JP4350229B2

JP4350229B2 - Fluororesin gasket

Info

Publication number: JP4350229B2
Application number: JP27388499A
Authority: JP
Inventors: 田隆仁西; 川慎也中
Original assignee: Nippon Valqua Industries Ltd
Current assignee: Nippon Valqua Industries Ltd
Priority date: 1999-09-28
Filing date: 1999-09-28
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2019-09-28
Also published as: JP2001099324A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フッ素樹脂製ガスケットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリテトラフルオロエチレン（以下ＰＴＦＥという）は、その優れた特性により、重要な工業材料の１つとして各分野で用いられている。ＰＴＦＥは、耐化学薬品性、耐熱性、非汚染性、非粘着性、電気絶縁性等の特性に優れているので、シール材の分野で多くの製品に用いられている。ＰＴＦＥからなるシール材が配管継ぎ手のフランジ溝内に装着され、この状態で荷重が加えられると、シール材が相手シール面のミクロな形状に沿って変形し、ここに馴染みが得られるので、高いシール性能が発揮される。
【０００３】
その反面、ＰＴＦＥは、荷重がかかった場合に、クリープが発生し、応力が緩和され易いという特性を有しており、また、クリープおよび応力緩和の度合は、雰囲気温度が高くなるほど大きくなる。
したがって、ＰＴＦＥからなるシール材としての使用適用温度は、一般にＰＴＦＥの耐熱温度とされている２６０℃よりかなり低く設定しなければならない（なお、ＰＴＦＥシートガスケットの場合、ＪＰＩ−７ｓ−８１−９６では最高使用温度を１００℃に規定している）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の項で述べたように、ＰＴＦＥは応力緩和を生じ易い材料であり、応力緩和が大きくなると、シール材に発生する応力が小さくなってしまい、馴染みの状態を維持することができず、シール性能が低下してしまう。
このようなシール性能の低下は、しかるべきときに増締めを行って、再度なじみの状態を作ることにより改善されるが、作業が煩雑であり、そのためのメンテナンスコストが必要となる。したがって、ＰＴＦＥ製シール材において、低温から高温の範囲に至るまで高いシール性能を発揮させるには、応力緩和を小さくする必要が生じる。
【０００５】
ＰＴＦＥ製シール材の応力緩和を改善するには、一般に次のような手法が採用される。
１）ＰＴＦＥに充填材を加えることにより、クリープを抑制する。
２）通常のＰＴＦＥの優れた特性を維持しつつ応力緩和特性などが改善された変性ＰＴＦＥを用いる。
【０００６】
しかし、上記いずれの方法においても応力緩和の改善は不十分で、例えば、高温蒸気中の接続部や１００℃を大きく上回る高温条件下でシール材を使用した場合には、依然として要求レベルを満たすことができない。
本発明は、このような実情に鑑み、ＰＴＦＥの優れた耐化学薬品性、耐熱性、非汚染性、非粘着性、電気絶縁性を備えるとともに、高温時における応力緩和を低く抑えることができ、高温使用下においても長期間の使用に耐えられるフッ素樹脂製ガスケットを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係るフッ素樹脂製ガスケットは、ポリテトラフルオロエチレンに溶融流動性を付与するに至らない程度の少量の他の単量体を共重合させて変性させた変性ポリテトラフルオロエチレンに、長さ１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の有機または無機繊維系充填材を湿式混合により含有させるとともに、この原料粉末を円柱状の専用金型内に装填し、この原料粉末を前記専用金型内で軸方向に圧縮することにより円柱状の予備成形体を成形し、得られた予備成形体から周方向に板材を切削して、この板材をリング状に打ち抜くことより、前記繊維系充填材が、ガスケット本体の厚さ方向に配向されていることを特徴としている。
【０００８】
係る構成によれば、応力緩和を小さくすることができ、高温使用下においても十分なシール機能を発揮させることができる。
また、前記繊維系充填材は、ガスケット本体の厚さ方向に配向され、かつ、前記繊維系充填材の長さは、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるので、繊維同士の絡み合いが過度に生じることがなく、これにより、繊維系充填材の均一配合を行うことができる。よって、応力緩和を効率的に抑えることができる。
また、前記繊維系充填材は、炭素繊維から形成されていることが好ましい。あるいは、パラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維から形成されていても良い。
【０００９】
さらに、前記繊維系充填材の配合割合は重量比で、全体の１０％〜４０％の範囲内であることが好ましい。
このような範囲で繊維系充填剤を配合すれば、他の部材との濡れ性すなわち配合性の点で十分でないＰＴＦＥであっても、クリープによるＰＴＦＥの変形を効果的に抑制でき応力緩和を小さくすることが可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。
図１は本発明の一実施例に係るフッ素樹脂製ガスケットを示したものである。このガスケット１は、耐熱性、耐薬品性および非汚染性に優れた変性ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を主成分とし、その内部に充填材２が含有されている。
【００１２】
変性ＰＴＦＥは、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）の単独重合体に溶融流動性を付与するに至らない程度の少量（例えば、０．５モル％程度以下）の他の単量体を共重合させて変性させることにより製造することができる。かかる共重合体用の単量体としては、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロ（アルキルビニルエーテル）、パーフルオロ（アルコキシアルキルビニルエーテル）、トリフルオロエチレン、パーフルオロアルキルエチレンなどを例示できる。
【００１３】
一方、加えられる充填材２としては、一般に粒状充填材もしくは繊維状充填材がある。
粒状充填材としては、カーボン、グラファイト、ブロンズ、二硫化モリブデンなどを例示することができる。また、繊維状充填材として、グラスファイバー繊維、炭素繊維、アラミド繊維、パラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維、その他、耐熱性の有機もしくは無機繊維などを例示できる。
【００１４】
ここで、変性ＰＴＦＥは、ＰＴＦＥと同じく他の物質との濡れ性、すなわち他の物質との接合力に乏しい。従って、仮に粒状物の充填材を配合した場合は、繊維状物の充填材を配合した場合と比較して、変性ＰＴＦＥと充填材との接触面積が少なく、また形状的にも繊維のように充填材と変性ＰＴＦＥとが複雑に入り混じることはできないため、変形ＰＴＦＥのクリープを十分に抑制することはできない。よって、変性ＰＴＦＥのクリープを効果的に抑制する充填材としては、グラスファイバー、炭素繊維、アラミド繊維、あるいはパラフェニレンベンゾビスオキサゾールなどの繊維状充填材を用いることが好ましい。
【００１５】
このような繊維状充填材を用いれば、各繊維の端部を微細繊維に分割して毛羽だった状態にすることにより、アンカー効果でクリープの抑制効果が高くなる。この点、アラミド繊維が優れている。また、パラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維も、アラミド繊維の２倍以上の引張強度や対屈曲性を有しており、充填材に好適である。しかし、これらの繊維は、１００°Ｃ以上の蒸気ラインで用いられると、充填材自身の劣化が生じるため、この使用条件で用いるには適していない。
【００１６】
このような高温蒸気ラインにおいては、例えば、炭素繊維は、耐熱性に優れ、高温においても劣化しないため、使用に適している。このように、充填材は繊維系であっても、種々の条件に合わせて適正な材料を選定することが好ましい。また、２種以上の繊維系充填材を組み合わせて用いてもかまわない。
また、繊維系充填材２は、図１に示すガスケット１の厚さ方向（矢印Ａ方向）に配向されていることが好ましい。このように軸方向に配向されていれば、配向方向がガスケット締付方向と同じであり、繊維自体の有する強度がより効果的にガスケットの復元力に寄与するため、応力緩和特性の改善に効果的である。
【００１７】
以下に、充填材の好ましい配合条件等について説明する。
繊維系充填材の配合割合は、変性ポリテトラフルオロエチレンとの混合物全体に対し、重量比で１０％〜４０％（ｗ／ｗ）の範囲内で含有されることが好ましい。
繊維系充填材が５％以下では、応力緩和特性の改善効果が得られない。また、４０％以上配合すると、ガスケットとして要求される機械的強度を失うことになる。したがって、充填量は上記の範囲であることが好ましい。
【００１８】
また、繊維の径は、５〜５０μｍの範囲であることが好ましく、さらに、好ましくは、１０〜３０μｍである。また、繊維長は、１〜１０ｍｍの範囲であることが好ましく、さらに、好ましくは５〜１０ｍｍの範囲である。
繊維長が１ｍｍ以下だと、クリープ抑制による応力緩和特性の改善が十分でなく、１０ｍｍ以上あると、繊維同士の絡み合いが過度に生じて、いわゆる「玉」となり、均一配合が困難になってしまい、安定した特性を得ることができない。したがって、繊維長は上記の範囲であることが好ましい。
【００１９】
配合方法については、繊維を十分に解繊することが好ましい。具体的な配合方法としては、一般にはディスパージョンによる湿式混合が知られている。その場合、剪断力を極力与えないように、フローター振動により、浮遊状態で配合することが好ましい。
以下に、ガスケットの製造方法について説明する。
【００２０】
このような割合で繊維系充填材が配合された変性ＰＴＦＥの原料粉末は、専用金型内に充填され、圧縮される。そして、図２に示したように円柱状の予備成形体３が得られる。この予備成形体３は図のＢ方向に圧縮して成形するが、繊維系充填材は圧縮方向に対して垂直方向に配向する性質があるため、径方向（図のＣ方向）に配向する。この予備成形体３から周方向に板材３ａを切削し、シート状の板材３ａをリング状に打ち抜き、その後焼成すれば、図１に示した、繊維系充填材が厚さ方向（軸方向）に配向したガスケット１を得ることができる。
【００２１】
または、図３に示したように、原料粉末Ｆから円柱状の予備成形体４を成形し、この予備成形体４から所定の厚さに切断した後焼成すれば、図４に示した、繊維系充填材が径方向に配向したガスケット５を得ることができる。図３のガスケット５の製造工程によれば、ガスケット１の製造工程中にあるようなシート材からの打ち抜きがないため、打抜き工程における残材が発生せず、安価なコストで製造できるメリットがある。しかし、前述のように、応力緩和特性の改善効果としては、ガスケット１のように繊維系充填材が厚さ方向に配向されているほうが改善効果が高い。なお、図３および図４に示したものは、本発明に含まれず、参考例である。
【００２２】
以下に、本発明により得られたガスケットと従来品のガスケットとの、高温下における応力緩和特性の経時変化についての違いを調べた実験結果を説明する。図５はその実験装置を示したものである。
応力緩和測定に用いた試料は、炭素繊維（繊維径が１００μｍ、繊維長が６ｍｍ）が重量比２０％含有され繊維が厚さ方向（軸方向）に配向されたシート状の変性ＰＴＦＥガスケットである。ガスケット内径および外径寸法は、ＪＩＳＢ２２０２の呼び径１００、呼び圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ²におけるガスケット寸法に準拠しており、また厚さは１ｍｍである。変性ＰＴＦＥの原料としてはダイキン工業（株）Ｍ−１１１を用い、ＰＴＦＥ（従来品）の原料としては、ダイキン工業（株）Ｍ−１２を用いた。測定方法は、先ず、フランジ５、６間に試料７を装着し、フランジ８上のロードセル９の上に設置し、この時点でのロードセル読み取り加重をゼロとする。次にフランジ１０をフランジ８の柱１１に隙間が無くなるまでボルト１２により締め切る。なお、ボルト１２を締め切った時点で試料７に応力２６ＭＰａ（公差±１０％）が負荷されるように予め装置の高さを調整しておく。このときのボルト１２のトルクを締め切りトルクとし、最終的にはボルト１２の緩みを考慮し締め切りトルクの１．５倍までボルト締めする。締め切りの後、フランジ５，６，８，１０を断熱材１３，１４で覆い、バンドヒーター１５，１６，１７で加熱する。フランジ５，６が１８０℃に到達してから６０時間、ロードセルの荷重出力値を読み取り、締切時の初期応力を基準としてガスケット残留応力の経時変化を測定した。その結果を図６に示す。図６の左側の縦軸は、常温締切時の初期応力を１００％としたガスケット応力残留率を示し、また、右側の縦軸は、常温締切時の初期応力からのガスケット応力緩和率を示す。図６の横軸は、１８０℃到達時間をゼロとした経過時間を示す。＋で示す本実施例の炭素繊維（２０％）入り変性ＰＴＦＥガスケットの応力緩和は、□で示す変性ＰＴＦＥガスケット、あるいは×で示すＰＴＦＥに比べて大幅に低減されており、ほとんど応力緩和が生じていないことが確認された。したがって、本発明により得られた炭素繊維入り変性ＰＴＦＥ製ガスケットの場合、初期シール性能を長期間保持できる。
【００２３】
次に、繊維系充填材の配合率と材料物性について説明する。
表１は、変性ＰＴＦＥに所定の配合率で繊維系充填材を含有させたこと以外は、図６の実験と同様の方法によりガスケットを製造し、その特性を比較した結果である。
ＰＴＦＥおよび変性ＰＴＦＥのみで同様の方法で製造したガスケットの特性を対照として示す。
【００２４】
応力緩和の測定は、初期応力２６Ｍｐａ、１８０°Ｃで６０時間加熱する条件における測定値である。また、他の特性の測定値は常温下における測定値である。
【００２５】
【表１】

【００２６】
この表から明らかなように、応力緩和特性について、ＰＴＦＥと変性ＰＴＦＥとを比べてみると、変性ＰＴＦＥの方が１５％ほど応力緩和が少ないことが分かる。また、この変性ＰＴＦＥに炭素繊維を１０％、４０％、５０％をそれぞれ充填した場合について比べてみると、炭素繊維が５％含有されると、７％の応力緩和が生じるのに対し、炭素繊維を４０％あるいは５０％含有させると、応力緩和が全く生じなくなっていた。したがって、この実験から、充填材の配合率を高めるにしたがって、応力緩和特性が改善されることが確認された。ただし、既に述べたように、ＰＴＦＥおよび変性ＰＴＦＥは、他の物質との濡れ性が著しく乏しいため、充填材を含有すると引張り強さや伸びはかえって低下する傾向がある。例えば、炭素繊維を含有していない変性ＰＴＦＥと、炭素繊維を４０％含有したものとの引張り強さを比べてみると、変性ＰＴＦＥが４３．５［ＭＰａ］であるのに対し、４０％炭素繊維が含有されると２７．０［ＭＰａ］であった。この傾向は含有量が多いほど顕著になる。
【００２７】
引張強さに限らず、ガスケットとして必要なその他の機械的物性を維持しながら、できるだけ繊維量を多く配合することが望ましいが、表１からわかるように、繊維量が４０％以上になると、引張強さや伸びの低下が激しく、締付時の耐圧壊性、使用時の伸びや破断に対する耐性が大きく低減するため、ガスケットとして好ましくない。したがって、繊維の含有量は４０％までが限界である。これ以上加えると他の特性とのバランスから好ましくない。すなわち、４０％までであれば、通常のＰＴＦＥの物性と比較しても、充填材入りＰＴＦＥの引張り強さや伸びは大きく低下していない。また所定の変形量を与えるために必要な応力（シールするために必要な締め付け力）や圧縮強度の目安である２５％変形応力についても通常のＰＴＦＥと同等の値を示す。したがって、２５％までであれば、従来品と同程度条件で使用できることが確認された。
【００２８】
表２は、繊維系充填材の配向による応力緩和と摩擦係数の違いについて示した表である。
【００２９】
【表２】

【００３０】
表２に示したように、繊維系充填材を厚さ方向（軸方向）に配向させた場合と径方向に配向させた場合とを比べてみると、繊維系充填材をガスケット厚さ方向に配向させた方が、応力緩和が改善されていた。すなわち、炭素繊維を２５％含有させたもので比べてみると、本測定条件においては、繊維系充填材を径方向に配向した場合、５％応力緩和が生じるのに対し、厚さ方向（軸方向）に配向すると、全く低下しないことが分かった。これは、繊維が締め付け方向（厚さ方向）に配向していることにより、繊維自体の有する強度がより効果的にガスケットの復元力に寄与したためと考えられる。また同時に、常温における静摩擦係数も０．０６から０．０８に、動摩擦係数も、０．２３から０．２６にそれぞれ向上するため、使用時、急激に高圧がかかった場合であっても、ガスケットがより吹き飛びにくくなる。
【００３１】
このように、実験により本発明の有用性が確認された。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るフッ素樹脂製ガスケットによれば、従来のＰＴＦＥ製ガスケットより応力緩和が優れており、高温使用下においても応力緩和が生じにくいなった。よって、ＰＴＦＥガスケット材としての使用可能条件を拡大させることがわかった。
【００３３】
したがって、本発明に係るフッ素樹脂製ガスケットによれば、ＰＴＦＥおよび変性ＰＴＦＥのように、耐化学薬品性、耐熱性、被汚染性、非粘着性、電気絶縁性等の優れた特性を保ち、かつ高温蒸気下又は１００°Ｃ後半の厳しい温度条件においても、長期間の使用に耐えることが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施例に係る繊維充填材が厚さ方向に配向したガスケットの斜視図である。
【図２】図２は図１のガスケットを得る前段階の予備成形体の斜視図である。
【図３】図３は繊維系充填材が径方向に配向した参考例のガスケットを得るための予備成形体の斜視図である。
【図４】図４は図３の予備成形体から得られたガスケットの断面図である。
【図５】図５はガスケットの応力緩和を調べる装置の断面図である。
【図６】図６はガスケットの高温における応力緩和の試験結果を実施例と比較例とで比較して示したグラフである。
【符号の説明】
１ガスケット
２充填材
３予備成形体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fluororesin gasket.
[0002]
[Prior art]
Polytetrafluoroethylene (hereinafter referred to as PTFE) is used in various fields as one of important industrial materials because of its excellent characteristics. PTFE is excellent in properties such as chemical resistance, heat resistance, non-contamination, non-adhesiveness, and electrical insulation, and is therefore used in many products in the field of sealing materials. When a seal material made of PTFE is installed in the flange groove of the pipe joint and a load is applied in this state, the seal material is deformed along the micro shape of the mating seal surface, and the familiarity is obtained here. Seal performance is demonstrated.
[0003]
On the other hand, PTFE has a characteristic that when a load is applied, creep occurs and stress is easily relieved, and the degree of creep and stress relaxation increases as the ambient temperature increases.
Therefore, the use application temperature as a sealing material made of PTFE must be set to be considerably lower than 260 ° C., which is generally regarded as the heat resistant temperature of PTFE (in the case of PTFE sheet gasket, JPI-7s-81-96 The maximum use temperature is defined as 100 ° C.).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As described in the section of the prior art, PTFE is a material that easily causes stress relaxation. When stress relaxation increases, the stress generated in the sealing material decreases, and the familiar state cannot be maintained. Sealing performance will be reduced.
Such a decrease in sealing performance can be improved by retightening when appropriate and creating a familiar state again, but the work is complicated and maintenance costs are required. Therefore, in the PTFE sealing material, it is necessary to reduce stress relaxation in order to exhibit high sealing performance from a low temperature range to a high temperature range.
[0005]
In order to improve the stress relaxation of the PTFE sealing material, the following method is generally adopted.
1) Creep is suppressed by adding a filler to PTFE.
2) Use modified PTFE with improved stress relaxation properties while maintaining the excellent properties of normal PTFE.
[0006]
However, in any of the above methods, the improvement of stress relaxation is insufficient. For example, when a sealing material is used under high temperature conditions such as a connection part in high-temperature steam or much higher than 100 ° C., the required level is still satisfied. I can't.
In view of such circumstances, the present invention has excellent chemical resistance, heat resistance, non-contamination, non-adhesiveness, and electrical insulation properties of PTFE, and can suppress stress relaxation at high temperatures. An object of the present invention is to provide a fluororesin gasket that can withstand long-term use even under high temperature use.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the fluororesin gasket according to the present invention is a modified polypolyethylene which is modified by copolymerizing a small amount of other monomers that do not lead to the melt fluidity of polytetrafluoroethylene. Tetrafluoroethylene contains an organic or inorganic fiber filler having a length of 1 mm or more and 10 mm or less by wet mixing , and this raw material powder is loaded into a cylindrical dedicated mold, and this raw material powder is loaded into the dedicated gold Forming a cylindrical preform by axial compression in the mold, cutting the plate material in the circumferential direction from the obtained preform, and punching the plate material into a ring shape, thereby filling the fiber system The material is characterized by being oriented in the thickness direction of the gasket body .
[0008]
According to such a configuration, stress relaxation can be reduced and a sufficient sealing function can be exhibited even under high temperature use.
Moreover , since the fiber filler is oriented in the thickness direction of the gasket body and the length of the fiber filler is 1 mm or more and 10 mm or less , the fibers are not excessively entangled. Thereby, uniform blending of the fiber-based filler can be performed. Therefore, stress relaxation can be efficiently suppressed.
Moreover, it is preferable that the said fiber type filler is formed from carbon fiber . Alternatively, it may be formed from paraphenylene benzobisoxazole fibers.
[0009]
Furthermore, the blending ratio of the fiber-based filler is preferably in the range of 10% to 40% of the entire weight ratio.
If the fiber filler is blended in such a range, even if PTFE is insufficient in terms of wettability with other members, that is, blendability, deformation of PTFE due to creep can be effectively suppressed, and stress relaxation is reduced. Is possible.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a fluororesin gasket according to an embodiment of the present invention. This gasket 1 is mainly composed of modified PTFE (polytetrafluoroethylene) excellent in heat resistance, chemical resistance and non-contamination, and contains a filler 2 therein.
[0012]
Modified PTFE is modified by copolymerizing a small amount of other monomer (for example, about 0.5 mol% or less) that does not give melt fluidity to a tetrafluoroethylene (TFE) homopolymer. Can be manufactured. Examples of the copolymer monomer include hexafluoropropylene, perfluoro (alkyl vinyl ether), perfluoro (alkoxyalkyl vinyl ether), trifluoroethylene, and perfluoroalkylethylene.
[0013]
On the other hand, the filler 2 to be added is generally a granular filler or a fibrous filler.
Examples of the particulate filler include carbon, graphite, bronze, molybdenum disulfide and the like. Examples of the fibrous filler include glass fiber fiber, carbon fiber, aramid fiber, paraphenylene benzobisoxazole (PBO) fiber, and other heat-resistant organic or inorganic fibers.
[0014]
Here, the modified PTFE is poor in wettability with other substances, that is, bonding strength with other substances, like PTFE. Therefore, if a particulate filler is blended, the contact area between the modified PTFE and the filler is smaller than when a fibrous filler is blended, and the shape is like a fiber. Since the filler and the modified PTFE cannot be mixed and mixed together, the creep of the deformed PTFE cannot be sufficiently suppressed. Therefore, it is preferable to use a fibrous filler such as glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, or paraphenylene benzobisoxazole as a filler that effectively suppresses the creep of the modified PTFE.
[0015]
If such a fibrous filler is used, the effect of suppressing creep is enhanced by the anchor effect by dividing the end of each fiber into fine fibers and making them fluffy. In this respect, aramid fibers are excellent. Moreover, paraphenylene benzobisoxazole fiber also has a tensile strength and bending resistance that is twice or more that of an aramid fiber, and is suitable for a filler. However, when these fibers are used in a steam line of 100 ° C. or higher, the filler itself deteriorates, so that these fibers are not suitable for use under these use conditions.
[0016]
In such a high-temperature steam line, for example, carbon fiber is suitable for use because it has excellent heat resistance and does not deteriorate even at high temperatures. Thus, even if the filler is a fiber type, it is preferable to select an appropriate material in accordance with various conditions. Further, two or more kinds of fiber fillers may be used in combination.
Moreover, it is preferable that the fiber type filler 2 is orientated in the thickness direction (arrow A direction) of the gasket 1 shown in FIG. If oriented in this way in the axial direction, the orientation direction is the same as the gasket tightening direction, and the strength of the fiber itself contributes more effectively to the restoring force of the gasket. Is.
[0017]
Hereinafter, preferable blending conditions and the like of the filler will be described.
The blending ratio of the fiber filler is preferably contained within a range of 10% to 40% (w / w) by weight with respect to the entire mixture with the modified polytetrafluoroethylene.
If the fiber filler is 5% or less, the effect of improving the stress relaxation characteristics cannot be obtained. Moreover, when 40% or more is blended, the mechanical strength required as a gasket is lost. Therefore, the filling amount is preferably in the above range.
[0018]
Moreover, it is preferable that the diameter of a fiber is the range of 5-50 micrometers, More preferably, it is 10-30 micrometers. The fiber length is preferably in the range of 1 to 10 mm, more preferably in the range of 5 to 10 mm.
If the fiber length is 1 mm or less, the stress relaxation property is not sufficiently improved by suppressing creep, and if it is 10 mm or more, the fibers are excessively entangled to form a so-called “ball”, making uniform blending difficult. Stable characteristics cannot be obtained. Therefore, the fiber length is preferably in the above range.
[0019]
As for the blending method, it is preferable that the fibers are sufficiently defibrated. As a specific blending method, generally, wet mixing using a dispersion is known. In that case, it is preferable to mix | blend in a floating state by floater vibration so that a shear force may not be given as much as possible.
Below, the manufacturing method of a gasket is demonstrated.
[0020]
The modified PTFE raw material powder in which the fiber filler is blended in such a ratio is filled in a dedicated mold and compressed. Then, as shown in FIG. 2, a cylindrical preform 3 is obtained. The preform 3 is molded by compressing in the direction B in the figure. However, the fiber filler is oriented in the radial direction (C direction in the figure) because it has the property of being oriented in the direction perpendicular to the compression direction. If the plate material 3a is cut from the preform 3 in the circumferential direction, the sheet-like plate material 3a is punched into a ring shape, and then fired, the fibrous filler shown in FIG. 1 is formed in the thickness direction (axial direction). An oriented gasket 1 can be obtained.
[0021]
Alternatively, as shown in FIG. 3, if the cylindrical preform 4 is formed from the raw material powder F, cut into a predetermined thickness from the preform 4, and then fired, the fibers shown in FIG. The gasket 5 in which the system filler is oriented in the radial direction can be obtained. According to the manufacturing process of the gasket 5 in FIG. 3, since there is no punching from the sheet material as in the manufacturing process of the gasket 1, no remaining material is generated in the punching process, and there is an advantage that it can be manufactured at a low cost. . However, as described above, the improvement effect of the stress relaxation property is higher when the fiber filler is oriented in the thickness direction like the gasket 1. 3 and 4 are reference examples that are not included in the present invention.
[0022]
Below, the experimental result which investigated the difference about the time-dependent change of the stress relaxation characteristic under the high temperature of the gasket obtained by this invention and the gasket of a conventional product is demonstrated. FIG. 5 shows the experimental apparatus.
The sample used for the stress relaxation measurement is a sheet-like modified PTFE gasket containing 20% by weight of carbon fibers (fiber diameter: 100 μm, fiber length: 6 mm) and fibers oriented in the thickness direction (axial direction). . The inner and outer diameter dimensions of the gasket conform to the gasket dimensions of JIS B2202 at a nominal diameter of 100 and a nominal pressure of 10 kgf / cm ² , and the thickness is 1 mm. Daikin Industries, Ltd. M-111 was used as a raw material for modified PTFE, and Daikin Industries, Ltd. M-12 was used as a raw material for PTFE (conventional product). In the measurement method, first, the sample 7 is mounted between the

flanges

5 and 6 and placed on the load cell 9 on the flange 8, and the load reading load at this time is set to zero. Next, the flange 10 is tightened with bolts 12 until there is no gap between the pillars 11 of the flange 8. Note that the height of the apparatus is adjusted in advance so that a stress of 26 MPa (tolerance ± 10%) is applied to the sample 7 when the bolt 12 is closed. The torque of the bolt 12 at this time is set as a closing torque, and finally the bolt is tightened to 1.5 times the closing torque in consideration of the looseness of the bolt 12. After the deadline, the

flanges

5, 6, 8, 10 are covered with the

heat insulating materials

13, 14 and heated with the

band heaters

15, 16, 17. The load output value of the load cell was read for 60 hours after the

flanges

5 and 6 reached 180 ° C., and the change over time in the gasket residual stress was measured with reference to the initial stress at the time of closing. The result is shown in FIG. The left vertical axis in FIG. 6 shows the gasket stress residual rate with the initial stress at the normal temperature cutoff being 100%, and the right vertical axis shows the gasket stress relaxation rate from the initial stress at the normal temperature cutoff. The horizontal axis of FIG. 6 shows the elapsed time with the arrival time at 180 ° C. being zero. The stress relaxation of the modified PTFE gasket containing carbon fiber (20%) of this example indicated by + is greatly reduced compared to the modified PTFE gasket indicated by □ or PTFE indicated by ×, and almost no stress relaxation occurs. Not confirmed. Therefore, in the case of the modified PTFE gasket containing carbon fiber obtained by the present invention, the initial sealing performance can be maintained for a long time.
[0023]
Next, the blending ratio and material properties of the fiber filler will be described.
Table 1 shows the results of manufacturing gaskets by the same method as in the experiment of FIG. 6 and comparing the characteristics thereof, except that the modified PTFE contains a fiber filler at a predetermined blending ratio.
The properties of gaskets made in the same way with only PTFE and modified PTFE are shown as controls.
[0024]
The measurement of stress relaxation is a measured value under the condition of heating at an initial stress of 26 Mpa and 180 ° C. for 60 hours. Moreover, the measured value of another characteristic is a measured value at normal temperature.
[0025]
[Table 1]

[0026]
As is clear from this table, when comparing the stress relaxation characteristics between PTFE and modified PTFE, it can be seen that the modified PTFE has less stress relaxation by about 15%. In addition, when this modified PTFE is filled with 10%, 40%, and 50% carbon fiber, when 5% carbon fiber is contained, 7% stress relaxation occurs. When 40% or 50% of the fibers were contained, no stress relaxation occurred. Therefore, from this experiment, it was confirmed that the stress relaxation characteristics were improved as the blending ratio of the filler was increased. However, as already mentioned, PTFE and modified PTFE are remarkably poor in wettability with other substances. Therefore, when a filler is contained, tensile strength and elongation tend to decrease. For example, when comparing the tensile strength of modified PTFE containing no carbon fiber and 40% carbon fiber, the modified PTFE is 43.5 [MPa], whereas 40% carbon is used. When the fiber was contained, it was 27.0 [MPa]. This tendency becomes more prominent as the content increases.
[0027]
It is desirable to add as much fiber as possible while maintaining other mechanical properties necessary as a gasket, not limited to tensile strength. However, as can be seen from Table 1, when the fiber content exceeds 40%, tensile strength is increased. The strength and elongation are drastically reduced, and the pressure breakdown resistance during tightening and the resistance to elongation and breakage during use are greatly reduced. Accordingly, the fiber content is limited to 40%. Adding more than this is not preferable from the balance with other characteristics. That is, if it is up to 40%, even if compared with the physical properties of normal PTFE, the tensile strength and elongation of the PTFE containing filler are not greatly reduced. In addition, the stress required to give a predetermined amount of deformation (clamping force required for sealing) and the 25% deformation stress, which is a measure of the compressive strength, show values equivalent to those of normal PTFE. Therefore, it was confirmed that it can be used under the same condition as the conventional product up to 25%.
[0028]
Table 2 is a table showing the difference between the stress relaxation and the friction coefficient due to the orientation of the fiber filler.
[0029]
[Table 2]

[0030]
As shown in Table 2, when comparing the case where the fiber filler is oriented in the thickness direction (axial direction) and the case where the fiber filler is oriented in the radial direction, the fiber filler is oriented in the gasket thickness direction. The orientation was improved in stress relaxation. That is, when compared with those containing 25% carbon fiber, in this measurement condition, when the fiber filler is oriented in the radial direction, 5% stress relaxation occurs, whereas in the thickness direction (axis When oriented in the direction), it was found that there was no decrease at all. This is presumably because the strength of the fiber itself more effectively contributed to the restoring force of the gasket because the fiber was oriented in the tightening direction (thickness direction). At the same time, the static friction coefficient at room temperature is improved from 0.06 to 0.08, and the dynamic friction coefficient is improved from 0.23 to 0.26. Becomes more difficult to blow away.
[0031]
Thus, the usefulness of the present invention was confirmed by experiments.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the fluororesin gasket according to the present invention, stress relaxation is superior to conventional PTFE gaskets, and stress relaxation is less likely to occur even under high temperature use. Therefore, it was found that the usable conditions as a PTFE gasket material were expanded.
[0033]
Therefore, according to the fluororesin gasket according to the present invention, as in PTFE and modified PTFE, it maintains excellent properties such as chemical resistance, heat resistance, contamination, non-adhesiveness, and electrical insulation, and It has become possible to withstand long-term use even under high temperature steam or severe temperature conditions in the latter half of 100 ° C.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a gasket in which fiber fillers according to an embodiment of the present invention are oriented in a thickness direction.
FIG. 2 is a perspective view of a preformed body before obtaining the gasket of FIG. 1;
FIG. 3 is a perspective view of a preform for obtaining a gasket of a reference example in which a fiber filler is oriented in the radial direction.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a gasket obtained from the preform of FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view of an apparatus for examining stress relaxation of a gasket.
FIG. 6 is a graph showing comparison results of stress relaxation test results of gaskets at high temperatures in Examples and Comparative Examples.
[Explanation of symbols]
1 Gasket 2 Filler 3 Pre-formed body

Claims

An organic or inorganic fiber system having a length of 1 mm or more and 10 mm or less to a modified polytetrafluoroethylene obtained by copolymerizing and modifying polytetrafluoroethylene with a small amount of another monomer that does not give melt fluidity. The filler is contained by wet mixing , the raw material powder is loaded into a cylindrical special mold, and the raw material powder is compressed in the axial direction in the special mold to obtain a cylindrical preform. The fiber filler is oriented in the thickness direction of the gasket body by cutting the plate material in the circumferential direction from the preformed body obtained and punching the plate material into a ring shape. Fluoropolymer gasket.

2. The fluororesin gasket according to claim 1, wherein the fibrous filler is made of carbon fiber.

2. The fluororesin gasket according to claim 1 , wherein the fiber filler is formed of paraphenylene benzobisoxazole fiber.

The fluorine resin gasket according to any one of claims 1 to 3 , wherein a blending ratio of the fiber filler is in a range of 10% to 40% of the whole by weight ratio.