(57)【要約】      （修正有）【課題】禁油用途や高圧用途といった多用途に展開でき、摺動特性に優れ、高い耐久性、耐圧性およびシール性を発揮するグランドパッキンの製造方法および該製造方法を用いて得られるグランドパッキンの提供を目的とする。【解決手段】グランドパッキンの製造方法は、ＰＡＮ系炭素繊維に、潤滑油を含まず、フッ素系樹脂を含む水性懸濁液を含浸させる工程と、含浸後のＰＡＮ系炭素繊維を編組して、編組体を得る工程と、該編組体に、フッ素系樹脂を含む水性懸濁液を含浸させて、グランドパッキン基材を得る工程とを含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＡＮ系炭素繊維に、潤滑油を含まず、フッ素系樹脂を含む水性懸濁液（１）を含浸させる工程（１）と、
含浸後のＰＡＮ系炭素繊維を編組して、編組体を得る工程（２）と、
該編組体に、フッ素系樹脂を含む水性懸濁液（２）を含浸させて、グランドパッキン基材を得る工程（３）と、
を含む、グランドパッキンの製造方法。
【請求項２】
さらに、工程（３）で得られたグランドパッキン基材に、潤滑油組成物を含浸させる工程（４）を含む、請求項１に記載のグランドパッキンの製造方法。
【請求項３】
前記水性懸濁液（１）におけるフッ素系樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）であり、
前記水性懸濁液（２）におけるフッ素系樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）である、請求項１または２に記載のグランドパッキンの製造方法。
【請求項４】
前記水性懸濁液（２）が、さらに、黒鉛、カーボンブラック、アモルファスウィスカーカーボン、グラファイト、アセチレンブラックから選ばれる少なくとも１種の炭素材料を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のグランドパッキンの製造方法。
【請求項５】
得られたグランドパッキンが、グランドパッキン１００重量％に対して、ＰＡＮ系炭素繊維を４５〜７５重量％、フッ素系樹脂を１５〜４５重量％、潤滑油を０〜１０重量％およびその他の成分を０〜８重量％含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のグランドパッキンの製造方法。
【請求項６】
潤滑油を含まず、フッ素系樹脂を含む水性懸濁液（１）を含浸してなるＰＡＮ系炭素繊維を編組してなる編組体を、フッ素系樹脂を含む水性懸濁液（２）に含浸してなるグランドパッキン基材に、潤滑油組成物を含浸させてなる、グランドパッキン。
【請求項７】
グランドパッキン１００重量％に対して、ＰＡＮ系炭素繊維を５５〜６５重量％、フッ素系樹脂を２５〜３５重量％、潤滑油を４〜８重量％およびその他の成分を２〜６重量％含む、請求項６に記載のグランドパッキン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グランドパッキンの製造方法およびグランドパッキンに関する。詳しくは、ＰＡＮ系炭素繊維およびフッ素系樹脂を含んでなるグランドパッキンの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
グランドパッキンは、主として、ポンプ、バルブなどの回転軸や往復動機などの軸のグランド部を密封するために用いられる。回転・往復動機器では、軸が作動する際に、軸とグランドパッキンの接触部が摺動しており、接触面の潤滑性を維持する必要がある。
【０００３】
バルブ用途に要求されるグランドパッキンの特性としては、シール性と耐圧性があり、この特性を満足しない場合、バルブの機能を満たさない。回転ポンプ用途に要求されるグランドパッキンの特性としては、シール性の他に、取り扱い性、耐摩耗性、放熱性があり、この特性を満足しない場合、漏洩量が大きくなる。
【０００４】
グランドパッキンの材料としては、有機繊維、炭素繊維、ガラス繊維、ロックウールなどが用いられている（たとえば、特許文献１および２）。しかし、これらの材料を用いて製造されるグランドパッキンは、おのおの材料の特性に応じて耐熱性、加工性、柔軟性、シール性および価格などに一長一短がある。そのため、用途によって炭素繊維の種類や目詰め剤の配合量等が最適化され、多種のグランドパッキンを準備する必要があった。
【０００５】
また、特許文献３には、発明の技術的背景の項にて、炭素繊維糸にポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ樹脂）の水性分散体を含浸させて、該含浸後の炭素繊維糸を編組してグランドパッキンを得る方法についての記載がある。しかしながら、ＰＡＮ系炭素繊維を用いたグランドパッキンにおいては、ＰＴＦＥ樹脂が炭素繊維に付着しにくいため十分な含浸量が得られにくい。特許文献３に記載のグランドパッキンでは、炭素繊維が擦り切れやすさについて改善の余地があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２−２５５７８６号公報
【特許文献２】特開２００３−２８７１４１号公報
【特許文献３】特開昭６３−２４６５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、多種の製品群をラインアップすることは非常に煩雑であり、環境面への負荷も大きい。特に、ポンプ、バルブなどの回転軸や往復動機に対して、グランドパッキンを使い分けることなく１種類で適用できるグランドパッキンに対する要望が高い。
【０００８】
本発明は、禁油用途や高圧用途といった多用途に展開でき、摺動特性に優れ、高いシール性、耐摩耗性、放熱性、耐圧性および耐久性を発揮し、取扱い性に優れるグランドパッキンの製造方法および該製造方法を用いて得られるグランドパッキンの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、特定の製法により得られた、ＰＡＮ系炭素繊維およびフッ素系樹脂を含んでなるグランドパッキンが、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
【００１０】
本発明のグランドパッキンの製造方法は、
ＰＡＮ系炭素繊維に、潤滑油を含まず、フッ素系樹脂を含む水性懸濁液（１）を含浸させる工程（１）と、
含浸後のＰＡＮ系炭素繊維を編組して、編組体を得る工程（２）と、
該編組体に、フッ素系樹脂を含む水性懸濁液（２）を含浸させて、グランドパッキン基材を得る工程（３）と、を含む。
【００１１】
前記製造方法では、さらに、前記グランドパッキン基材に、潤滑油組成物を含浸させる工程（４）を含むことが、好ましい。
前記水性懸濁液（１）におけるフッ素系樹脂は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）であることが好ましい。
【００１２】
前記水性懸濁液（２）におけるフッ素系樹脂は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）であることが好ましい。
前記水性懸濁液（２）は、さらに、黒鉛、カーボンブラック、アモルファスウィスカーカーボン、グラファイト、アセチレンブラックから選ばれる少なくとも１種の炭素材料を含むことが好ましい。
【００１３】
本発明のグランドパッキンは、潤滑油を含まず、フッ素系樹脂を含む水性懸濁液（１）を含浸してなるＰＡＮ系炭素繊維を編組してなる編組体を、フッ素系樹脂を含む水性懸濁液（２）に含浸してなるグランドパッキン基材に、潤滑油組成物を含浸させてなる。
【００１４】
グランドパッキンは、グランドパッキン１００重量％に対して、ＰＡＮ系炭素繊維を５５〜６５重量％、フッ素系樹脂を２５〜３５重量％、潤滑油を４〜８重量％およびその他の成分を２〜６重量％含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の製造方法によれば、禁油用途や高圧用途といった多用途に展開でき、摺動特性に優れ、高いシール性、耐摩耗性、放熱性、耐圧性および耐久性を発揮し、取扱い性に優れるグランドパッキンの製造方法および該製造方法を用いて得られるグランドパッキンを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、往復動試験の装置図である。
【図２】図２は、横型回転試験の装置図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明について詳細に説明する。
〔グランドパッキンの製造方法〕
（工程（１））
該製造方法に係る工程（１）では、編組する前に、ＰＡＮ系炭素繊維に、潤滑油を含まず、フッ素系樹脂、好ましくはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含む水性懸濁液（１）を含浸させる。含浸方法は、ＰＡＮ系炭素繊維に水性懸濁液（１）を含浸させることができれば、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。
【００１８】
該含浸工程を経ることで、フッ素系樹脂がＰＡＮ系炭素繊維糸に好適に絡み合い、該炭素繊維糸が擦り切れず、摺動特性に優れ、高いシール性、耐摩耗性、耐圧性および耐久性に優れるグランドパッキンが得られる。本発明者らは、この理由を以下のように推定している。
【００１９】
ＰＡＮ系炭素繊維糸は、表面が滑らかであるため、ＰＡＮ系炭素繊維糸に潤滑油を含む水性懸濁液を含浸させると、潤滑油の潤滑作用により、炭素繊維糸の表面がより平滑となる。そのため、フッ素系樹脂が該炭素繊維に巻きつきにくくなり、ダマ状の樹脂が生じる。目付け機能が低下するため、炭素繊維糸同士の接触が生じ、擦り切れやすくなる。一方、本発明では、潤滑油を含まない水性懸濁液を用いているため、フッ素系樹脂がＰＡＮ系炭素繊維糸に好適に絡み合い、ダマ状の樹脂が生じない。そのため、炭素繊維糸が擦り切れず、摺動特性に優れ、高いシール性、耐摩耗性、放熱性、耐圧性および耐久性に優れるグランドパッキンが得られると考えられる。
【００２０】
＜ＰＡＮ系炭素繊維＞
本発明に係るアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維は、公知のものを使用できるが、グランドパッキンに用いることから、その平均単繊維繊度は、４００〜１６００ｔｅｘ（ｇ／１０００ｍ）の範囲にあることが好ましく、より好ましくは６００〜１０００ｔｅｘである。平均単繊維繊度を上記範囲以上とすることで、炭素繊維強化複合材料中の繊維の微小蛇行を抑え、強度発現性に優れた炭素繊維強化複合材料が得られるため好ましい。ＰＡＮ系炭素繊維の平均単繊維繊度は、プレカーサーとなるＰＡＮ系繊維（ＰＡＮ系炭素繊維前駆体繊維）の平均単繊維繊度により調整することができる。
【００２１】
ＰＡＮ系炭素繊維の引張強度は、本発明の効果を奏する限り特に限定されないが、通常４２００〜５２００ＭＰａ、好ましくは４４００〜５０００ＭＰａである。
引張弾性率は、本発明の効果を奏する限り特に限定されないが、２２０〜２４０ＧＰａである。
【００２２】
フィラメント数は、本発明の効果を奏する限り特に限定されないが、通常６０００〜２４０００数、好ましくは１００００〜１８０００数である。
ＰＡＮ系炭素繊維としては、たとえば、トレカ（登録商標）糸（東レ（株）社製）、ＴＥＮＡＸ（登録商標、帝人（株）社製）、ＰＹＲＯＦＩＬ（登録商標、三菱レイヨン（株）社製）などが挙げられるが、これらに限定されない。ＰＡＮ系炭素繊維は、高強度、高弾性、耐熱性、耐薬品性、自己潤滑性の理由から、グランドパッキンに好適である。
ＰＡＮ系炭素繊維は、１種のみを使用しても良いし、これらの複数の種類を組み合わせて使用しても良い。用途に応じて、適宜選択することができる。
【００２３】
＜水性懸濁液（１）＞
水性懸濁液（１）は、鉱物油、合成油および植物油などの潤滑油を含まない水分散体である。本発明において、潤滑油とは、摩擦面間の摩擦減少、摩耗減少、摩擦熱の減少、焼き付き防止の機能を果たす潤滑剤のことを示し、動植物性油脂鉱物性油、流動パラフィン、シリコーンオイル、ワックスパラフィン、シリンダオイル、グリース、ペトロラタム、チェーンソー油、エンジン油、切削油、機械油、作動油、ギア油、タービン油、圧縮機油、冷凍機油、錆止め油等が挙げられる。
【００２４】
また、本発明において、『潤滑油を含まない』とは、本発明の効果を奏する限り、水性懸濁液（１）１００重量％中、通常２重量％以下、好ましくは１重量％以下、より好ましくは０．１重量％以下の潤滑油を含んでいてもよいことを意味する。該水性懸濁液（１）は、潤滑油を完全に含まないことが好ましく、潤滑油は、水性懸濁液（１）１００重量％中、０重量％であることが好ましい。
【００２５】
該懸濁液（１）には、フッ素系樹脂、好ましくはＰＴＦＥを含む。該懸濁液（１）は、耐熱性、耐薬品性、耐候性、非粘着性、滑り性、目詰め効果の点から、フッ素系樹脂の水分散体であることが好ましく、ＰＴＦＥの水分散体であることがより好ましい。
【００２６】
フッ素系樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレンエチレン共重合樹脂（ＦＥＰ）などが挙げられる。フッ素系樹脂は、１種のみを使用しても良いし、これらの複数の種類を適宜組み合わせて使用しても良い。これらの中でも、摺動特性に優れ、高いシール性、耐摩耗性、耐圧性および耐久性を発揮するグランドパッキンを好適に得られる点から、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が好ましい。
【００２７】
フッ素系樹脂としてＰＴＦＥが用いられる場合には、フッ素系樹脂に上述したＰＴＦＥ以外のフッ素系樹脂が、少量、たとえば１０重量％（フッ素系樹脂の合計量を１００重量％とする）以下の量で含まれていても良い。
【００２８】
フッ素系樹脂としては、粉末状のものをそのまま用いても良く、水にフッ素系樹脂の微粒子を分散させたディスパージョンを用いてもよく、該ディスパージョンを充填材と混合した後に水を除去した混合物を用いても良い
フッ素系樹脂は、本発明の効果を奏する限り特に限定されないが、水性懸濁液（１）１００重量％中に、通常５０〜７０重量％、好ましくは５５〜６５重量％含まれる。
【００２９】
水性懸濁液（１）には、必要に応じて、界面活性剤を含んでよい、界面活性剤は、本発明の効果を得る限り特に限定されず、アニオン、ノニオン系、シリコン系など公知のものを使用できる。界面活性剤の配合量は、本発明の効果を奏する限り特に限定されないが、水性懸濁液（１）１００重量％に対して、好ましくは１〜１０重量％、より好ましくは３〜７重量％である。
【００３０】
アニオン系界面活性剤としては、例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸塩、ラウリル硫酸塩、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、ジアルキルスルホコハク酸塩、ステアリン酸塩およびオレイン酸塩等が挙げられる。塩としては、ナトリウム、カリウムなどが挙げられる。
【００３１】
ノニオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類やポリオキシアルキレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンスチレン化フェニルエーテル、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等が挙げられる。
【００３２】
シリコン系界面活性剤としては、ポリジメチルシロキサン、ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン、ポリメチルアルキルシロキサン、シリコン変性ポリオキシエチレンエーテル等が挙げられる。
界面活性剤は、１種のみを使用しても良いし、これらの複数の種類を組み合わせて使用しても良い。
【００３３】
水性懸濁液（１）には、必要に応じて、黒鉛、カーボンブラック、アモルファスウィスカーカーボン、グラファイト、アセチレンブラックから選ばれる少なくとも１種の炭素材料を含んでいてもよい。該炭素材料を含むと、潤滑特性が高まるため、好適である。炭素材料の配合量は、本発明の効果を奏する限り特に限定されないが、水性懸濁液１００重量％に対して、炭素材料全体で、好ましくは１〜１０重量％、より好ましくは１〜５重量％である。炭素材料は、１種のみを使用しても良いし、これらの複数の種類を組み合わせて使用しても良い。
【００３４】
水性懸濁液（１）には、必要に応じて、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化ホウ素、水膨潤性マイカなどの雲母（マイカ）、タルク、金、銀、および各種軟質金属などの潤滑補助剤が含まれていてもよい。該潤滑補助剤が含まれると、擦面間の摩擦減少、摩耗減少、摩擦熱の減少、焼き付き防止の機能を果たすため、好適である。これらの配合量は、本発明の効果を奏する限り特に限定されないが、水性懸濁液１００重量％に対して、全体で、好ましくは１〜１０重量％、より好ましくは１〜５重量％である。これらは、単独で用いても２種以上併用してもよい。本発明では、例えば、特開２００４−１６９８２３号公報に開示されているように、グランドパッキン基材の表面または内部に水膨潤性マイカを含浸させれば、焼き付けを防止し、優れたシール性を維持することができるため、好ましい。
【００３５】
水性懸濁液（１）には、発明の目的を損なわない範囲で、必要に応じて、防錆剤、防腐剤などの公知の各種添加剤が配合されていてもよい。これらの添加剤の配合量は、用途に応じて適宜選択でき、水性懸濁液１００重量％に対して、それぞれ、好ましくは０．１〜１０重量％、より好ましくは２〜８重量％である。これらは単独で用いても２種以上併用してもよい。
【００３６】
（工程（２））
該製造方法に係る工程（２）では、含浸後の、好ましくは、含浸後、乾燥したＰＡＮ系炭素繊維を、たとえば、編組機を用いて、八編み、格子編み、袋編みなどにより紐状に編組して、編組体を得る。編組は、公知の方法を用いることができる。
【００３７】
（工程（３））
該製造方法に係る工程（３）では、工程（２）で得られた編組体に、フッ素系樹脂、好ましくはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含む水性懸濁液（２）を含浸させて、グランドパッキンの基材を得る。含浸方法は、該編組体に水性懸濁液（２）を含浸させることができれば、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。
【００３８】
該工程は、主として、該編組体の表面をフッ素系樹脂にて処理する工程である。該処理により、気密性、シール性、摺動特性および耐圧性が向上したグランドパッキンを好適に得ることができる。
【００３９】
含浸は、工程（１）と（３）の両方によって、含浸後のＰＡＮ系炭素繊維１００重量％中に、通常２０〜４０重量％、好ましくは、グランドパッキンの気密性および耐熱性が得られる点から、２５〜３５重量％、より好ましくは、摺動特性に優れ、高い耐久性、耐圧性およびシール性を発揮するグランドパッキンが得られるとの理由から、２９〜３３重量％のフッ素系樹脂が含まれるように含浸することが好ましい。
【００４０】
＜水性懸濁液（２）＞
水性懸濁液（２）は、水性懸濁液（１）と同一であっても異なっていてもよい。
水性懸濁液（２）には、フッ素系樹脂、好ましくは、摺動特性に優れ、高いシール性、耐摩耗性、放熱性、耐圧性および耐久性を発揮するグランドパッキンを好適に得られることから、ＰＴＦＥを含む。フッ素系樹脂は、本発明の効果を奏する限り特に限定されないが、水性懸濁液（２）１００重量％中に、好ましくは５０〜７０重量％、より好ましくは５５〜６５重量％含まれる。フッ素系樹脂については、上記水性懸濁液（１）の項を適宜参照できる。
【００４１】
水性懸濁液（２）には、必要に応じて、界面活性剤、炭素材料、潤滑補助剤、防錆剤や防腐剤などの各種添加剤などが含まれていてもよい。これらについては、その配合量と共に、上記水性懸濁液（１）の項を適宜参照できる。また、これらは、は単独で用いても２種以上併用してもよい。
【００４２】
水性懸濁液（２）に界面活性剤が含まれると、懸濁液の分散性を高めることができるため好ましい。
水性懸濁液（２）に炭素材料が含まれると、よりシール性および摺動特性に優れるグランドパッキンが得られるため好ましい。炭素材料としては、黒鉛、カーボンブラックが好ましい。炭素材料の配合量は、上記水性懸濁液（１）の項に記載の配合量と同じである。
【００４３】
水性懸濁液（２）には、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化ホウ素、水膨潤性マイカなどの雲母（マイカ）、タルク、金、銀、および各種軟質金属などの潤滑補助剤が含まれることが好ましい。これらを含むと、擦面間の摩擦減少、摩耗減少、摩擦熱の減少、焼き付き防止の機能を果たすことができるため、好適である。
【００４４】
水性懸濁液（２）に防錆剤および／または防腐剤が含まれると、相手材である金属の腐食を防止させることができるため好ましい。
さらに、水性懸濁液（２）は、水性懸濁液（１）と同様に、鉱物油、合成油および植物油などの潤滑油を含まない水分散体であることが好ましい。フッ素樹脂が目付け機能を十分に発揮し、高いシール性と摺動特性に優れる。
【００４５】
＜含浸方法＞
該工程（３）では、工程（２）で得られた編組体に、フッ素系樹脂を含む水性懸濁液（２）を含浸させ、グランドパッキン基材を得た後に、該基材に、潤滑油を含浸させてもよい。また、水性懸濁液（２）には、潤滑油が含まれていてもよい。該工程（３）では、工程（２）で得られた編組体に、フッ素系樹脂を含浸させれば、その含浸方法および組成に限定されない。また、該水性懸濁液には、必要に応じて、懸濁液の分散性を高めるために界面活性剤、摺動特性を向上させるために炭素材料、潤滑補助剤および相手材である金属の腐食を防止させるために防錆剤や防腐剤などの各種添加剤などが含まれていてもよい。これらについては、その配合量と共に、上記水性懸濁液（１）の項を適宜参照できる。
【００４６】
＜乾燥工程＞
該工程（３）では、水性懸濁液（２）の含浸後に、必要に応じて、乾燥工程を含んでいてもよい。
【００４７】
＜仕上げ工程＞
該工程（３）では、水性懸濁液（２）の含浸後に、または、必要に応じて用いられる乾燥工程の後に、仕上げ工程を含んでいてもよい。該仕上げ工程とは、各種公知の加工方法により、用途に適したグランドパッキンを得る工程であり、たとえば、該グランドパッキン基材を所定の断面寸法に切断する工程である。なお、該仕上げ工程は、後述の工程（４）の後に行ってもよく、工程（３）の後に該仕上げ工程を行い、その後、工程（４）を行ってもよく、工程（３）、該仕上げ工程、工程（４）そして再度仕上げ工程を行ってもよい。用途に応じて、適宜仕上げ工程を含めることができる。
【００４８】
（工程（４））
本発明では、工程（３）で得られたグランドパッキン基材に、潤滑油組成物を含浸させる工程（４）を含むことが好ましい。含浸方法は、該グランドパッキン基材に潤滑油を含浸させることができれば、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。
【００４９】
該工程は、主として、潤滑油によりフッ素系樹脂の表面を処理するための工程である。含浸後のグランドパッキン基材に、潤滑油組成物を含浸させることで、フッ素系樹脂、特に樹脂の表面が潤滑油にて保護され、フッ素系樹脂の強度、耐候性、耐久性が向上する。さらに、樹脂が炭素繊維に絡み合った後に、潤滑油を含浸させ、パッキンの微小隙間に潤滑油を含浸されることで、より好適に緻密性が向上するとも推定される。そのため、得られたグランドパッキンは、気密性、シール性および耐圧性がさらに向上する。また、グランドパッキンの摩擦係数を減少させることができるため、摺動特性にもより優れる。
【００５０】
潤滑油としては、公知の潤滑油を用いることができ、たとえば、上記水性懸濁液（１）の項を参照できるが、より好適にフッ素系樹脂を処理できる点から、流動パラフィンおよびシリコーンオイルが好ましい。
【００５１】
潤滑油は、本発明の効果を奏する限り特に限定されないが、潤滑油組成物１００重量％中、通常８０〜１００重量％、好ましくは９０〜１００重量％、より好ましくは、潤滑特性、気密性、シール性の点から、９５〜１００重量％含まれる。
【００５２】
該組成物には、清浄剤、錆止め添加剤、分散剤、極圧剤、消泡剤、酸化防止剤、金属不活性化剤など潤滑油に用いる公知の添加剤が含まれていてもよい。これらの添加剤は、適宜選定し、適切な配合量で配合できる。
【００５３】
潤滑油組成物としては、流動パラフィン、白色ワセリンなどの鉱物油、リン酸エステル系油、ポリエチレングリコール油、シリコーンオイル、フッ素オイルなどの合成油、その他ヒマシ油などの動植物油などが用いられるが、これらに限定されない。
【００５４】
〔グランドパッキン〕
本発明のグランドパッキンは、編組して得られる。該編組パッキンは、一般的に、炭素繊維糸からなるヤーンを単数または複数撚り合せたものを編組み、袋編み、八編み、格子編みなどにより所望の形状に編組みしたものである。
【００５５】
該グランドパッキンは、禁油用途や高圧用途といった多用途に展開でき、摺動特性に優れ、高いシール性、耐摩耗性、耐圧性および耐久性を発揮し、取扱い性に優れる。該グランドパッキンは、潤滑油を含まず、フッ素系樹脂、好ましくはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含む水性懸濁液（１）を含浸してなるＰＡＮ系炭素繊維を紐状に編組してなる編組体を、フッ素系樹脂、好ましくはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含む水性懸濁液（２）に含浸してなるグランドパッキン基材に、潤滑油組成物を含浸させてなる。水性懸濁液（１）、（２）および潤滑油組成物などについては、前述を参照できる。
【００５６】
該グランドパッキンは、本発明の効果を奏する限り特手に限定されないが、グランドパッキン１００重量％に対して、通常、ＰＡＮ系炭素繊維を４５〜７５重量％、フッ素系樹脂を１５〜４５重量％、潤滑油を０〜１０重量％およびその他の成分を０〜８重量％含む。好ましくは、摺動特性に優れ、高いシール性、耐摩耗性、耐圧性の理由から、グランドパッキン１００重量％に対して、ＰＡＮ系炭素繊維を５５〜６５重量％、フッ素系樹脂を２５〜３５重量％、潤滑油を４〜８重量％およびその他の成分を２〜６重量％含む。
【００５７】
その他の成分としては、界面活性剤、炭素材料、潤滑補助剤、防錆剤および防腐剤などの各種添加剤などである。
紐状グランドパッキンは、金型内で圧縮成形して成形品として用いることもできる。
【実施例】
【００５８】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
グランドパッキンについて、以下の方法により評価した。
（１）往復動試験
ＡＮＳＩ水圧試験法（規格）に基づいて試験を行った。
図１に示す往復動試験機（軸径ｄ：２０ｍｍ、スタフィングボックス内径Ｄ：３３ｍｍ、スタフィングボックス深さ：９０ｍｍ）に深さ調整のスペーサーリングと得られたグランドパッキンの８リングを二組装着し、下記条件でシール試験と、温度変化（常温、加熱後および熱サイクル作動後の常温）による面圧保持率（％）を測定した。
シール性は、往復作動１０００回まで行った時の１００回毎の水の漏れ量の平均値（ｃｃ／ｈｒ）によって評価した。表中、０ｃｃ／ｈｒは、完全にシールされていることを示す。
（試験条件）
・ストローク：50mm
・速度：25mm/s
・摺動回数：1000往復×3サイクル
・圧力：10.3MPa（常温耐圧試験時：11MPa）
・流体：水および加熱水
・流体温度：260℃（耐圧試験時：常温）
・パッキン締付面圧：39.2MPa
【００５９】
（２）横型回転試験
図２に示す回転試験機（軸径ｄ：８０ｍｍ、スタフィングボックス内径Ｄ：１０５ｍｍ、スタフィングボックス深さ：９０ｍｍ）に深さ調整のスペーサーリングとグランドパッキン４リングを二組装着し、パッキン押さえを締め付けた。下記条件でシール性の調整可否と軸都の摺動抵抗（Ｎ・ｍ）を測定した。
（試験条件）
・周速：5m/s→10m/s(回転数：1194rpm→2388rpm)
・圧力：0.49MPa
・流体：水道水
・流体温度：20℃〜40℃
【００６０】
〔実施例１〕
ＰＡＮ系炭素繊維（１）（フィラメント数：１２０００、引張強度：４９００ＭＰａ、引張弾性率：２３０ＧＰａ、伸び：２．１％、繊度ｔｅｘ：８００（ｇ／１０００ｍ）、繊維径：７．０μｍ）に、水性懸濁液（１）を含浸させ、電気炉にて乾燥させ、編み糸（１）を得た（１２０００×２ｐｒｙ）。なお、該水性懸濁液（１）として、該水性懸濁液１００重量％中、ＰＴＦＥ微粒子が６０重量％、界面活性剤などのその他添加剤が５重量％を含む懸濁液を用いた。
【００６１】
該編み糸（１）を八つ編みで編組して太さ約３〜８ｍｍ径の紐状の編組体（１）を得た。
該編組体（１）に、水性懸濁液（２）を含浸させ、電気炉にて乾燥させ、グランドパッキン基材を得た。なお、該水性懸濁液（２）として、該水性懸濁液１００重量％中、ＰＴＦＥ微粒子が５６．５重量％、黒鉛、界面活性剤などその他添加剤が７．６重量％を含む懸濁液を用いた。
【００６２】
該基材を所定の断面寸法に仕上げ、流動パラフィンを含浸させることでＰＴＦＥを潤滑油処理した。その後、所定の寸法に切断後、金型内で圧縮成形することにより、有孔円板状の試験用グランドパッキンを得た。該試験用グランドパッキンは、グランドパッキン１００重量％に対して、ＰＡＮ系炭素繊維を５９．８重量％、ＰＴＦＥを３１．０重量％、潤滑油を６．０重量％、黒鉛、界面活性剤などのその他成分を３．２重量％含んでいた。
該試験用グランドパッキンを用いて、往復動試験を行った。グランドパッキンの組成と共に、往復動試験の結果を表１に示す。
【００６３】
〔実施例２〕
実施例１において、ＰＡＮ系炭素繊維（１）の代わりに、ＰＡＮ系炭素繊維（２）（フィラメント数：１２０００、引張強度：４４００ＭＰａ、引張弾性率：２３０ＧＰａ、伸び：１．９％、繊度ｔｅｘ：８００（ｇ／１０００ｍ）、繊維径：７．０μｍ）を用い、かつ、水性懸濁液（２）の代わりに、水性懸濁液１００重量％中、ＰＴＦＥ微粒子が５６．６重量％、その他添加剤（黒鉛、界面活性剤）が８．０重量％を含む水性懸濁液（３）を用いた以外は、実施例１と同様にして、有孔円板状の試験用グランドパッキンを得た。グランドパッキンの組成と共に、往復動試験の結果を表１に示す。
【００６４】
〔比較例１〕
ＰＡＮ系炭素繊維（１）に、水性懸濁液（ａ）を含浸させ、電気炉にて乾燥させ、編み糸（Ｃ１）を得た。なお、該水性懸濁液（ａ）として、該水性懸濁液１００重量％中、ＰＴＦＥ微粒子が３８．６重量％、その他添加剤（黒鉛、界面活性剤、および防腐剤）が７．２重量％、流動パラフィン（潤滑油）が７．６重量％を含む懸濁液を用いた。
【００６５】
該編み糸（Ｃ１）を八つ編みで編組して太さ約３〜８ｍｍ径の紐状の編組体（Ｃ１）を得た。
該編組体（Ｃ１）に、該水性懸濁液（ａ）を含浸させ、電気炉にて乾燥させ、グランドパッキン基材を得た。
【００６６】
該基材を所定の断面寸法に仕上げ、その後、所定の寸法に切断後、金型内で圧縮成形することにより、有孔円板状の試験用グランドパッキンを得た。該試験用グランドパッキンは、グランドパッキン１００重量％に対して、ＰＡＮ系炭素繊維を７１．５重量％、ＰＴＦＥを２０．５重量％、潤滑油を４．１重量％、黒鉛、界面活性剤および防腐剤などのその他成分を３．９重量％含んでいた。
該試験用グランドパッキンを用いて、往復動試験を行った。グランドパッキンの組成と共に、往復動試験の結果を表１に示す。
【００６７】
〔比較例２〕
得られる試験用グランドパッキン中のＰＴＦＥの含有量を多くするために、比較例１における、該水性懸濁液（ａ）の含浸方法を変更した以外は、比較例１と同様にして、有孔円板状の試験用グランドパッキンを得た。グランドパッキンの組成と共に、往復動試験の結果を表１に示す。
【００６８】
〔比較例３〕
比較例１において、水性懸濁液（ａ）の代わりに、水性懸濁液１００重量％中、ＰＴＦＥ微粒子が４７．４重量％、その他添加剤（カーボンブラック、界面活性剤および防腐剤）が１０．２重量％、流動パラフィン（潤滑油）が６．５重量％を含む懸濁液（ｂ）を用いた以外は、比較例１と同様にして、有孔円板状の試験用グランドパッキンを得た。グランドパッキンの組成と共に、往復動試験の結果を表１に示す。
【００６９】
〔比較例４〕
比較例１において、ＰＡＮ系炭素繊維（１）の代わりに、ピッチ系炭素繊維（１）（引張強度：８００ＭＰａ、引張弾性率：３５ＧＰａ、伸び：２．３％、繊維径：１４．５μｍ）を用いた以外は、比較例１と同様にして、有孔円板状の試験用グランドパッキンを得た。グランドパッキンの組成と共に、往復動試験の結果を表１に示す。
【００７０】
〔比較例５〕
比較例１において、ＰＡＮ系炭素繊維（１）の代わりに、比較例４のピッチ系炭素繊維（１）を用い、かつ、水性懸濁液（ａ）の代わりに、比較例３の水性懸濁液（ｂ）を用いた以外は、比較例１と同様にして、有孔円板状の試験用グランドパッキンを得た。グランドパッキンの組成と共に、往復動試験の結果を表１に示す。
【００７１】
【表１】
2018009671.tif 000002
【００７２】
〔実施例３〕
実施例１において、該編み糸（１）を格子編み（１８打ち）で編組して紐状の編組体（１）を得た以外は、実施例１と同様にして、有孔円板状の試験用グランドパッキンを得た。
該試験用グランドパッキンを用いて、横型回転試験を行った。グランドパッキンの組成と共に、横型回転試験の結果を表２に示す。
【００７３】
〔実施例４〕
実施例２において、該編み糸（１）を格子編み（１８打ち）で編組して紐状の編組体（１）を得た以外は、実施例２と同様にして、有孔円板状の試験用グランドパッキンを得た。
該試験用グランドパッキンを用いて、横型回転試験を行った。グランドパッキンの組成と共に、横型回転試験の結果を表２に示す。
【００７４】
〔比較例６〕
比較例１において、該編み糸（Ｃ１）を格子編み（１８打ち）で編組して紐状の編組体（Ｃ１）を得た以外は、比較例１と同様にして、有孔円板状の試験用グランドパッキンを得た。
該試験用グランドパッキンを用いて、横型回転試験を行った。グランドパッキンの組成と共に、横型回転試験の結果を表２に示す。
【００７５】
〔比較例７〕
比較例２において、該編み糸（Ｃ１）を袋編み（１６打ち）で編組して紐状の編組体（Ｃ１）を得た以外は、比較例２と同様にして、有孔円板状の試験用グランドパッキンを得た。
該試験用グランドパッキンを用いて、横型回転試験を行った。グランドパッキンの組成と共に、横型回転試験の結果を表２に示す。
【００７６】
〔比較例８〕
比較例３において、該編み糸（Ｃ１）を格子編み（１８打ち）で編組して紐状の編組体（Ｃ１）を得た以外は、比較例３と同様にして、有孔円板状の試験用グランドパッキンを得た。
該試験用グランドパッキンを用いて、横型回転試験を行った。グランドパッキンの組成と共に、横型回転試験の結果を表２に示す。
【００７７】
〔比較例９〕
比較例４において、該編み糸（Ｃ１）を袋編み（１６打ち）で編組して紐状の編組体（Ｃ１）を得た以外は、比較例４と同様にして、有孔円板状の試験用グランドパッキンを得た。
該試験用グランドパッキンを用いて、横型回転試験を行った。グランドパッキンの組成と共に、横型回転試験の結果を表２に示す。
【００７８】
〔比較例１０〕
比較例５において、該編み糸（Ｃ１）を格子編み（１８打ち）で編組して紐状の編組体（Ｃ１）を得た以外は、比較例５と同様にして、有孔円板状の試験用グランドパッキンを得た。
該試験用グランドパッキンを用いて、横型回転試験を行った。グランドパッキンの組成と共に、横型回転試験の結果を表２に示す。
【００７９】
【表２】
2018009671.tif 000003
【００８０】
表１に示すように、比較例１〜３に記載のグランドパッキンは、実施例に比べて、シール性が悪かった。一方、比較例５に示すように、ＰＡＮ系炭素繊維に比して、表面の平滑性が悪いピッチ系炭素繊維を用いることで、潤滑油を含む水性懸濁液を用いて得られたにも拘わらず、グランドパッキンのシール性が良好である場合があった。
【００８１】
このことから、平滑なＰＡＮ系炭素繊維では、潤滑油による潤滑効果により、炭素繊維へのＰＴＦＥ樹脂の付着性が低く、ＰＴＦＥ樹脂が分散しており、剥がれやすいと推定された。そのため、往復動試験の軸を摺動させることによりＰＴＦＥが脱落するとともに、フローの原因となり、接面漏洩が生じやすいと考えられた。さらに、実施例では、樹脂が炭素繊維に絡み合った後に、潤滑油を含む水性懸濁液を含浸させているため、樹脂が好適に膨潤して、より好適に絡み合い、良好なシール性と応力緩和が得られたと考えられた。
【００８２】
また、ピッチ系炭素繊維に潤滑油を含んだ水性懸濁液を含浸させて得られた比較例９のグランドパッキンは、横型回転試験において安定して使用可能であったが、同等の比較例４のグランドパッキンを、往復動試験に用いた場合には、応力緩和が大きくなり、シールに必要な面圧低下大きくなるため、シール性が悪かった。比較例５のグランドパッキンでは、往復動試験のシール性と応力緩和ともに良好な結果が得られたが、同等の比較例８では、横型回転試験においてシール性の調整が不可であった。このことから、ポンプ用途に対して使用できないと判断された。これらの結果から、ピッチ系炭素繊維を用いて得られたグランドパッキンにおいても、多用途に展開できないと判断された。
【００８３】
一方、表１および２に示すように、実施例のグランドパッキンは、漏洩とパッキンの破壊が確認されなかった。そのため、バルブ用途のシール性と耐圧性を満たし、バルブ用途に対して使用可能と判断された。また、横型回転試験においても安定して使用可能であったため、ポンプ用途に対しても使用可能と判断された。それゆえ、本発明のグランドパッキンによれば、往復動機だけでなく、回転機にも適用できることがわかった。本発明の製造方法によれば、禁油用途や高圧用途といった多用途に展開でき、摺動特性に優れ、高いシール性、耐摩耗性、放熱性、耐圧性および耐久性を発揮し、取扱い性に優れるグランドパッキンを得ることができることがわかった。
【図１】
2018009671.tif 000004
【図２】
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