted in islands, and there are many spaces defined by the fibrils and the nodes. It has a spider web-like fibrous structure (see FIG. 9).
[0012]
Such a small node ePTFE film, for example, when stretching a sheet obtained by extruding a PTFE paste without firing, has a biaxial stretching direction and a stretching speed slower than the conventional one, specifically 100 % / Second or less, preferably 50% / second or less, more preferably 20% / second or less, and the expansion area magnification in the biaxial direction is 50 times or more. Details thereof are described in JP-A-7-196831. Further, a semi-fired body may be used instead of the unfired body (Japanese Patent Laid-Open No. 5-202217, etc.).
[0013]
Here, “stretching speed (% / second)” refers to the ratio of the frame separating speed to the inter-frame distance before stretching when stretching is performed by separating the opposing pin frames, and the speeds are different. In the case of stretching between a pair of rolls, it means the ratio of the rotational speed difference of the rolls to the distance between the rolls. Further, the “elongation area ratio” refers to a ratio expressed as a product (λM × λT) of a stretch ratio (λM) in the longitudinal direction (MD) and a stretch ratio (λT) in the width direction (TD). “Stretch ratio” is the ratio (times) of the final inter-frame distance after stretching to the inter-frame distance before stretching, or the initial inter-frame distance before stretching when stretching by separating the opposing pin frames Is defined as a ratio (%) of the stretched distance (the distance between the final interframes after stretching minus the initial interframe distance before stretching) between a pair of opposing rolls with different speeds. In the case of stretching, the ratio is defined as the ratio of the rotational speed of the pair of rolls (times) or the ratio of the distance (the rotational speed difference between the pair of rolls) that the molded body is stretched with respect to the rotational speed of the first roll. . Therefore, for example, a draw ratio of 5 times corresponds to 400%.
[0014]
The thickness of the small-node ePTFE film thus obtained is usually about 5 to 200 μm, and the porosity can be appropriately selected in the range of 40 to 98% depending on the stretch ratio as in the conventional ePTFE film. Further, the space defined between the fibrils or between the fibrils and the nodes, that is, the average pore diameter of the pores can be appropriately set depending on the draw ratio, but is preferably 0.5 to 5.0 μm, particularly preferably 0.5 to 1.0 μm. preferable. If the pores are too large, the contact area between the films will be small, so the adhesion between the films will tend to be reduced. If not used at high clamping pressure, permeation leakage will occur and the sealing performance will be reduced. Because. On the other hand, when the average pore diameter is less than 0.5 μm, the fiber is not sufficiently stretched, so that stable fiber orientation cannot be obtained.
[0015]
Since such a small node ePTFE film has almost no folded crystal portion, it can be said that the node is not pulled out even when tightened at a high pressure. In other words, it means that creep hardly occurs.
[0016]
The gasket material of the present invention is a sheet obtained by laminating a plurality of such small node ePTFE films (hereinafter referred to as “ePTFE laminated sheet”). Since the thickness of the small node ePTFE film is usually about 5 to 200 μm, the number of laminated layers is preferably about 10 to 500, and is usually about 100 to 200, depending on the thickness of the gasket to be obtained. Lamination integration of the small node ePTFE film may be performed using an adhesive, but it is preferable that the unfired small node ePTFE film is laminated and then closely integrated by firing. Firing is preferably performed at a temperature equal to or higher than the melting point of PTFE (327 ° C.) (specifically, about 350 to 380 ° C.).
[0017]
The small node ePTFE laminated sheet as the gasket material of the present invention thus obtained has a thickness of about 0.1 to 10 mm, preferably 1.5 to 5 mm.
[0018]
Further, after lamination (after firing if firing), 10 to 300 kgf / cm² It is possible to press in the stacking direction (gasket thickness direction) with a pressure of. In general, when used under the conditions of tightening at a high pressure, the gasket formed of the ePTFE laminated sheet is crushed by the tightening pressure in the initial stage of use and contracts in the thickness direction. The fact that the gasket shrinks in the thickness direction means that the tightening pressure is lower than the original. Therefore, in the case of the high-pressure tightening specification, the initial decrease in the tightening force can be reduced by forming the gasket using a gasket material compressed in advance. In addition, since the holes in the ePTFE laminated sheet are crushed by the pressing, permeation leakage can be reduced even when used for a gasket with a low tightening pressure.
[0019]
The porosity of the gasket material of the present invention is usually the same as or smaller than the porosity of the small node ePTFE film constituting the gasket material. In the case of firing, the porosity is further reduced by about 20%. Accordingly, the porosity of the gasket material of the present invention is preferably 40% or more, particularly preferably 70% or more from the relationship with the small node ePTFE film, but for those subjected to compression treatment or those that have been clamped at a high pressure for a certain period of time, The porosity is lower than the initial value and may be less than 40%.
[0020]
The small node ePTFE laminated sheet as the gasket material of the present invention is harder than the conventional ePTFE laminated sheet and has excellent mechanical properties such as elongation at break, tensile strength and stress relaxation rate. Moreover, mechanical properties close to isotropic properties are exhibited by selecting the draw ratio in the MD direction and TD direction. This means that even if a gasket having an arbitrary shape is made from the gasket material of the present invention, desired mechanical properties can be obtained and the characteristics as a gasket can be satisfied.
[0021]
Specifically, the elongation at break in a tensile test based on JIS K7113 (measurement of elongation (%) when the sample breaks) is 200% or less in a small node ePTFE laminated sheet used as a gasket. It is preferable. The difference between the breaking elongation in the MD direction and the breaking elongation in the TD direction is preferably within 20%.
[0022]
The tensile strength of the gasket material matrix is 10 kgf / mm.² The above is preferable. Here, the matrix of the gasket material refers to the nodes and fibril portions (portions excluding the holes of ePTFE) of the biaxial ePTFE laminated sheet, and the tensile strength of the matrix is in accordance with JIS K7113 using a sample of the small node ePTFE laminated sheet. It can be obtained by normalizing the result obtained by a conforming tensile test (stretching at a constant speed and measuring the strength when the sample yields) by the following formula.
[0023]
Matrix tensile strength = tensile strength (actual measured value) x 2.2 / density
The density in the formula is the apparent density (D = W / V: unit is g / cm) obtained by dividing the actually measured weight (W) of the laminated sheet sample by the volume (V) of the laminated sheet sample.^Three 2.2 is the density of the porosity of 0% (PTFE sheet obtained by sintering). Higher tensile strength of the matrix means that sufficient stretching has been performed, which means that creep is less likely to occur and thus the service life of the gasket is lengthened.
[0024]
The gasket material of the present invention has a stress relaxation rate smaller than that of the conventional ePTFE laminated sheet due to the characteristics of the small node ePTFE laminated sheet. Here, stress relaxation means that the stress of the gasket decreases with time due to creep, and the tightening pressure decreases due to stress relaxation. FIG. 1 shows an internal pressure of 28 kgf / cm using a ring-shaped gasket having an outer diameter of 149 mm, an inner diameter of 124 mm, and a thickness of 3.2 mm.² Is a graph showing the relationship between the tightening pressure and the leak amount. As can be seen from FIG. 1, the amount of leakage increases as the tightening pressure decreases. In a gasket material having a thickness of 3 mm or more and a porosity of 75% or less according to the present invention, the stress relaxation rate by an ATRS test at 93 ° C. for 96 hours is preferably 35% or less, particularly preferably 25% or less. This is because a gasket material having a stress relaxation rate of 35% or less can maintain a high initial tightening pressure and can provide a gasket that can exhibit excellent sealing characteristics over a long period of time.
[0025]
The ATRS test is a test performed using a jig as shown in FIG. Specifically, bolts 9 are sandwiched between platens 6 and 6 through bolt holes formed in a strip-shaped (127 mm × 12.7 mm) sample 5 made of gasket material, and springs 7 and 7 ( The spring 7 reproduces the rigidity of the flange) and the initial tightening force is 350 kg / cm² Tighten with nuts 8 and 8 so that In such a jig, the bolt is stretched in a state where a tightening force (bolt axial force) is applied to the sample 5, but when the tightening force is decreased, the elongation of the bolt is decreased in proportion thereto. The elongation of the bolt 9 before the test (at the time of initial tightening) is D₀ , The elongation of the bolt after the test is D₁ (D₀ -D₁ ) / D₀ X100 is calculated, and this is defined as a stress relaxation rate (%).
[0026]
Further, in the gasket material of the present invention, it is preferable that at least one reinforcing layer composed of a material having higher rigidity than the small node ePTFE film is interposed in the small node ePTFE laminated sheet. FIG. 3A shows a ring-shaped gasket made using a gasket material in which only one reinforcing layer 12 is interposed between the ePTFE layers 11, and FIG. 3B shows two reinforcing layers 12, The ring-shaped gasket created using the gasket material which interposed 12 is shown, and it is the state by which the ePTFE layer 11 and the reinforcement layer 12 were laminated | stacked alternately. Each ePTFE layer 11 is composed of an ePTFE film or a laminate of the films, and the reinforcing layer 12 is composed of a film made of a highly rigid material. By laminating the reinforcing layer 12 between the ePTFE layers 11 in this way, the bending rigidity and strength of the entire gasket are improved, so that the handling performance is improved as a large-diameter ring gasket. Here, the material constituting the reinforcing layer 12 may be any material that has higher rigidity than the small node ePTFE film and has heat resistance equal to or higher than that of PTFE. As what satisfy | fills such conditions, what crushed the void | hole of metal foil, film-like sintered PTFE, ePTFE film, etc. are mentioned. Of these, a non-porous expanded PTFE film in which the pores of the ePTFE film are crushed is preferably used because of its excellent adhesion to the ePTFE layer. The non-porous expanded PTFE film may be a conventional ePTFE film or a small node ePTFE film. This is because a hard expanded PTFE film can be obtained by crushing the pores. However, it is more preferable in terms of rigidity and strength that the pores of the small node ePTFE film are crushed.
[0027]
The gasket of the present invention is manufactured by punching or cutting the gasket material (small node ePTFE laminated sheet) of the present invention into an arbitrary shape such as a ring shape or a bolt hole. The gasket of the present invention exhibits excellent mechanical properties (particularly creep resistance) and, consequently, sealing characteristics (gasket service life) due to the characteristics of the gasket material (small node ePTFE laminated sheet) of the present invention. Further, by using a substantially isotropic gasket material, a gasket having desired physical properties can be obtained even if a gasket having an arbitrary shape is obtained from an arbitrary portion of the laminated sheet.
[0028]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples.
〔Evaluation methods〕
First, the measurement method and the evaluation method used in the examples will be described.
[0029]
[1] Node size (μm)
In the SEM photograph (5000 times), the size of the maximum node (indicated by “long axis × short axis”) was obtained. SEM photographs of the surface of the gasket material (ePTFE laminated sheet) of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in FIGS.
[0030]
[2] Porosity (%)
Density obtained by dividing weight (W) of laminated sheet by volume (V) (D = W / V: unit is g / cm^Three ) And a density (2.2) with a porosity of 0%.
Porosity = {1- (D / 2.2)} × 100
[0031]
[3] Stress relaxation rate (%)
ATRS tests were conducted at 93 ° C, 204 ° C, and 315 ° C. Initial tightening pressure is 350 kgf / cm² The fastening time was 96 hours.
[0032]
[4] Elongation at break (%)
A tensile test was performed at room temperature (23 ° C.) according to JIS K7113. That is, a No. 2 test piece (dumbbell-shaped test piece) is prepared from each gasket material (ePTFE laminated sheet), both ends of the test piece are gripped, pulled at a speed of 200 mm / min, and the elongation when the test piece is broken. The rate (%) was measured.
[0033]
[5] Matrix tensile strength (kgf / mm² )
A tensile test was performed at room temperature (23 ° C.) according to JIS K7113. That is, a No. 2 test piece (dumbbell-shaped test piece) was prepared from each gasket material (ePTFE laminated sheet), both ends of the test piece were gripped, pulled at a speed of 200 mm / min, and the strength when the test piece was cut ( kgf / mm² ) Was measured. Measured tensile strength (kgf / mm² ) Was normalized by the following equation. In addition, the density in a type | formula is the density (D) used by the said porosity.
Matrix tensile strength = tensile strength x (2.2 / density)
[0034]
[6] Q_p
It is a value serving as an index of the service life of the gasket, and the tensile strength was measured in accordance with the ATRS test after leaving the stress relaxation rate obtained above and standing at 93 ° C., 204 ° C. and 315 ° C. for 96 hours. That is, a strip-shaped (127 mm × 12.7 mm) sample was prepared from each gasket material (ePTFE laminated sheet), pulled at 23 ° C. at a pulling speed of 51 mm / min, and tensile strength (kgf / mm) when ruptured.² ) Based on the following formula.
(A) Tensile strength is 1.75 kgf / mm² If less than:
Q_p = (Tensile strength / 0.7) × {(100−Stress relaxation rate) / 75}²
(B) Tensile strength is 1.75 kgf / mm² For the above:
Q_p = 2.5 × {(100−stress relaxation rate) / 75}²
[0035]
[7] Maximum operating temperature (℃)
Q_p Is a function of temperature, so the Q at each temperature_p Q_p What is necessary is just to obtain | require the temperature used as = 1. Where Q_p = 1 is a value corresponding to an asbestos joint sheet. The asbestos joint sheet was used as a standard because it has been used for several decades in the actual field and is known to exhibit sufficiently reliable sealing characteristics.
[0036]
[8] Area increase rate (%)
Ring-shaped gasket sample with outer diameter x inner diameter x thickness 55mm x 28mm x 3mm Tightening pressure 300kgf / cm² And was left at a temperature of 200 ° C. for 1 hour. Before tightening, the ring shape is close to a perfect circle as shown in FIG. 7 (a), but creep occurs due to tightening and deforms as shown in FIG. 7 (b). , The area increases). Area before tightening (S₀ ) And area after tightening (S₁ ) To calculate the percentage of area increase ((S₁ -S₀ ) ÷ S₀ ) Was calculated.
[0037]
[9] Blowout temperature
A ring-shaped gasket sample with an outer diameter x inner diameter x thickness of 127 mm x 89 mm x 3 mm is clamped at 350 kgf / cm² Set to flange with 70kgf / cm² The internal pressure of was loaded. Then, the flange temperature was raised, and the temperature at which the gasket sample was blown out (the ring was broken and opened) was measured.
[0038]
[10] Leakage amount (initial)
Measured by ROTT test. That is, as shown in FIG. 8, the ring-shaped gasket 23 (outer diameter × inner diameter × thickness: 149 mm × 124 mm × 3 mm) is tightened by pressurizing the tightening member 21 with a hydraulic pump at a pressure of 200 kgf / cm.² And the sealed system with an O-ring 22. In this state, helium gas is injected from the injection port 24 so that the pressure inside the ring of the ring gasket is 70 kgf / cm.² Then, the amount of helium leaked to the outside from the leak outlet 25 was measured with a helium leak detector.
[0039]
[Making gasket materials and gaskets]
Example 1:
A paste-like material prepared by adding 17% by weight of solvent naphtha as a lubricant to PTFE fine powder (manufactured by Daikin Co., Ltd.) was extruded into a sheet and then rolled and rolled to remove the lubricant to a thickness of 0.66 mm. A green tape having a width of 153 mm was obtained. The tape was stretched in the MD direction while maintaining the temperature at 300 ° C. under the conditions of a stretching speed of 90% / second and a stretching ratio of 7.0 times. Next, the film was stretched in the TD direction while maintaining the temperature at 275 ° C. under the conditions of a stretching speed of 85% / second and a stretching ratio of 18.5 times. The stretched area ratio of the obtained stretched film with respect to the green tape corresponds to the product (129.5 times) of the stretch ratio in the MD direction (7.0 times) and the stretch ratio in the TD direction (18.5 times). . This film was a small node ePTFE film having a thickness of 39 μm, a porosity of 86.6%, and a maximum node size of 2 μm × 2 μm. 244 sheets of this small node ePTFE film were stacked and baked at 366 ° C. for 60 minutes so that the films were closely integrated to obtain a laminated sheet having a thickness of 3.66 mm and a porosity of 74.6%.
[0040]
Example 2:
A paste-like material prepared by adding 16% by weight of solvent naphtha as a lubricant to PTFE fine powder (manufactured by DuPont) was extruded into a sheet and then rolled and rolled to remove the lubricant to a thickness of 1.3 mm. A green tape having a width of 302 mm was obtained. The tape was stretched in the MD direction while maintaining the temperature at 300 ° C. under the conditions of a stretching speed of 80% / second and a stretching ratio of 9.5 times. Next, the film was stretched in the TD direction while maintaining the temperature at 280 ° C. under the conditions of a stretching speed of 95% / second and a stretching ratio of 13.5 times. The stretched area ratio of the obtained film with respect to the green tape corresponds to the product (128.3 times) of the MD direction stretching ratio (9.5 times) and the TD direction stretching ratio (13.5 times). This film was a small node ePTFE film having a thickness of 52 μm, a porosity of 80.0%, and a maximum node size of 1 μm × 1 μm. Seventy-two small node ePTFE films were stacked and baked at 365 ° C. for 60 minutes so that the films were closely integrated to obtain a laminated sheet having a thickness of 2.88 mm and a porosity of 74.6%.
This laminated sheet (gasket material) was punched into a ring shape having an outer diameter of 55 mm and an inner diameter of 28 mm to produce a ring-shaped gasket.
[0041]
Example 3:
A paste-like material prepared by adding 13% by weight of solvent naphtha as a lubricant to PTFE fine powder (manufactured by DuPont) was extruded into a sheet and then rolled and rolled to remove the lubricant to a thickness of 1.3 mm. A green tape having a width of 302 mm was obtained. This tape was stretched in the MD direction while maintaining the temperature at 300 ° C. under the conditions of a stretching rate of 95% / second and a stretching ratio of 9.1 times. Next, the film was stretched in the TD direction while maintaining the temperature at 280 ° C. under the conditions of a stretching speed of 90% / second and a stretching ratio of 15.5 times. The stretched area magnification of the obtained film with respect to the green tape corresponds to the product (141.1 times) of the draw ratio in the MD direction (9.1 times) and the draw ratio in the TD direction (15.5 times). This film was a small node ePTFE film having a thickness of 65 μm, a porosity of 78.3%, and a maximum node size of 1 μm × 1 μm. 53 pieces of this small node ePTFE film were stacked and baked at 365 ° C. for 60 minutes to closely integrate the films to obtain a laminated sheet having a thickness of 3.41 mm and a porosity of 72.3%.
This laminated sheet (gasket material) was punched into a ring shape having an outer diameter of 55 mm and an inner diameter of 28 mm to produce a ring-shaped gasket.
[0042]
Comparative Example 1:
A paste-like material prepared by adding 17% by weight of solvent naphtha as a lubricant to PTFE fine powder (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) was extruded into a sheet and then rolled and rolled to remove the lubricant to a thickness of 0.24 mm. A green tape having a width of 152 mm was obtained. This tape was stretched in the MD direction while maintaining the temperature at 300 ° C. under the conditions of a stretching speed of 150% / second and a stretching ratio of 2.0 times. Next, while maintaining the temperature at 275 ° C., the film was stretched in the TD direction under conditions of a stretching speed of 150% / second and a stretching ratio of 7.0 times. The stretched area magnification of the obtained film with respect to the green tape corresponds to the product (14 times) of the MD direction stretching ratio (2.0) and the TD direction stretching ratio (7.0). This film was an ePTFE film having a thickness of 45 μm, a porosity of 79.5%, and a maximum node size of 5 μm × 1 μm. 90 sheets of this ePTFE film were stacked and baked at 365 ° C. for 60 minutes so that the films were closely integrated to obtain a laminated sheet having a thickness of 3.2 mm and a porosity of 72.7%.
This laminated sheet (gasket material) was punched into a ring shape having an outer diameter of 55 mm and an inner diameter of 28 mm to produce a ring-shaped gasket.
[0043]
Comparative Example 2:
A commercially available ePTFE laminated sheet (thickness 3 mm, porosity 67.0%) (SEALON (registered trademark) manufactured by YEU MING TAI) was used as the gasket material. This laminated sheet (gasket material) was punched into a ring shape having an outer diameter of 55 mm and an inner diameter of 28 mm to produce a ring-shaped gasket.
[0044]
For the gaskets (or gasket materials) of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, the matrix tensile strength, elongation at break, stress relaxation rate, area increase rate, blowout temperature, and leak amount were evaluated based on the following evaluation methods. did. The results are shown in Table 1.
[0045]
[Table 1]

[0046]
[Evaluation]
As can be seen from Table 1, a gasket material having a long axis of a node of 3 μm or less and a gasket (Examples 1 to 3) prepared using the same are a conventional ePTFE sheet and a gasket prepared using the same (Comparative Example 1). Compared with 2), the elongation at break and the stress relaxation rate were small, the matrix tensile strength was large, and the maximum use temperature and blowout temperature were high. Regarding the initial leak amount, Example 1 was superior to Comparative Example 2, but was slightly inferior to Comparative Example 1. However, since other physical properties such as stress relaxation rate and maximum operating temperature are superior to those of Comparative Example 1, when used at a high temperature or at a high tightening pressure for a long period of time, the sealing performance is reduced (the amount of increase in leakage). Since Comparative Example 1 is larger, it can be predicted that Example 1 is superior in sealing performance in the long term.
[0047]
In addition, the gasket materials of Examples 1 to 3 have a difference between the breaking elongation in the MD direction and the breaking elongation in the TD direction of less than 20%, which is smaller than that of the gasket material of the comparative example, and is isotropic. I understand.
[0048]
【The invention's effect】
The gasket material of the present invention uses an ePTFE film (small node ePTFE film) having a smaller node than that of the conventional ePTFE film, so that it has excellent mechanical properties such as elongation at break and tensile strength, and thus excellent creep resistance. Yes. Therefore, the gasket produced using the gasket material of the present invention can be used at a higher temperature and higher clamping pressure than the gasket produced using the conventional ePTFE sheet, and the service life of the gasket is longer.
[0049]
Moreover, in the gasket material in which the reinforcing layer is interposed, since the gasket has a high bending rigidity, the handling performance is improved as a ring gasket for a large diameter. In addition, the reinforcing layer formed by crushing the pores of the ePTFE film is a gasket made of 100% PTFE and can effectively exhibit the heat resistance and corrosion resistance of PTFE.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the relationship between tightening pressure and leak amount.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a jig used in an ATRS test.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a gasket in which a reinforcing layer is laminated.
4 is a SEM photograph (5000 times) of biaxial ePTFE of Example 1 of the present invention. FIG.
5 is a SEM photograph (5000 times) of biaxial ePTFE of Comparative Example 1. FIG.
6 is a SEM photograph (5000 times) of biaxial ePTFE of Comparative Example 2. FIG.
FIG. 7 is a diagram for explaining a method of measuring an area increase rate.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a jig used for measuring a leak amount.
FIG. 9 is a schematic view showing the structure of a biaxial ePTFE film.
[Explanation of symbols]
1 fibril
2 nodes
3 holes
5 Gasket material sample
11 Small node ePTFE layer
12 Reinforcing layer
23 Ring-shaped gasket

Claims (7)

ノードと該ノードを連結するフィブリルとからなる二軸延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレンフィルムを積層した積層シートからなるガスケット材料であって、
前記二軸延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレンフィルムでは、走査型電子顕微鏡観察面積３３０μｍ²当たり、ノードの９８％以上は直径又は長軸が３μｍ以下になっていることを特徴とするガスケット材料。A gasket material comprising a laminated sheet obtained by laminating a biaxially stretched porous polytetrafluoroethylene film comprising a node and a fibril connecting the node,
In the biaxially stretched porous polytetrafluoroethylene film , the gasket material is characterized in that 98% or more of nodes have a diameter or a major axis of 3 μm or less per 330 μm ^{2 of} scanning electron microscope observation area. ＪＩＳ Ｋ７１１３に規定する試験における破断伸びが２００％以下である請求項１に記載のガスケット材料。  The gasket material according to claim 1, wherein the elongation at break in the test specified in JIS K7113 is 200% or less. ガスケット材料のマトリックスの引張強度が１０ｋｇｆ／ｍｍ²以上である請求項１又は２に記載のガスケット材料。The gasket material according to claim 1 or 2, wherein the tensile strength of the matrix of the gasket material is 10 kgf / mm ² or more. 厚さ３ｍｍ以上、空孔率７５％以下のガスケット材料において、９３℃における９６時間のＡＴＲＳ試験による応力緩和率が３５％以下である請求項１〜３のいずれかに記載のガスケット材料。  The gasket material according to any one of claims 1 to 3, wherein a gasket material having a thickness of 3 mm or more and a porosity of 75% or less has a stress relaxation rate of 35% or less by an ATRS test at 93 ° C for 96 hours. 前記積層シートには、前記延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレンフィルムよりも剛性が高い材料で構成される補強層が少なくとも１層介設されている請求項１〜４のいずれかに記載のガスケット材料。  The gasket material according to any one of claims 1 to 4, wherein at least one reinforcing layer composed of a material having higher rigidity than the stretched porous polytetrafluoroethylene film is interposed in the laminated sheet. 前記補強層は、延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレンフィルムの空孔を圧潰したものである請求項５に記載のガスケット材料。  The gasket material according to claim 5, wherein the reinforcing layer is formed by crushing pores of a stretched porous polytetrafluoroethylene film. 請求項１〜６のいずれかに記載のガスケット材料を適宜形状に形成してなるガスケット。  A gasket formed by appropriately forming the gasket material according to any one of claims 1 to 6.

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