压盖填料 【技术领域】
本发明涉及一种主要是作为泵或阀等的流体机器中的防止流体泄漏的装置使用的压盖填料。
背景技术
该压盖填料，首先编织纤维制成带状，然后含浸堵塞材料，接下来，将含浸堵塞材料的带状的编织纤维成型成环状，从而制成。通过上述操作制成的压盖填料，通常插入阀等的流体机器的压盖部在加压的状态下进行安装，作为防止流体的泄漏的密封装置而发挥其作用。在纤维材料中，使用石棉、氟树脂、聚芳基酰胺、碳纤维以及其他的各种有机纤维。作为该纤维形态，有集合多根长纤维而成的复丝、纺短纤维(短纤)而成的纺织丝、以及集合这些纤维进行捻合而成的集合加捻丝。
近年来，由于使用膨张石墨的压盖填料与对应侧部件具有优异的适应性或密封性，正成为主流。如在专利文献1中所公开的，已知一种编织或加捻加工多根在膨胀石墨基材上加捻补强线材等缠绕成螺旋状而进行外补强的膨胀石墨制的编织丝而形成的压盖填料。
上述的压盖填料，在填料箱等的流体机器的轴封部之外，用于在半导体制造、医疗或医药品制造、食品加工、化学工业等的各种技术领域的制造工序中处理高纯度液体或超纯水、药液或洗涤液的配管体系等各种位置中。其中，在用于处理饮料水或食用油等的食品的配管体系的情形，会有稍微的问题。其原因在于：以膨胀石墨作为主原料的压盖填料呈现黑色，因此，会造成使用者产生使用该压盖填料则使食品沾附颜色而造成玷污的感觉(实际上不会产生颜色沾附)，有些情形，会产生敬而远之的倾向。
因此，想到了通过作为呈现较白颜色的纤维材料使用在专利文献2等中已知的玄武岩纤维，能够消除使用膨胀石墨造成的前述的不好的感觉。但是，玄武岩纤维的纤维径粗并且是高弹性，因此，有难以与对应侧部件密接(适应性差)的问题。为了解决该问题，采用使作用使其密接的高的表面压力的结构，则又容易破坏玄武岩纤维而产生新的问题。如此，作为压盖填料的材料，有更进一步改善的余地。
专利文献1：JP特开2005-291264号公报
专利文献2：JP特开2006-347845号公报
【发明内容】
发明要解决的课题
本发明的目的是通过进一步的研究以填补上述玄武岩纤维的缺点而提供一种使具有较白颜色的玄武岩纤维的特征和膨胀石墨的优异的密封性的特征结合的具有白色的外观并且良好地密封性的改善的压盖填料。
解决问题的技术方案
技术方案1是一种压盖填料，其特征在于，通过在膨胀石墨形成的芯材3的周围编织有机纤维12包覆玄武岩纤维11而成的包覆纱1而构成。
技术方案2是一种压盖填料，其特征在于，在技术方案1所述的压盖填料中，上述有机纤维12是聚芳基酰胺纤维。
技术方案3是一种压盖填料，其特征在于，在技术方案1或2所述的压盖填料中，上述包覆纱1中的上述有机纤维12的构成比率设定为10～40wt％。
发明的效果
根据技术方案1的发明，作为填料的外周部上设置的包覆纱是使用低弹性的有机纤维进行包覆，因此，在加压时相对于对应表面的密接性优异。即使在高表面压力负载时玄武岩纤维被破坏，也是处于被保持在没有破坏的有机纤维的鞘(シ一ス)内的状态，因此，特性不会发生显著的变化而能够维持防止泄漏的功能。另外，芯部分的玄武岩纤维的耐热性与强度优异，因此，在高温高压条件下，也不会产生有机纤维填料发生的强度降低或蠕变。作为填料的滑动面，不是玄武岩纤维而是有机纤维，因此，具有摩擦阻力小且能够变更设定色调(例如，雪白等的白色系)的优点。由此，制成为在处理饮料水或食用油等的食品的配管体系中也能够不产生心理抵抗的使用的压盖填料。
其结果是，能够提供一种通过进一步的研究以填补上述玄武岩纤维的缺点而使具有较白颜色的玄武岩纤维的特征和膨胀石墨的优异的密封性的特征结合的具有白色的外观并且良好的密封性的改善的压盖填料。该情形下，如技术方案2所示，有机纤维为聚芳基酰胺纤维，由此，能够制成具有白色色调并且强度或耐热性优异且密封性优异的压盖填料。
根据技术方案3的发明，能够制成能够将单位时间的泄漏量抑制到非常少的优异的压盖填料，并且该压盖填料具有表面平滑、通过轴滑动引起的溢出少的优点(参照图1)。
【附图说明】
图1是表示各实施例和各比较例的各种特性的图表。
图2是表示复丝的侧面图。
图3是表示包覆纱的一部分断裂的侧面图。
图4是表示编织成带状的填料的结构的立体图。
图5是表示压盖填料的一部分断裂的立体图。
图6是表示加捻丝的侧面图。
图7是表示双子型的加捻丝的一部分展开的侧面图。
图8是表示各填料的压缩率与系紧表面压力之间的关系图的图形。
图9是表示比较各填料的弹性率的棒图的图形。
图10是表示各填料的经过时间和泄漏量的关系表的图形。
图11是表示各填料的经过时间与填料部温度之间的关系图的图形。
符号说明
1 包覆纱
3 芯材
11 玄武岩纤维
12 有机纤维(聚芳基酰胺纤维)
θ 有机纤维的缠绕角度
【具体实施方式】
下面，参照附图说明本发明的压盖填料的实施方式。图1是表示各压盖填料的各种特性的表；图2、6、7是表示各种复丝的图形；图3～图5分别是表示包覆纱、带状编织填料、压盖填料的图形；图8、9是关于弹性率的关系图和棒图；图10、11是关于泄漏量的表和图形。
玄武岩纤维(パサルトファイバ一)，是以天然的玄武岩作为100％原料在高温下进行熔融纺丝的非晶性的人造矿物纤维，作为石棉的代替材料使用。在玄武岩连续纤维中，最高使用温度达至820℃，与玻璃纤维的使用温度480℃相比，其在高温环境下使用的性能也优异。例如，清洗沙砾程度的碎石玄武岩，然后，在1500～1600℃下溶融加热，使纤维形成带域的溶解物的粘度高于100P，在超过分钟速度3500m的速度下拉伸纤维，则能够制成玄武岩纤维连续长纤维。该玄武岩长纤维的溶融温度是高达1050℃，在烧结炉内如玻璃纤维状不液化而形成结晶，因而也是对应不伤害烧结炉的环境的纤维。
作为玄武岩纤维的特征，可举出下述各项优点：(1)广的使用温度范围：-250～+600℃；(2)低吸湿性；(3)耐药品性：耐酸、耐碱；(4)耐摩耗性；(5)高抗张力；(6)高绝缘性；(7)防音性；(8)柔软性。石棉的原料是各种石棉，其是结晶性的天然纤维，其单纤维直径是0.03～0.1μm，与此相对，玄武岩制的玄武岩纤维是非结晶的人造纤维，其单纤维直径是9～17μm(平均是13μm)。
准备由多根纤维直径是约13μm的玄武岩纤维11构成的复丝2[将其作为A(单位：g/m)，参照图2]，在其周围以缠绕角度(相对于与复丝2的轴心P成正交的线段X的角度)θ缠绕加工间位聚芳基酰胺纤维(有机纤维的一个实例)12的短纤维[将其作为B(单位：g/m)]，制作包覆纱1(参照图3)。另外，优选聚芳基酰胺纤维12的缠绕角度θ设定为45度以下。
然后，将由膨胀石墨C(％)构成的纱线作为芯材3，并且将由玄武岩纤维11[将其作为D]和包覆该纤维的聚芳基酰胺纤维(有机纤维的一个实例，作为E)12构成的包覆纱1覆盖芯材3，如图4所示，制成口8mm的带状编织填料4。将该填料4通过模具成型成例如内径32mm、外径48mm、高度(厚度)8mm的环状，制成如图5所示的压盖填料5。
此处，聚芳基酰胺纤维是尼龙的一种，与通常的尼龙不同，其以含有苯环并且通过酰胺键结合的牢固的结构的高分子作为原料而制成，有时称作芳香族尼龙。聚芳基酰胺，根据其成分不同有对位聚芳基酰胺和间位聚芳基酰胺。对位聚芳基酰胺非常强，拉伸强度是尼龙的约2.5倍，对位聚芳基酰胺纤维，被用作轮胎帘子线、带状物、防弹服、防护服、航空机器部件、混凝土补强等。间位聚芳基酰胺纤维的耐热性、阻燃性优异，被用作防火服、防护服、作业服、耐热过滤器、电线包覆材料等。
另外，作为复丝A，可以是如图6所示的通过捻复数根(多根)玄武岩纤维11而成的加捻丝7，通过使用有机纤维(例：聚芳基酰胺纤维)包覆该加捻丝7，形成包覆纱。该情形下，加捻角度a例如可以是70℃，也可以是另外的角度。另外，也可以是如图7所示，通过由玄武岩纤维复丝构成的复数根加捻丝(如图6所示加捻加工成的丝)9，加捻包覆多根直线状的玄武岩纤维复丝8形成加捻丝10构成的复丝(集合加捻而成的复丝)A。图7中，形成了使用2根加捻丝9、9的双子型的加捻丝10，其加捻角度b设定为例如50度。可使用有机纤维(例：聚芳基酰胺纤维)包覆该加捻丝10，形成包覆纱。
即，本发明的压盖填料5，是通过在膨胀石墨C构成的芯材3的周围编织有机纤维12包覆玄武岩纤维11而成的包覆纱1而构成。其中，作为堵塞材料F，使其含浸处理氟树脂。该情形下，优选包覆纱1中的有机纤维12的构成比率设定为10～40wt％(wt是weight(重量)的简写)。如上述进行制成的压盖填料5作为供试体(实施例1～4、比较例1、2)，进行各种试验，其试验条件、结果以及讨论等在下面进行记述。
在图1所示的特性表中，实施例1～4中，编织丝是由玄武岩纤维11和有机纤维12构成，即由包覆纱1构成；比较例1、2中，编织丝是仅由玄武岩纤维11构成或仅由有机纤维12构成。另外，丝重量是指玄武岩纤维A和聚芳基酰胺纤维B的每单位长度(m：米)的重量(g：克)，泄漏量(单位：cc/min)是指记载滑动气体密封试验(后述)的结果的数值。包覆纱1中的有机纤维12的构成比率(图1中的“D与E的比率”中的E的值)在10～40wt％的范围内的是实施例2、3，实施例1、4的数值在该范围外。
对于实施例1～4及比较例1、2的各压盖填料进行的滑动气体密封试验，是使用6个大小为内径32mm、外径48mm、厚度8mm的填料，用系紧压力30N/mm2系紧，流体是使用室混(常温)下2MPa的氮气，轴滑动为10mm/秒、20mm×1往复、1000次往复，然后，回收大气侧的泄漏气体，测量泄漏量。接下来，对于弹性率(压缩复原试验)和低速干式滑动试验进行说明。
(关于弹性率)
为了求得弹性率，进行了压缩复原试验。压缩复原试验的条件是：填料尺寸是口9.5mm、填料个数是1个、十字头速度(cross head speed)是1.0mm/min、初期表面压力/最大表面压力是0.02(N/mm2)/2(N/mm2)＝0.01。实际的试验如下所示。即，以从给与最大表面压力的1％的0.02N/mm2的初期负载的状态开始试验经过最大表面压力再变为0.02N/mm2的工序进行。通过该试验得到的压缩复原曲线算出弹性率，作为研究对象，另外，使用含浸PTFE的石棉制的压盖填料(现有技术的填料)作为比较对照。图8是表示弹性率与系紧表面压力的关系图；图9是表示弹性率的比较棒图。
由图8、9可知，本发明的压盖填料的发明填料，与现有技术的石棉制填料的现有填料相比，弹性率约低30％。这表示，在各填料得到相同的密封性能的情形下，发明填料相对于轴柔软，与现有填料相比，轴摩耗特性优异。在发生轴振动等的情形，填料反复发生微小变形，此时，弹性率低的填料中，及于轴的表面压力的变化量少，因此，发明填料的轴振动性能高，滑动热量也少。因此，发明填料的轴摩耗性能、轴振动性能及发热性能良好。另外，在增加系紧时，弹性率低的填料柔软，相对于增加相同的系紧量，该填料相对于轴的表面压力难以产生突变，因此，可以说是容易增加系紧的填料。
(关于低速干式滑动试验)
低速干式滑动试验的条件是：使用流体为压力0.2MPa的氮气；填料尺寸：口10mm；转数320(每分钟)；周速度1m/s；填料根数4；填料系紧表面压力0.5N/mm2。该试验是如下进行：在插入填料后，使负载表面压力2.0N/mm2的初期系紧表面压力，然后，在减压至0.5N/mm2的状态下使轴旋转，然后，进行评价。该评价中的表面压力，以使用弹簧维持系紧力的方式(实时加载(ライブロ一ド)方式)进行负载。测定试验开始～经过4小时后的泄漏量、温度，对填料温度和泄漏量的关系进行研究。另外，泄漏量是轴直径的2倍的值(120ml/min)以上时在弹簧挡圈和填料压板之间产生间隙的情形，发生応力弛缓，系紧表面压力降低，因此，直至间隙消除为止不进行增加系紧。
表示低速干式滑动试验的经过时间与泄漏量的关系的表示于图10，经过时间与填料部温度的关系图示于图11。发明填料，在填料部温度经过2小时后，达到120℃时，发生泄漏，其结果是，随着泄漏量的稍微增加温度缓缓降低。发明填料，泄漏量不超过规定的120ml/min，因此，一次也不需要进行增加系紧就结束了试验。作为比较对照的现有技术填料的填料部温度经过2小时后，上升至100℃，发生泄漏，其后急剧增加。通过进行增加系紧，暂时降低了泄漏量，但经过3小时后，再次增加，弹簧挡圈与填料压板之间的间隙消除，在不可增加系紧的状态下填料部温度持续上升，最终在经过4小时后， 泄漏量成为超过2000ml/min的状态，记录下最高温度。
如以上说明，本发明的压盖填料，在膨胀石墨构成的芯材的周围编织聚芳基酰胺纤维包覆玄武岩纤维而成的包覆纱而构成，因此，能够成功提供一种具有白色色调的膨胀石墨制的压盖填料，以使在处理饮料水或食用油等的食品的配管体系中也能够不产生心理抵制的使用对于对应侧部件具有优异的适应性或密封性的膨胀石墨制的压盖填料。另外，通过在有机纤维含浸堵塞材料(氟树脂等，参照图1)F，能够防止泄漏，并且还具有能够防止制造时的弯折引起异物发生的优点。