JP4545612B2

JP4545612B2 - 高耐熱ガスケット及びその製造方法

Info

Publication number: JP4545612B2
Application number: JP2005042614A
Authority: JP
Inventors: 博久野
Original assignee: 旭プレス工業株式会社
Priority date: 2005-02-18
Filing date: 2005-02-18
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2025-02-18
Also published as: JP2006226456A

Description

本発明は高耐熱ガスケット、特に、９００℃以上の高温での使用に耐えうるメタルジャケット型高耐熱ガスケット及びその製造方法に関するものである。

産業界では、省エネルギー化を図るべく、高温空気燃焼技術及びその排熱回収、エネルギー設備の効率化、廃プラスチック利用の焼却設備の開発が試みられている。この場合、操業温度が高温になればなるほどエネルギーの効率的利用が可能となり、また、低温度で多量に発生するダイオキシン等の発生が８００℃以上の高温では激減するなどの理由により、操業温度の高温化が要望されているが、いずれの設備でもガスケットの耐熱性がネックとなっている。

従来、高温ガスケット又は耐熱ガスケットとしては、アルミナシリカファイバーをペーパー状にし、これをステンレス鋼や低炭素圧延鋼（ＳＰＣ）などの金属薄板に爪で機械的接合又は接着剤で固着したもの（例えば、特開平１１−３１５９３０号公報）、アルミナファイバーからなるボードを金属製ジャケットで包み込んだメタルジャケット型ガスケット、或いは膨張黒鉛シートを積層し、これを金属板で包み込み、その金属板の重合部分と膨張黒鉛シートとの対向面間にマイカシートを積層した金属包みガスケット（例えば、実開平５−３８４６４）などが知られている。

しかしながら、アルミナシリカファイバーのペーパーは薄く、傷つきやすいためシール性が悪く、また、面圧を高くすると、高圧力ではその圧力に負け、シールが破壊されるなどの問題がある。しかも、接着剤が有機接着剤では高温で焼失し、水ガラス等の無機接着剤は高温で溶融するため高温では使用できないという問題がある。

他方、アルミナシリカファイバー又はアルミナファイバーのみからなるボードは、高温での耐久性はあるが、非常に高価で、これを内部材料としてメタルジャケット型ガスケットにして高面圧をかけると、繊維質が多いため高温で破壊されシール性が悪くなる。また、そのメタルジャケットがＳＵＳ３０４等のステンレス鋼で形成されているため、６００〜７５０℃の高温で孔食が起こり、耐久性に欠けるという問題がある。しかも、アルミナシリカファイバー又はアルミナファイバーのみからなるボードは、価格が非常に高くなるだけでなく、製造過程でのハンドリング性が悪く、所定形状に裁断する際に刃が著しく損傷するという問題がある。

従って、９００℃を超える温度でシール性が良く耐久性に優れた高耐熱性ガスケットはないのが現状である。

特開平１１−３１５９３０号公報実開平５−３８４６４号公報

本発明は、シール性が良く耐久性に優れ９００℃以上の温度でも使用でき、製造過程でのハンドリング性が容易で安価な高耐熱ガスケットを得ることを課題とするものである。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、アルミナシリカファイバーやアルミナファイバーなどの無機長繊維に、１３００℃以上の耐火度を有する粘土鉱物の微細繊維、例えば、セピオライト（含水マグネシウムシリケート）等の無機短繊維５〜３０％を加えて無機長繊維の使用量を６０％以下に下げコストの低減を図ると同時に、無機繊維ボードを所定形状に打ち抜く際のトムソン刃の損耗を防止し、さらに無機微粉末を２０〜５０％添加し、その微粉末の弾力性を利用して無機繊維ボードの密度を均一化すると共に、無機長繊維に加わる荷重を分散させて高温度でのシール性を均質化し、もって面圧を上げることができるようにする一方、ジャケット材料として耐熱耐食合金を使用するようにしたものである。

即ち、本発明は、繊維長が２〜４０ｍｍである高耐熱性無機長繊維１０〜６０％、繊維長が１ｍｍ未満である高耐熱性無機短繊維５〜２０％及び平均粒径が０．１〜１０μｍである無機微粉末３０〜８０％を含み、前記高耐熱無機長繊維及び高耐熱性無機短繊維の合計が２０〜７０％である組成物からなる無機繊維シートを、耐熱耐食合金からなるメタルジャケットで被覆してなるメタルジャケット型高耐熱ガスケットを提供するものである。

好ましい実施態様においては、前記メタルジャケットを形成する耐熱耐食合金として、Ｃｒ１５〜３０％、Ｎｉ１０〜８０％、Ｃ０.４％以下を含んでなる高クロム高ニッケル低カーボンステンレス鋼が採用される。また、他の実施態様においては、前記耐熱耐食合金としてＣｒ１５〜３０％及びＮｉ１０〜８０％を含んでなるニッケル基耐熱合金が採用される。即ち、メタルジャケットに孔食が発生する原因は、内部材料から発生した水蒸気と塩素ガスがメタルジャケット内に高温高圧で存在するためであることを見出すと同時に、この孔食は鋼中のＣｒ量を多くするほど起き難くなり、カーボン量が少ないほど起き難く、また、ニッケル量を多くするほど起き難くなることを知見すると同時に、鋼の特性を改善する目的で添加されるＭｏ等の量によって影響されることを知見し、ジャケットの材料として前記高クロム高ニッケル低カーボンステンレス鋼又はニッケル基耐熱合金を採用するようにしたものである。

好ましい実施態様においては、メタルジャケット型高耐熱ガスケットは、無機繊維シートをメタルジャケットで被覆してなるメタルジャケット型ガスケットであって、前記無機繊維シートが、１３００℃以上、好ましくは、１４００℃以上の最高使用温度を有する高耐熱性無機長繊維１０〜６０％と、１３００℃以上、好ましくは、１４００℃以上の最高使用温度を有する高耐熱性無機短繊維５〜２０％と、１３００℃以上、好ましくは、１４００℃以上の融点を有する無機微粉末３０〜８０％とからなり、前記高耐熱性無機長繊維と高耐熱性無機短繊維の合計が２０〜７０％であることを特徴とするものである。

好ましい実施態様においては、前記無機繊維シートは、前記成分に加えて、融点が１３００℃以上、好ましくは１４００℃以上の無機バインダを５％以下含有してなるシートが使用される。

前記高耐熱性無機長繊維としては、最高使用温度が１３００℃以上、好ましくは、１４００℃以上であれば任意の無機長繊維を使用でき、代表的なものとしては、例えば、アルミナシリカ繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、炭素繊維などが挙げられ、これらは単独で又は組み合わせて使用できる。市販品では、例えば、ニチアス株式会社製ファインフレックス（登録商標）、ルビール（登録商標）、電気化学工業株式会社製デンカアルセン（商品名）、イソライト工業社のイソウール（登録商標）１４００、同１５００、同１６００、株式会社ニチビ製アルミナ繊維ニチビアルフ（登録商標）などが挙げられる。なお、前記高耐熱性無機長繊維は、繊維径の小さいもの、例えば、繊維径が０．２〜１２μm、好ましくは、０．２〜７μmのものを使用するのが好適である。また、前記無機長繊維は、その繊維長が長いほど無機繊維シートの製造過程での取扱い性やシート強度を向上させ得るが、平均繊維長が１mm以上あれば十分であり、通常、平均繊維長が２mm〜４０mmの範囲内のものを使用される。また、前記無機長繊維は、非晶質でも結晶質でも任意のものを使用できるが、耐熱性の観点からは最高使用温度の高い結晶質のものを使用するのが好ましい。

前記高耐熱性無機短繊維は、無機繊維ボードのコストの低減を図ると同時に、無機繊維ボードを所定形状に打ち抜く際のトムソン刃の損耗を防止する目的で添加されるもので、安価で１３００℃以上の耐火度を有する粘土鉱物（マグネシウムケイ酸塩鉱石）の微細繊維、例えば、セピオライト（含水マグネシウムシリケート）等の無機短繊維を用いるのが好ましく、前記無機長繊維と同じ材料の短繊維、例えば、アルミナシリカ短繊維、アルミナ短繊維、ボロン繊維、炭素繊維等を単独で又は組み合わせて使用することも可能である。市販品では、林化成株式会社のミルコンＬＳ（商品名）、同ＳＳ、同Ｅ、同ＬＳ−２、同ＳＳ−２及び同ＭＳ−２などの他、ニチアス株式会社製ファインフレックス（登録商標）、ルビール（登録商標）、電気化学工業株式会社製デンカアルセン（商品名）、イソライト工業社のイソウール（登録商標）１４００、同１５００、同１６００などが挙げられる。なお、無機繊維は、平均繊維長が３０μm以下のものを短繊維とするのが一般的であるが、平均繊維長が１mm未満のものも短繊維として使用しても良い。

前記無機微粉末は、前記高耐熱性無機長繊維や高耐熱性無機短繊維間の間隙を埋めて無機長繊維に加わる荷重を分散させることにより無機長繊維が折れたり砕けたりするのを防止する目的で添加されるもので、無機長繊維及び無機短繊維の最高使用温度以上の融点を有し、それらの無機長繊維径とほぼ同じか又はそれよりも小さい平均粒径を有するもの、具体的には、融点が１３００℃以上、好ましくは、１４００℃以上で、平均粒径が０．１〜１０μｍ、好ましくは、０．２〜６μｍであれば任意のものを使用できる。具体的には、前記無機微粉末としては、例えば、粘土、タルク等の岩石微粉末、アルミナ、酸化チタン、シリカ、ムライト、コージェライト、フェライト、酸化マグネシウム等の酸化物微粉末；窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化硼素などの窒化物微粉末；炭化珪素、炭化チタン、炭化タングステンなどの炭化物微粉末などを使用できる。市販品では、林化成株式会社のミセルトン（商品名）、ミクロンホワイト（商品名）５０００Ｓ、同５０００Ｐ、同５０００ＳＤ、同５０００Ａ、同５０００Ｂ、昭和鉱業株式会社製ミルコンＭＳ（商品名）、京セラ株式会社製窒化珪素ＳＮ２８１（商品名）などの微粉タルク、林化成株式会社製ミルコン（商品名）ＬＳ、同ＳＳ、信越化学工業株式会社製窒化珪素ＫＳＮ−１０ＳＵ、同ＫＳＮ−１０ＳＰ、同ＫＳＮ−１０Ｍ−ＴＸ、同ＫＳＮ−１０Ｌ、昭和電工株式会社製窒化硼素粉末ショウビーエヌ（登録商標）ＵＨＰ、ルービーエヌ（登録商標）ＬＢＮ、住友化学工業株式会社製高純度アルミナＡＫＰ−２０、ＡＫＰ−３０、ＡＫＰ−５０、同社製活性アルミナＫＨＡ−４６、同ＫＨＡ−２４、同ＫＨＯ−４６、同ＫＨＯ−２４、同ＫＨＤ−４６、同ＫＨＤ−２４、同ＮＫＨＤ−４６、同ＮＫＨＤ−２４など、秩父小野田株式会社製窒化珪素粉末ＨＭ−５、同ＨＭ−５ＭＦ、電気化学工業株式会社製ボロンナイトライド粉末ＧＰ、同ＳＰ−１、同ＳＰ−２、電気化学工業株式会社製ボロンカーバイド（商品名：デンカボロン粉）、同社製窒化珪素、株式会社トクヤマ製窒化アルミニウム粉末などが挙げられる。

前記耐熱耐食合金としては、Ｃｒ１５〜３０％、Ｎｉ１０〜８０％、Ｃ０.４％以下を含むステンレス鋼或いはＣｒ１５〜３０％及びＮｉ１０〜８０％を含むニッケル基耐熱合金が好ましく、これらの耐熱耐食合金は０.１〜１.０mm厚のシートを使用すれば良い。具体的には、前記ステンレス鋼は、Ｃ０.４％以下、好ましくは、０．１％以下で、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｕ及びＳｉの一種以上を含むこともある高クロム高ニッケル低カーボンステンレス鋼が好適であり、市販品では、ＳＵＳ３１０、ＳＵＳ３０９Ｓ、ＳＵＳ３２１、ＳＵＳ３４７、インコロイ（登録商標）８００などが挙げられる。
また、前記ニッケル基耐熱合金は、Ｎｉ４０〜８０％、Ｃｒ１５〜３０％を含むニッケル合金が好ましく、市販品では、インコネル（登録商標）６００、同６０１、同６２５、同７１８等のニッケル基耐熱合金が挙げられる。

本発明に係る高耐熱ガスケットは、次のようにして製造することができる。本発明においては、無機材料からなる無機繊維シートを製造する際、その製造過程での強度を高め取扱い性を向上させるため、高耐熱性無機長繊維１０〜６０％、高耐熱性無機短繊維１０〜２０％及び無機微粉末１５〜６０％に加えて、有機繊維２〜１０％及びバインダ５％以下を配合し、これらを水に分散させた後、抄紙機で抄いてシート状となし、これを乾燥させ、さらに所定形状に裁断して内部材料用生シートを用意する。

他方、耐熱耐食性合金（高クロム高ニッケル低カーボンステンレス鋼又はニッケル基耐熱合金）からなるジャケット用金属シートを金型、トムソン金型、円形カッター、レーザー、電子ビーム、ジェット水流、その他の手段で所定の形状にカットし、これを金型や簡易金型等でプレス加工して断面Ｕ字又はコ字形状のジャケット本体部材と断面Ｉ字形状のジャケット蓋部材とを形成する。次いで、前記生シートをジャケット本体部材の凹所内に配置した後、ジャケット蓋部材を載せ、前記ジャケット本体部材の内縁、外縁をかしめて、メタルジャケット型生ガスケットを得る。この生ガスケットは、そのまま使用することもできる。

なお、前記有機繊維としては、ポリパラフェニレンベンズオキサドール（ＰＢＯ）繊維、アラミド繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維その他の人造繊維、パルプ、マニラ麻その他の天然繊維を使用できる。

また、前記バインダとしては、有機バインダ及び無機バインダのいずれを使用しても良く、有機バインダには澱粉糊を代表とする天然系バインダ及び合成バインダが含まれる。前記無機系バインダとしては、アルミナやシリカを主成分とする耐熱性無機接着剤を使用でき、市販品では、住友化学工業株式会社製水硬アルミナＢＫ−１１２、同ＢＫ−１０３、ティーエーケミカル株式会社製ベタック＃１３００、同＃１５５０B、昭和鉱業株式会社ミルコンＳＰ、同ＬＳ、朝日化学工業株式会社製スミセラムＳなどが挙げられる。

前記生ガスケットをそのまま使用する実施態様においては、生ガスケットは設備や機械に取り付けた後、試運転や運転の初期過程で高温に加熱され、その過程でガスケットの内部材料にした有機繊維や有機バインダが熱分解し、最終的には、有機物を含まない組成の無機繊維シートとなるが、この有機物による減量を見込み、ボルト締めを行うことが必要である。

従って、本発明によれば、無機材料からなる無機繊維シートをメタルジャケットで被覆してなるメタルジャケット型ガスケットであって、前記無機繊維シートが、最高使用温度が１２５０℃以上の高耐熱性無機繊維１０〜６０％と、最高使用温度が１２５０℃以上の高耐熱性無機短繊維１０〜２０％、前記高耐熱性無機繊維の最高使用温度よりも高い融点を有する無機微粉末１５〜６０％、有機繊維２〜１０％及びバインダ５％以下からなる混合物で形成され、前記メタルジャケットが耐熱耐食合金からなることを特徴とする高耐熱ガスケットが得られる。

通常は、前記生ガスケットを製造した後、有機繊維や有機バインダの消失する４００〜５５０℃の範囲内の温度で熱処理して有機物を熱分解させ、次いで仕上げプレスを行うことによりガスケット厚を調整して製品とする。

また、ボルト穴を有するガスケットを製造する場合、前記生ガスケットをトムソン型等で打ち抜いてボルト穴を穿設し、その後、前記熱処理及び仕上げプレスを行えば良い。また、必要であれば、生ガスケットを熱処理した後、ボルト穴にグロメットを嵌める様にしても良い。なお、ガスケットに一定圧力をかけ、その状態で所定時間、例えば、１０時間以上放置するとシール性を向上させることができる。

本発明によれば、（イ）無機繊維シートの材料として無機繊維に無機微粉末を添加し、アルミナシリカ繊維の量を６０％以下にしているので、ガスケットのコストを下げると共に、型抜き時のトムソン刃の損耗を防ぐことができる、（ロ）メタルジャケット型ガスケットとしているので、粉末が多くても容易に製造することができる、（ハ）内部材料を製造する際、有機繊維とバインダを添加混合して強度を高めているので、製造過程でのハンドリングが容易である、（ニ）ガスケット完成後は、有機繊維及びバインダの有機物が消失し、無機微粉末を入れることにより微粉末同士の弾性が高温度で保持されればよいので、シートの密度ムラを無くし、シートを均質化でき、ガスケットの面圧を上げることができる、（ホ）メタルジャケットの材料として耐食性に優れた高クロム高ニッケル低カーボンステンレス鋼板又は耐熱性ニッケル基合金板を採用しているため、７００〜７５０℃でも孔食を生じることが無く、９００℃以上の高温でも使用できる、（ヘ）ガスケットを９００℃以上の高温で使用できるため、設備を高温で操業することができ、エネルギーの効率的利用を図ると同時に、ダイオキシン等の発生を防止し環境汚染を抑制できる、（ト）ガスケット使用後に廃棄する場合でも、ガスケットが金属と無機材料のみで構成されているのでガスケットを分解して分別回収することができる、など優れた効果を得ることができる。

本発明に係るメタルジャケット型高耐熱ガスケット１は、図１に示すように、断面U字状メタルジャケット本体部材２と断面I字状メタルジャケット蓋部材３からなるメタルジャケットと、その内部に包まれた無機繊維シート５で構成され、高耐熱ガスケット１には前記メタルジャケット蓋部材３、無機繊維シート５及びメタルジャケット本体部材２を貫通してボルト穴４が形成されている。

前記メタルジャケット型高耐熱ガスケット１は次のようにして製造したものである。まず、無機繊維シート５を構成する最高使用温度１３００℃以上の無機長繊維としてイソライト工業社のイソウール（登録商標）１４００を、最高使用温度１３００℃以上の無機短繊維として林化成株式会社製ミルコンＳＬ（繊維長：50μ、繊維径：0.2μ）を、また、無機微粉末としてタルクを用い、これらを有機繊維（パルプ）及びバインダ（澱粉糊）と共に表１に示す重量百分率で配合し、これを水に分散させて抄造液を得る。

前記抄造液を抄造機で抄紙して２mm厚のシートを作成し、このシートをトムソン型で所定形状に型抜きし、生の無機繊維生シートを得る。

これとは別に、０.２５mm厚のＳＵＳ３１０（Ｃｒ２５％、Ｎｉ２０．５％、Ｃ０．０８％以下、Ｍｎ２．０％以下）を型抜きし、断面コ字状メタルジャケット本体部材２と、断面I字状メタルジャケット蓋部材３を形成し、前記無機繊維シート５を断面コ字状メタルジャケット本体部材２内に配置した後、その上に断面I字状メタルジャケット蓋部材３を配置し、断面コ字状メタルジャケット本体部材２の内縁２ａ、外縁２ｂをかしめて一体化してメタルジャケット型生ガスケットを得る。次いで、図１（ｂ）に示すように、前記生ガスケットにボルト穴４を穿設した後、これを５００℃で熱処理して有機物を分解除去して無機繊維シート５を生成させた後、仕上げプレスによりガスケット厚を２.３−２.５mmに調整し、メタルジャケット型ガスケット１を得る。

なお、必ずしも前記生ガスケットにボルト穴を穿設する必要はなく、また、ガスケット１に穿設したボルト穴にグロメット６を装着するようにしても良い（図１（Ｃ）参照）。

本発明に係るメタルジャケット型ガスケットの製造過程を示す図

符号の説明

１：メタルジャケット型ガスケット
２：メタルジャケット本体部材
３：メタルジャケット蓋部材
４：ボルト穴
５：無機繊維シート

Claims

繊維長が２〜４０ｍｍである高耐熱性無機長繊維１０〜６０％、繊維長が１ｍｍ未満である高耐熱性無機短繊維５〜２０％及び平均粒径が０．１〜１０μｍである無機微粉末３０〜８０％を含み、前記高耐熱無機長繊維及び高耐熱性無機短繊維の合計が２０〜７０％である組成物からなる無機繊維シートを、耐熱耐食合金からなるメタルジャケットで被覆してなるメタルジャケット型高耐熱ガスケット。
前記耐熱性無機短繊維がセピオライトである、請求項１に記載の高耐熱ガスケット。
前記耐熱耐食合金がＣｒ１５〜３０％、Ｎｉ１０〜８０％、Ｃ０.４％以下を含んでなる高クロム高ニッケル低カーボンステンレス鋼である請求項１に記載の高耐熱ガスケット。
前記耐熱耐食合金がＣｒ１５〜３０％及びＮｉ１０〜８０％を含んでなるニッケル基耐熱合金である請求項１に記載の高耐熱ガスケット。
繊維長が２〜４０ｍｍである高耐熱性無機長繊維１０〜５０％、繊維長が１ｍｍ未満である高耐熱性無機短繊維１０〜２０％及び平均粒径が０．１〜１０μｍである無機微粉末３０〜６０％、有機繊維２〜１０％及びバインダ５％以下を配合し、これを抄いてシートとなし、当該シートを所定形状に裁断した後、U字形断面形状メタルジャケット部材内に配置し、その上にI字形断面形状メタルジャケット部材を配置し、カシメにより一体化した後、所定温度で熱処理して前記有機物及びバインダを分解させて消失させ、次いで仕上げプレスすることを特徴とする高耐熱ガスケットの製造方法。
繊維長が２〜４０ｍｍである高耐熱性無機長繊維１０〜５０％、繊維長が１ｍｍ未満である高耐熱性無機短繊維１０〜２０％及び平均粒径が０．１〜１０μｍである無機微粉末３０〜６０％、有機繊維２〜１０％及びバインダ５％以下を配合し、これを抄いてシートとなし、当該シートを所定形状に裁断した後、U字形断面形状メタルジャケット部材内に配置し、その上にI字形断面形状メタルジャケット部材を配置し、カシメにより一体化した後、次いで仕上げプレスすることを特徴とする高耐熱ガスケットの製造方法。