바카라 양방 밀봉 특성과 전기 절연성을 갖춘 산업용 개스킷

에비나 다케오(주임 수석 연구원) 및 그의 그룹, 산업 기술 종합 연구소(AIST, 사장: 추바치 료지), 일본 Matex Co, Ltd(일본 Matex, 사장: 츠카모토 카츠로) 및 스미토모 세이카 소형 화학 시스템 연구 센터(이사: 하나오카 다카아키) Chemicals Co, Ltd(Sumitomo Seika, 사장: Yusuke Ueda)는 점토와 폴리이미드의 복합 필름과 팽창 흑연 시트를 교대로 적층하여 산업용 시트 가스켓을 개발했습니다(그림 1) 가스켓은 초저온부터 고온까지 바카라 양방 밀봉 성능을 자랑하며, 절연체이므로 플랜지 부식을 방지합니다

새로 개발된 개스킷의 통합 구조는 복합 필름이 확장된 그래픽 시트의 작은 공간을 채우는 구조로 금속을 사용하지 않고도 밀봉 특성을 크게 향상시킵니다 초저온(-196℃)에서 실링 성능은 기존에 가장 바카라 양방 실링 성능을 발휘한다고 여겨졌던 스테인레스 강판과 팽창흑연 다층 구조의 가스켓을 능가하며, 시트 가스켓 중 세계 최고 수준의 실링 성능을 발휘합니다 연구진은 새로운 다층 시트 가스켓의 제조 방법을 확립하고 가스켓의 밀봉 성능을 확인하기 위해 실험실 기반 누출 테스트를 수행했습니다 또한 가스켓의 바카라 양방 밀봉성과 내구성을 확인하기 위해 실제 공장에서 고온 증기배관을 이용한 성능평가도 진행하였습니다

개발된 개스킷은 지열발전소, 자동차 개스킷, 정유공장, 석유화학, 발전, 철강, 제지공장 등 다양한 산업 응용 분야에서 광범위한 온도 조건에서 배관용 밀봉재로 사용될 것으로 기대됩니다

결과는 2013년 7월 24일부터 26일까지 도쿄 빅사이트(도쿄 고토구)에서 개최되는 재생에너지 2013 전시회에서 발표될 예정입니다

그림 1 : 개발된 가스켓의 구조

많은 화학 산업의 공장에서는 배관 연결부 등에서 유체 및 가스 누출을 방지하기 위해 개스킷을 사용합니다 석면 개스킷은 한때 고온 지역에서 사용되었지만 석면 사용에 대한 엄격한 통제 및 규정으로 인해 팽창 흑연 제품과 같은 대안의 문이 열렸습니다 그러나 기존의 팽창흑연 제품은 흑연분말 손실, 번인(Burn-In), 밀봉 성능 저하 등의 문제를 안고 있다 고온 조건을 위한 또 다른 유형의 개스킷은 점토 광물인 질석과 시트 형태의 유기 화합물을 결합합니다 이러한 개스킷 유형은 만족스러운 밀봉을 제공하기에 충분한 밀도가 부족하다는 문제가 있습니다 따라서 광범위한 온도에서 제대로 기능할 수 있는 개스킷이 필요했습니다

2004년 AIST는 소량의 수지로 만들어지고 핀홀 없이 균일한 두께를 갖는 점토 필름인 "Claist®"를 개발했습니다 Claist는 유연하고 내열성이 있는 가스차단재입니다

팽창 흑연 개스킷 제품을 제조 및 판매한 Japan Matex는 팽창 흑연과 Claist의 복합재를 제안하고 FY2005에 AIST와 협력하여 제안에 대한 기초 바카라 양방를 시작했습니다 바카라 양방진은 이 결과를 바탕으로 Claist로 코팅된 새로운 팽창흑연 가스켓을 개발했다 이 개스킷은 원자력 발전소를 포함하여 일본 전역의 약 50개 현장에서 사용되었으며 석면이 전혀 없는 현장을 만드는 데 주도적인 역할을 했습니다 바카라 양방진은 제2회 모노즈쿠리 일본 대상(Monodzukuri Nippon Grand Award) 우수상을 수상했습니다 그들은 지속적으로 제조 기술을 개발하고 고온 조건에서 사용할 수 있는 밀봉 재료에 대한 제품 평가 테스트를 수행했습니다(2010년 9월 13일 AIST 보도 자료).

그러나 이러한 개스킷은 더 높은 밀봉 성능 수준에 도달하려면 금속 프레임을 장착하거나 금속 시트로 덮어야 했습니다 이로 인해 전기 절연이 이루어지지 않아 전기 부식으로 인해 가스켓과 플랜지에 녹이 발생하는 것을 방지했습니다 고기능성 소재 개발로 영역을 넓혀가던 스미토모 세이카는 AIST의 클레이 필름 기술에 주목해 공동 연구를 시작했다 점토와 플라스틱의 다양한 조합 중에서 본 연구 노력을 통해 기존 점토 필름에 비해 취급성이 크게 향상된 복합 필름을 발견했습니다 이 발견은 도쿄 이과대학 부교수 야마시타 다카시(Takashi Yamashita)의 폴리이미드에 대한 지식과 결합되어 취급이 더욱 향상되고 바카라 양방 필름 특성에 대한 더 깊은 이해와 원료 페이스트의 생산 공정 확립으로 이어졌습니다(2011년 8월 30일 AIST 보도 자료).

AIST, Japan Matex, Sumitomo Seika는 광범위한 온도 조건에서 응용이 가능하도록 복합 필름과 팽창 흑연 시트로 구성된 다층 구조의 전기 절연 개스킷을 개발하기 위해 협력했습니다

찰흙-폴리이미드 복합 필름과 팽창 흑연 시트를 적층할 때 충분한 접착력을 달성하는 것이 중요합니다 이를 위해 바카라 양방진은 다양한 후보물질 중에서 적합한 점토와 폴리이미드를 선택하고, 적절한 혼합비율과 혼합방식을 결정했다 또한 다층 공정 조건을 최적화하고 기타 조정을 수행하여 복합 필름이 팽창 흑연 시트를 관통하는 미세 구조를 갖는 대형(1m x 1m) 다층 시트를 제조했습니다 시트에 사용된 점토의 결정체는 편평하여 석면의 침상 결정체와 달리 인체의 안전에 위협이 되지 않습니다

다음으로 연구원들은 개스킷의 밀봉 특성 및 기타 기본 특성을 확인하기 위해 실험실 기반 평가 테스트를 수행했습니다 테스트에는 다층 시트 조각을 펀칭하고, 이 조각을 사용하여 개스킷 프로토타입을 만들고, 프로토타입의 성능을 평가하는 작업이 포함되었습니다 그 결과, 개스킷은 강도 및 압밀도 평가를 포함한 모든 테스트에서 바카라 양방 성능을 보인 것으로 나타났습니다 또한 가스켓은 -196℃ ~ 350℃ 온도 범위에서 높은 수준의 밀봉 성능을 보였으며, 기존 개발된 가스켓보다 누출이 30~50% 적었습니다 특히, 저온에서 가스켓은 기존의 클레이 필름 코팅 팽창흑연 제품과 적층형 스테인리스 팽창흑연 제품을 능가하는 바카라 양방 밀봉 성능을 발휘합니다(그림 2)

그림 2 : 다양한 개스킷의 밀봉 특성

개발된 다층 시트는 전기 절연성이 바카라 양방 소수성 점토를 사용하여 전기 절연성이 우수하고 플랜지의 전기 부식을 방지할 것으로 기대됩니다 지열 발전소의 생존 가능성을 평가하기 위해 황이 주입된 모의 산성 지열수를 사용한 부식 테스트에서 금속 시트를 사용하는 기존 가스켓은 플랜지 표면에 부식 징후가 나타난 반면, 새로 개발된 다층 가스켓을 사용하면 부식이 관찰되지 않은 것으로 나타났습니다

이러한 결과를 바탕으로 연구원들은 Sumitomo Seika의 Befu Works에 있는 공장의 고온 배관에 대해 새로 개발된 개스킷을 사용하여 검증 테스트를 수행했습니다 공장의 유체는 온도 200℃, 압력 25기압의 증기였다 개스킷은 2개월의 테스트 기간 동안 바카라 양방 밀봉 성능을 입증했으며, 제거 후 열화, 플랜지 표면의 번인 또는 녹의 징후가 나타나지 않았으며 높은 교환성을 나타냈습니다(그림 3)

그림 3 : 테스트가 수행된 파이프라인 위치(왼쪽)와 개스킷 제거 후 플랜지 표면(오른쪽) (스미토모 세이카 베후 공장에서)

바카라 양방원들은 개스킷의 광범위한 성능 평가를 수행하고, 장기 내구성을 평가하며, 대량 생산 기술을 확립하고, 6개월 이내에 Japan Matex에서 상용 제품을 출시하는 것을 목표로 하고 있습니다