- ▸カーボングラファイトシールリングの化学的適合性は、カーボン本体と含浸材の双方によって決まり、含浸材がしばしば弱点となる
- ▸フェノール樹脂含浸のM106Hは塩酸および希硫酸に耐え、フラン樹脂含浸のM106Kは酸・アルカリの交互使用に対応し、アンチモン含浸のM106Dは高温アルカリに適するが塩化物媒体では注意が必要
- ▸選定時には媒体の濃度、温度、流速、相手材質を明確にし、適合性のクイックリファレンステーブルで初期スクリーニングを行う
- ▸強い酸化性媒体（硝酸50%以上、クロム酸など）では含浸グラファイトは適さず、シリコンカーバイドの相手材質に切り替えるべき
カーボングラファイトのマトリックス自体はほぼすべての酸やアルカリに耐えるが、実際の弱点はほとんどの場合含浸材である。フェノール樹脂含浸グラファイトは塩酸や希硫酸に耐えるがアルカリには弱く、フラン樹脂は酸・アルカリ交互使用に耐え、アンチモン含浸は高温アルカリに耐えるが塩化物を含む媒体ではピット腐食が発生する。濃度、温度、流速、相手材質を確定してから選定する必要がある。本稿では適合性のクイックリファレンステーブルと、化学ポンプや反応器での実際の故障事例をまとめている。
1. 含浸していないグラファイトの本来の耐食性
焼成カーボングラファイトの本質的な化学性はカーボンそのものに由来する。常温ではカーボンはほとんどの酸、アルカリ、塩類と反応せず、強い酸化条件下でのみゆっくり酸化する。100℃以下では、含浸していないグラファイトは98%硫酸、37%塩酸、65%硝酸（短期）、リン酸、非酸化性のフッ化水素酸、任意濃度の水酸化ナトリウムおよび炭酸ナトリウムに耐える。しかし、10%～15%の高い多孔性のため、含浸していないグラファイトは主にライニングや熱交換器などの静的部品に用いられ、シールの摩擦対としては使われない。
2. 樹脂含浸グラファイトの耐食性
2.1 フェノール樹脂含浸グラファイト（M106H）
硬化したフェノール樹脂は高度に架橋したネットワークを形成し、非酸化性酸、塩溶液、希薄なアルカリに対し良好な耐性を示す。以下の条件で長期使用が可能である：
- 塩酸：任意濃度、最大100℃
- 硫酸：最大70%、最大90℃
- リン酸：任意濃度、最大120℃
- フッ化水素酸：最大40%、最大60℃
- 水酸化ナトリウム：最大30%、最大80℃
フェノール樹脂含浸グラファイトは強い酸化性媒体に弱い。硝酸50%以上、硫酸70%以上、クロム酸、次亜塩素酸は樹脂の酸化劣化を引き起こし、多孔質を再び開放する。
2.2 フラン樹脂含浸グラファイト（M106K）
フラン樹脂は酸およびアルカリ耐性でフェノール樹脂を上回り、酸・アルカリの交互使用に最適である。50%水酸化ナトリウム、100℃の条件下で長期安定運転が可能である。弊社が塩素アルカリ工場に納入したフラン樹脂含浸グラファイト製IJ遠心ポンプ用ブッシュは18ヶ月間故障なく稼働している。
2.3 エポキシ樹脂含浸グラファイト
エポキシ樹脂はアルカリおよび多くの有機溶剤に対し良好な耐性を示すが、使用温度上限は低め（150℃以下）であり、有機溶剤を含む常温媒体に適している。
3. 金属含浸カーボングラファイトの耐食性
3.1 アンチモン含浸カーボングラファイト（M106D）
アンチモンはアルカリに対して比較的安定しており、中低濃度の硫酸にも耐性があります。特に以下の条件で優れた性能を発揮します：
- 水酸化ナトリウム：最大50%、最大200℃まで
- 硫酸：最大60%、最大120℃まで
- 蒸気：最大450℃
- 熱油：最大400℃
アンチモン含浸カーボングラファイトは塩化物を含む媒体では注意が必要です。塩化物イオンがアンチモンの不動態膜を破壊し、ピッティング腐食を引き起こします。海水冷却ポンプや塩水廃液用途では、樹脂含浸グレードやシリコンカーバイド製の接触部品を推奨します。
3.2 銅含浸カーボングラファイト
銅含浸カーボングラファイトは熱伝導率に優れていますが、アンモニア、アンモニウム塩、強酸には耐性がありません。主に高温・低腐食環境での放熱用シールに使用されます。
4. 有機溶剤用途
カーボングラファイト自体はベンゼン、トルエン、キシレン、エタノール、アセトン、クロロホルム、ジクロロメタンなど多くの有機溶剤に対して安定しています。ただし含浸材の耐性は慎重に確認する必要があります。フェノール樹脂やフラン樹脂は極性溶剤で膨潤することがあり、エポキシ樹脂はケトン類で劣化します。有機溶剤を扱うポンプには、無含浸の高純度グラファイトまたはPTFE含浸グラファイトを推奨します。
5. 簡易耐性早見表
| 媒体 | 濃度 | 温度 | フェノール | フラン | アンチモン |
|------|------|------|------------|--------|------------|
| 塩酸 | 任意 | 沸騰 | 可 | 可 | 不可 |
| 硫酸 | 70% | 90℃ | 可 | 可 | 注意 |
| 硝酸 | 30% | 常温 | 不可 | 不可 | 不可 |
| 水酸化ナトリウム | 50% | 100℃ | 注意 | 可 | 可 |
| 海水 | — | 常温 | 可 | 可 | 注意 |
| ベンゼン | 100% | 常温 | 注意 | 可 | 可 |
| 蒸気 | — | 400℃ | 不可 | 不可 | 可 |
6. 選定時のよくある誤り
1.カーボングラファイトを万能の耐食材とみなし、含浸材の影響を無視して酸化性媒体で早期破損を招くこと。
2.温度の影響を軽視すること：常温で耐性があっても高温では腐食が加速する場合がある。
3.接触部品のガルバニック腐食を見落とすこと：カーボングラファイトは陰極として作用し、接触する金属部品の腐食を促進する可能性がある。
結論
カーボングラファイトの化学的適合性は、含浸材とカーボン本体の性能の総合結果です。エンジニアの方には、媒体の濃度、温度、流速、接触材料を明確にした上で、本適合表を初期選定にご活用いただくことを推奨します。複雑な用途や新規媒体の場合は、運転条件を弊社エンジニアリングチームにご共有いただき、共同評価を行うことで信頼性とコスト効率の高いシーリングソリューションをご提案いたします。