膨張黒鉛（バーミキュラー黒鉛とも呼ばれる）は、物理的または化学的方法を用いて、天然のスケールを持つ黒鉛層間ナノカーボン材料に非炭素反応物をインターカレーションし、炭素六角形ネットワーク面と結合させながら黒鉛層構造を維持した結晶性化合物です。高温耐性、耐腐食性、中性子束、X線、ガンマ線長期照射に対する耐性など、黒鉛の優れた物理的・化学的特性を維持するだけでなく、低摩擦係数、良好な自己潤滑性、電気伝導性、熱伝導性、異方性など、優れた物理的・化学的特性も備えています。さらに、インターカレーションされた材料と黒鉛層との相互作用により、膨張黒鉛は、元の黒鉛やインターカレーションされた材料にはない新たな特性を示し、天然黒鉛の脆さや耐衝撃性を克服します。以下では、フルイテ黒鉛の編集者が、膨張黒鉛の工業的合成方法と用途について紹介します。
1. 産業界で一般的に用いられる合成方法
①化学酸化
利点：化学酸化は産業界で広く用いられ、確立された方法です。そのため、明らかな利点、成熟した技術、そして低コストという利点があります。
欠点：インターカレーション剤としては通常濃硫酸が用いられるため、大量の酸を消費する。製造工程ではSOxなどの有害ガスによる汚染が発生し、製品中の残留物が合成装置を腐食させる。
②電気化学的酸化
化学酸化と同様に、これは膨張黒鉛の一般的な工業的合成方法の一つである。
利点：強酸などの強力な酸化剤を添加する必要がなく、電流や電圧などのパラメータを調整することで反応を制御できます。合成装置はシンプルで、合成量が多く、電解液は汚染されず、再利用可能です。
欠点：合成生成物の安定性は他の方法に比べて劣り、より高度な装置が必要であり、製品の品質に影響を与える要因が多数存在する。周囲温度の上昇により、製品の膨張体積が大幅に減少する場合もある。さらに、水溶液中で高電流を流すと副反応が発生するため、一次化合物を得ることが困難である。
2. 主な生産企業と生産能力
我が国における膨張黒鉛製品の生産は、初期段階から100社以上のメーカーにまで成長し、年間生産量は約3万トンに達していますが、市場の集中度は低いのが現状です。また、ほとんどのメーカーは主に低価格帯のシール材を製造しており、自動車用シールや原子力航空照明への使用は稀です。しかし、国内技術の発展に伴い、高価格帯製品の割合は徐々に増加していくでしょう。
3．シーリング材の市場需要と予測
現在、膨張黒鉛は主に自動車用シール材として、シリンダーガスケット、吸排気ポートガスケットなどに使用されています。我が国では、膨張黒鉛シール材は主にシーリング充填材として使用されています。現在、低炭素含有量の膨張黒鉛が開発されており、これにより膨張黒鉛の製造コストを大幅に削減できるため、アスベストの大規模な代替が可能となり、需要が増加しています。一方、プラスチック、ゴム、金属のシール材を部分的に代替できれば、膨張黒鉛シール材の国内年間需要はさらに増加するでしょう。
自動車産業では、自動車のシリンダーヘッドガスケット、吸気ポートガスケット、排気ポートガスケットそれぞれに約2～10kgの膨張黒鉛が必要であり、自動車1万台あたり20～100トンの膨張黒鉛が必要となります。中国の自動車産業は急速な発展期に入っており、そのため、我が国の膨張黒鉛シール材の年間需要は依然として非常に客観的です。
投稿日時：2022年9月7日