- ▸カーボングラファイト製リングは短時間のドライランニングに耐えられ、典型的な乾摩擦係数は0.04〜0.15ですが、あくまで限定的であり、永久的な自己潤滑ではありません。
- ▸PV値（圧力×速度）が境界指標であり、樹脂含浸グラファイトは通常、ドライランニングのPVを1〜2 MPa·m/sクラスに制限し、2〜3倍の安全率が必要です。
- ▸自己潤滑はグラファイトの層状結晶構造に由来します。層間結合が弱いため、摩擦はグラファイト面内で起こり、接触する金属面上では起こりません。
- ▸実際の限界は温度です。液体冷却がない場合、摩擦熱は伝導のみで逃げ、温度上昇が熱亀裂や酸化摩耗を引き起こします。
- ▸断続的な潤滑（頻繁な始動停止）は連続ドライランよりもグラファイトリングに厳しいです。
- ▸長時間のドライランが予想される装置にはPTFE含浸またはアンチモン金属含浸グレードを使用すべきです。
メカニカルシールに関する最も頻繁な質問の一つであり、答えは二つの側面があります。カーボングラファイト製リングはドライラン可能ですが、それは「自己潤滑により可能」であり、「熱除去と摩耗の限界により時間制限がある」ということです。
I. 自己潤滑の由来
グラファイト結晶は層状構造で、炭素原子は各層内で強く結合していますが、層間は弱いファンデルワールス力で積み重なっています。滑りの際、せん断変形はグラファイト層間で起こり、グラファイトと接触面の間では起こりません。つまり、材料自身が低せん断強度の滑り面を提供しています。
また、グラファイトはほとんどの金属に弱く付着するため、滑り始めに薄いグラファイト転写膜が対向面に形成され、摩擦をさらに低減します。カーボングラファイトの典型的な乾摩擦係数は0.04〜0.15であり、熱伝導率は70〜150 W/(m·K)で摩擦熱を迅速に放散します。これらが短時間ドライランの物理的基盤です。
データを読むための2つの前提条件
1.含浸タイプが重要です。樹脂は孔を埋め、摩耗面の樹脂相はグラファイトより摩擦特性が劣るため、乾摩擦係数が上昇します。
2.対向面も重要です。シリコンカーバイドやカーボンとの組み合わせは良好ですが、粗い面やガリングしやすい金属は転写膜を保持しにくいです。
II. PV値：境界指標
ドライラン能力は単なる可否ではなく、PV値で表されます。これは面圧（MPa）と滑動速度（m/s）の積、すなわち単位面積・単位時間あたりの摩擦入力パワーです。
- 樹脂含浸カーボングラファイトは通常、1〜2 MPa·m/sクラスのドライランPVを許容します。
- 選定実務では、作動PVを限界の1/2〜1/3に抑え、2〜3倍の安全率を確保します。
- 限界を超えた場合、即座に亀裂が入るのではなく、まず面温度が上昇します。温度上昇によりグラファイトの酸化摩耗が加速し、表面粗さが悪化し、摩擦係数がさらに上昇する悪循環に陥ります。
API 682のフラッシュプラン要件は、シール室内の十分な潤滑と冷却を保証し、ドライランリスクを回避するために存在します。
III. ドライ摩擦の時間的限界
普遍的な定数はなく、限界は以下の3つの変数に依存します：初期PVが限界値からどれだけ余裕があるか、軸スリーブを通じた熱伝導の良さ、周囲温度。
- 低PV運転（低速攪拌軸シール）：グラファイトは数十分から数時間のドライに耐えられます。
- 中〜高PV運転（遠心ポンプ）：許容されるドライランは通常数分で、始動停止の過渡的状況や液体の一時的喪失時に限られます。
- いかなる運転でも、面の鳴き音、面温度200℃超、シール室からの煙があれば直ちに停止してください。
装置設計での「ドライラン可能」は「短時間ドライラン可能」と読み替えるべきです。ポンプ選定や配管は長時間のデッドヘッドを避けるべきであり、液体潤滑が真に得られない場合（例：食品・医薬品装置のCIP洗浄時）にはPTFE含浸ドライラン用グレードを指定してください。
IV. ドライランを期待すべきでない場合
1.圧力×速度が材料のPV限界に近づく運転条件
2.低沸点媒体で、フェースでのフラッシングや液膜喪失が起こりやすい場合
3.頻繁な始動停止運転—始動ごとにドライ摩擦ショックが加わり、連続ドライランよりも損傷が早く蓄積します
Huahao Sealingはカスタム加工を提供し、実際のPV値と必要なドライラン時間に基づき、樹脂、PTFE、または金属含浸を推奨します。ドライラン能力は試行錯誤ではなく計算により決定されます。まずPVを算出し、安全率を確認した上でグレードを選定してください。