独立行政机构国立产业技术综合研究所[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）紧凑化学系统研究中心[研究中心主任花冈贵正]首席研究员海老名武夫等研究小组、日本Matex株式会社[代表董事冢本胜郎]（以下简称“日本Matex”）、住友精化株式会社[社长上田佑介]（以下简称“住友精化”）粘土和聚酰亚胺由以下部分组成复合膜和膨胀石墨由交替层制成的工业板材垫片（图1）。该垫片从极低温到高温都具有优异的密封性能，并且具有电绝缘性。法兰不太可能被腐蚀。
在新开发的垫片中，复合膜渗透到膨胀石墨片的细小间隙中，形成一体结构，无需使用金属即可显着提高密封性能。极低温度（-196°C）下的密封性能是有史以来最好的。不锈钢膨胀石墨多层结构超越垫片，是世界最高水平的片状垫片。这次，我们建立了多层片状垫片的制造方法，并通过室内泄漏测试确认了高密封性能。我们还在实际工厂的高温蒸汽管道上使用它们进行了性能评估，并确认了高密封性能和耐用性。
预计将在许多工业领域用作宽范围温度条件下管道部件的密封剂，包括地热发电厂、车辆垫片、炼油、石化、电力、钢铁制造和造纸厂。
详细结果将于 2013 年 7 月 24 日至 26 日在东京有明国际展览中心（东京江东区）举行的第八届可再生能源世界展览会上公布。
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| 图1 所开发垫片的结构 |
在许多化学工业中，垫圈用于防止工厂管道连接处的液体和气体泄漏。传统上，用于高温部件的垫片石棉该产品已被广泛使用，但石棉受到严格管制，已开始使用膨胀石墨产品作为替代品。但一般膨胀石墨制品存在掉粉、卡死、密封性能差等问题。另外，作为可以在高温下使用的垫片蛭石的粘土矿物，它是通过添加有机物并将其形成片状而制成的，但由于其密度不够，因此存在密封性能差的问题。因此，需要开发一种可在较宽温度范围内使用的垫片。
2004年，AIST以粘土晶体为主要原料，添加少量树脂。针孔厚度均匀，无粘土薄膜“Clayst®”CREST是一种具有柔性且耐热性优异的气体阻隔膜。
日本Matex生产和销售膨胀石墨垫片产品已有一段时间，但我们提出了膨胀石墨产品和Claest的组合，并于2005年开始与AIST合作进行基础研究。基于这些成果，我们开发了一种新的涂有 Kraest 的膨胀石墨垫片产品，该产品已在日本约 50 个商业场所使用，其中包括核电站。这些产品的引入促进了无石棉商业场所的创建，并获得了第二届日本制造优秀奖。此后，我们继续开发可在更高温度条件下使用的密封材料的制造技术，并进行产品评估测试。2010 年 9 月 13 日 AIST 新闻稿）。
10807_10891电腐蚀引起的生锈问题
住友精化专注于AIST的粘土膜技术，并开始共同研究开发高功能材料。从粘土和塑料的各种组合中，我们发现了一种比以前更容易处理的复合薄膜，并将其与东京理科大学山下舜副教授的聚酰亚胺知识相结合，我们进一步提高了可处理性，确定了薄膜的优越性能，并建立了原料浆料的生产工艺（2011 年 8 月 30 日 AIST 新闻稿）。
这次，三方致力于通过层压多层复合膜和膨胀石墨片来开发一种可在较宽温度范围内使用的电绝缘垫片。
当将由粘土和聚酰亚胺制成的复合膜与膨胀石墨片层压时，获得足够的粘合力很重要。因此，我们从各种候选材料中选择了合适的粘土和聚酰亚胺，并确定了它们的混合比例和混合方法。此外，通过优化多层工艺条件，他们成功制造了1 m x 1 m的大尺寸多层片材，其具有复合膜穿透膨胀石墨片材的精细结构。请注意，这里使用的粘土晶体具有平板形状，对人体无害，不像石棉具有针状晶体。
接下来，我们进行了室内评估测试，以确认密封性能等作为垫片的基本性能。当冲切出所得多层片材并制作原型垫片并进行评估时，在所有各种测试（例如强度和压缩性）中都获得了良好的评估结果。此外，已证实其在-196℃至350℃的宽温度范围内表现出高密封性能。与之前开发的垫片相比，泄漏量减少了30%至50%。特别是在低温范围内，它比迄今为止开发的膨胀石墨粘土薄膜涂层产品和不锈钢膨胀石墨层压产品表现出更好的密封性能（图2）。
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| 图2各种垫片密封性能对比 |
新开发的多层板采用具有优异绝缘性能的疏水性粘土，因此有望表现出高电绝缘性能，并防止因电解腐蚀而导致法兰腐蚀。当我们使用含硫的模拟酸性地热水进行腐蚀实验时，预计将在地热发电厂使用，我们发现，虽然使用金属板的传统垫片会在法兰表面发生腐蚀，但新开发的多层垫片却没有观察到腐蚀。
基于以上结果，我们在住友精化别府工厂的实际工厂的高温配管部分对新开发的垫片进行了验证试验。使用的流体为温度200℃、压力25atm的水蒸气，但在两个月的测试期间表现出优异的密封性能，即使在拆除后，垫片也没有劣化，法兰表面没有咬合，也没有生锈，表现出很高的可更换性（图3）。
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图3 实际工厂示范试验位置及去皮后外观
（住友精化别府工厂） |
我们将进行更广泛的性能评估测试和长期耐久性评估，同时建立该产品的量产技术，目标是在六个月内将其从日本Matex商业化。