- ▸含浸によりカーボングラファイトマトリックスの多孔率が10%〜20%から2%以下に低減され、特定の化学適合性や耐熱性が付与される
- ▸主流の含浸グラファイト6種類：フェノール樹脂（-50〜200℃一般用途）、フラン樹脂（強酸・強アルカリに耐え250℃まで）、エポキシ樹脂（衛生用途180℃）、アンチモン（高温・重負荷450℃まで）、バビット（耐衝撃350℃）、PTFE（化学的に不活性250℃）
- ▸媒体による選択：清水・油 → フェノール樹脂、強酸・強アルカリ → フラン樹脂、強酸化剤 → PTFE、高温油 → アンチモン、食品・医薬 → エポキシまたはPTFE
- ▸温度による選択：200℃以下は任意の樹脂、200〜350℃はアンチモンまたはバビット、350〜450℃はアンチモン、450℃以上は純カーボングラファイト
- ▸真空圧力複合含浸の主要パラメータ：真空 ≤ -0.095MPa、圧力1.0〜1.5MPa、含浸剤がワーク断面全体に浸透することを保証
同じ焼結カーボングラファイトマトリックスでも、孔隙を何で満たすかによって全く異なる特性を示します。フェノール樹脂含浸は-50〜200℃で使用され、アンチモン含浸は450℃までの高温重負荷に耐え、PTFE含浸はほぼすべての媒体に耐えます。誤った含浸剤の選択は早期シール故障の一般的な原因です。本記事では媒体、温度、圧力に基づき、フェノール、フラン、エポキシ、アンチモン、バビット、PTFEの6種類の主流含浸グラファイトの作動範囲を整理し、最後に選定マトリクスを示します。
1. 含浸の重要な役割
カーボングラファイトマトリックスは焼結後に10%〜20%の連結多孔性を持ち、これが媒体の浸透や機械的強度の低下を引き起こします。含浸は液体または溶融した含浸剤を圧力下で孔隙に押し込み、硬化させてこれらの孔を埋める工程です。
1.1 含浸の3つの主目的
含浸の主な目的は、第一に多孔率を2%以下に低減してシール性を確保すること、第二に機械的強度、特に圧縮強度と衝撃強度を向上させること、第三に特定の化学適合性や耐熱性を材料に付与することです。
1.2 含浸深さの工程管理
含浸深さはワークの断面全体に浸透しなければならず、そうでないと未含浸部が浸透経路となります。Huahaoは真空圧力複合含浸工程を採用し、真空は-0.095MPa以下、圧力は1.0〜1.5MPa、含浸時間は壁厚に応じて調整し、完全含浸を保証しています。
2. 六つの主流含浸カーボングラファイトの種類
2.1 フェノール樹脂含浸カーボングラファイト
フェノール樹脂含浸は最も一般的な形態で、-50℃から+200℃の範囲に適し、水、油、弱酸および弱アルカリに耐性があり、機械的強度が良好でコストも中程度です。典型的な用途は、清水ポンプ、油ポンプおよび一般的なメカニカルシールです。欠点は、濃硝酸などの強い酸化性酸に対する耐性が不十分なことです。
2.2 フラン樹脂含浸カーボングラファイト
フラン樹脂含浸カーボングラファイトは、やや高い耐熱性（-50℃から+250℃）を持ちます。最大の利点は強酸や強アルカリ、特に塩酸、硫酸および水酸化ナトリウムに対する耐性で、有機溶剤にも良好な耐性を示します。典型的な用途は、化学反応器、酸洗装置およびイオン交換膜電解槽です。
2.3 エポキシ樹脂含浸カーボングラファイト
エポキシ樹脂含浸カーボングラファイトは優れた接着強度と機械的特性を持ち、水、油およびアルカリ溶液に耐性があり、特に食品や医薬品の衛生用途に適しています。ただし、耐熱性はやや低く（-50℃から+180℃）、酸耐性はフラン樹脂より劣ります。
2.4 アンチモン金属含浸カーボングラファイト
アンチモン含浸は高温・重荷重用途の第一選択で、-100℃から+450℃に適し、硬度は90～110 HSに達し、圧縮強度が大幅に向上します。高温油ポンプ、タービンシールおよび熱油循環ポンプに適しています。ただし、アンチモン含浸カーボングラファイトはコストが高く、強酸には耐性がありません。
2.5 バビット合金含浸カーボングラファイト
バビット含浸カーボングラファイトは-100℃から+350℃に対応し、良好な衝撃靭性と焼き付き防止性能を持ち、重負荷のブッシュ、大型軸受および船舶用プロペラ軸受に適しています。
2.6 PTFE含浸カーボングラファイト
PTFE含浸カーボングラファイトは-100℃から+250℃に対応します。最大の特徴は極めて高い化学的惰性で、ほぼすべての媒体（溶融アルカリ金属および元素フッ素を除く）に耐性があり、優れた低摩擦性能を備えています。医薬品、化学および食品用途で高い清浄度が求められる場合に適しています。
3. 選定決定マトリックス
エンジニアが迅速に選定できるよう、Huahaoは媒体、温度、荷重の三つの軸で決定マトリックスを整理しています。
3.1 媒体別
清水および油：フェノール樹脂含浸で十分；強酸および強アルカリ：フラン樹脂含浸；強酸化性媒体：PTFE含浸；高温油：アンチモン含浸；食品および医薬品：エポキシまたはPTFE含浸。
3.2 温度別
200℃以下：フェノール、エポキシ、PTFEおよびフラン樹脂すべて使用可能；200～350℃：アンチモンまたはバビット；350～450℃：アンチモン；450℃以上：純カーボングラファイト（含浸なし）または炭化処理を検討。
3.3 荷重別
軽荷重（1 MPa未満）：すべての含浸タイプが適合；中荷重（1～3 MPa）：樹脂、アンチモンまたはバビット；重荷重（3 MPa超）：アンチモンまたはバビット。
4. 特殊サービス対応
単一の含浸で要求を満たせない特殊条件には、複合含浸やカスタム配合が検討可能です。例えば、高温かつ強い耐食性が必要な場合、アンチモン含浸の後にPTFE含浸を施す複合処理が利用できます。Huahaoは実際の運転条件に基づいたカスタマイズ含浸ソリューションを提供可能です。
5. 結論
含浸カーボングラファイトの選定は、材料工学とサービス工学を融合した学際的な課題です。エンジニアは、媒体の特性、温度範囲、荷重条件を十分に理解した上で、本稿で示した意思決定マトリックスを用いて選定を行うべきです。Huahao Sealing Co., Ltd.は、完全な含浸プロセス能力を有しています。カスタマイズされた推奨事項については、当社の技術チームまでお問い合わせください。