シール用カーボングラファイトグレードの選び方：M106D/M106K/M120K選定ガイド

1. なぜグラファイトグレードの選定が重要か

カーボングラファイトのグレードは、シール性能、寿命、信頼性を直接決定します。同一寸法のシールリングでも、異なるカーボングラファイトグレードを使用すると、使用寿命に3〜5倍の差が生じることがあります。誤ったグレード選定は、早期シール故障の最も一般的な原因の一つです。

国内のメカニカルカーボングラファイトグレードは、従来の電気カーボンの番号体系に従っています：Mはメカニカルカーボングラファイトを示し、数字はマトリックスシリーズ、接尾文字は含浸剤を表します — F=フェノール樹脂、H=エポキシ樹脂、K=フラン（フルフリルアルコール）樹脂、D=アンチモン金属。特殊含浸（ベビット、銅、PTFEなど）は工場独自のコードを使用しているため、メーカーのデータシートを確認してください。

2. 主流グレード比較

2.1 M106D（アンチモン含浸カーボングラファイト）

• マトリックス：高強度カーボングラファイトマトリックス、アンチモン含浸
• 密度：2.15-2.25 g/cm³（Huahao試験値は2.20）
• ショア硬度：HS 85-95（試験値92）
• 圧縮強度：180-200 MPa（試験値190）
• 多孔率：<2%
• 使用温度：450-500℃（非酸化性媒体）
• 特徴：高温・高荷重耐性に優れ、アンチモンが優れた熱伝導率と荷重能力を提供
• 代表的な用途：高温油ポンプシール、高温熱油媒体、石油化学高温ポンプ、蒸気媒体

2.2 M120K（フラン樹脂含浸カーボングラファイト）

• マトリックス：中強度カーボングラファイトマトリックス、フラン樹脂含浸
• 密度：1.80-1.90 g/cm³
• ショア硬度：HS 55-75
• 圧縮強度：180-240 MPa
• 多孔率：<2%
• 使用温度：≤220℃
• 特徴：優れた耐酸・耐アルカリ腐食性、フラン樹脂は強酸・強アルカリに安定
• 代表的な用途：化学ポンプシール、酸・アルカリ媒体、反応槽撹拌機、めっき装置

2.3 M106H（エポキシ樹脂含浸カーボングラファイト）

• マトリックス：一般カーボングラファイトマトリックス、エポキシ樹脂含浸
• 密度：1.75-1.85 g/cm³
• ショア硬度：HS 50-70
• 圧縮強度：170-220 MPa
• 多孔率：<2%
• 使用温度：≤180℃
• 特徴：機械的強度と腐食抵抗のバランスが良く、コストパフォーマンスに優れる
• 代表的な用途：清水ポンプ、冷却水ポンプ、循環ポンプ、一般産業用ポンプ

2.4 その他の一般的なグレード

• M106F（フェノール樹脂含浸）：一般的な弱酸・弱アルカリ用途、≤200℃
• M140K（フラン含浸）：Huahao製造の高強度マトリックスを持つフラン樹脂グレード
• M191T（炭化処理）：金属含浸なしで極限の600℃使用に対応
• PTFE含浸グレード：食品・医薬品衛生グレード、最高の化学的不活性
• 銅・ベビット含浸グレード：電気用途または高速慣らし運転用、メーカーによりコードが異なる

3. 4段階選定方法

ステップ1：媒体の種類と腐食性の確認

| 媒体の種類 | 推奨含浸方法 | 推奨グレード |

|------------|--------------|--------------|

| 清水、冷却水 | エポキシ樹脂 | M106H |

| 弱酸・弱アルカリ | フェノール樹脂またはフラン樹脂 | M106F / M106K |

| 強酸・強アルカリ | フラン樹脂 | M106K / M120K |

| 高温油 | アンチモン金属 | M106D |

| 食品・医薬品媒体 | PTFE | 食品グレード |

| 粒子を含む媒体 | アンチモン含浸または含浸なし硬質カーボン | M106D または硬質カーボン |

ステップ2：温度範囲の確認

• 180℃未満：樹脂含浸グレード（M106F/M106H/M106K）が使用可能でコスト効果が高い
• 180～400℃：金属含浸グレード（M106D）を使用必須。樹脂含浸は炭化し破損する
• 400℃超：M191T炭化グレードまたはカスタム高温グレードを選定

ステップ3：圧力およびPV値の確認

• 媒体圧力1.5MPa未満：アンバランスシールで問題なく、全グレード使用可能
• 媒体圧力1.5～5MPa：バランスシールが必要で、高強度グレード（M106K/M120K）を選定
• PV値の検証：PV = 面圧 × 面の線速度、材料の許容PVを超えないこと
• カーボングラファイト対SiC：許容PV 7～15 MPa·m/s
• カーボングラファイト対硬質合金：許容PV 5～10 MPa·m/s

ステップ4：回転速度と面材組合せの確認

• 3000 rpm未満：標準カーボングラファイト＋反応結合SiCの組合せ
• 3000～10000 rpm：高強度マトリックスグレード（M106K）を選び、面圧を下げる
• 硬質面の組合せ：SiC > 硬質合金 > アルミナ、媒体の腐食性とコストにより選定

4. 特殊用途選定推奨

4.1 食品・医薬品衛生グレード

• 媒体：飲料水、乳製品、医薬品溶液、アルコール
• 推奨：PTFE含浸カーボングラファイト、FDA準拠
• 注意：金属含浸グレードは金属イオン移行防止のため避けること

4.2 高摩耗粒子含有媒体

• 媒体：汚水、スラリー、パルプ
• 推奨：硬質カーボングレードまたはSiC対SiCの組合せを検討
• 注意：カーボングラファイトの軟らかい面は摩耗が早いため、高硬度グレードを選ぶか硬質対硬質の組合せに切り替えること

4.3 原子力一次ポンプシール

• 媒体：一次ループの高温高圧水
• 推奨：特殊高純度カーボングラファイトグレード、原子力規格準拠
• 注意：長期放射線安定性と低不純物放出が必要で、原子力仕様に従い選定すること

4.4 真空ポンプ乾式ガスシール

• 媒体：ガス（流体膜潤滑なし）
• 推奨：アンチモン含浸高強度グレード（M106D）＋乾式ガスシール構造
• 注意：乾式摩擦用途ではカーボングラファイトの自己潤滑性を活かし、金属含浸により荷重能力を向上させること

5. 調達における技術的検証ポイント

発注時には以下の確認を推奨します：

1.メーカーのデータシートに基づく接尾辞と含浸剤の対応（F/H/K/D）

2.含浸の種類および含浸後の多孔率（2%未満であること）

3.機械的特性報告書：硬度、圧縮強度、曲げ強度

4.材料特性試験報告書および証明書の有無

5.ロット間の安定性：同一供給元のロット間での性能変動は10%未満であること

6.図面やサンプルからのカスタム加工対応の有無

Huahao Sealing Co., Ltd.は、主流グレードのM106K、M120K、M106Hおよび特殊含浸のカスタマイズを提供しており、図面やサンプルからのカーボングラファイトシールリング、ブッシュ、分割リングのカスタム加工と、完全な材料特性試験報告書を取り扱っています。