CN105339432A - 树脂组合物和密封部件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种树脂组合物,其包含100重量份聚亚苯基硫、2-15重量份碳纤维和5-25重量份聚四氟乙烯粉末,以及通过成型该组合物而获得的密封部件。
Description
技术领域
本发明涉及一种树脂组合物以及由其获得的密封部件。
背景技术
作为从树脂组合物获得的密封部件,推荐了比如通过切割氟树脂比如聚四氟乙烯等而形成的U型密封圈和密封环(专利文献1)、通过注射成型以聚醚醚酮树脂和无定形碳粉末作为主要组分而形成的密封环(专利文献2)、由包含液晶聚合物、氟树脂和拉伸弹性模量为10000kgf/mm2以下的碳纤维的滑动性组合物形成的片状密封件(专利文献3)等等。而且,已知由包含聚亚苯基硫、聚酰亚胺或液晶聚合物作为基材的合成树脂形成的片状密封件用于涡旋式压缩机(专利文献4)。
专利文献
专利文献1:JP-A-2010-209925
专利文献2:JP-A-11-343480
专利文献3:JP-A-6-25645
专利文献4:JP-A-2000-213477。
发明内容
密封部件的抗磨性有时通过添加碳纤维等提高其刚性来改善。但是,这会导致刚性过于高的密封部件出现泄露量增加问题。该问题被认为是刚性过于高的密封部件在响应密封装置操作期间所施加的压力时变形困难所致,其转而会降低与密封装置的粘附性。当降低刚性来应对泄露(即提高柔韧性)时,密封部件的抗磨性会降低。
本发明是在注意到前述状况而完成的,旨在提供一种刚性不太强且抗磨性优异的密封部件。
本发明的发明人为了实现前述目的进行了深入的研究,发现柔韧性和抗磨性的平衡优异的密封部件可以由通过向聚亚苯基硫(以下有时简称为PPS)添加特定量的碳纤维和聚四氟乙烯(以下有时简称为PTFE)粉末所获得的树脂组合物而制造,由此完成本发明。基于这种发现的本发明如下所述。
【1】一种树脂组合物,包含100重量份聚亚苯基硫、2-15重量份碳纤维和5-25重量份聚四氟乙烯粉末。
【2】前述【1】的树脂组合物,其中所述聚亚苯基硫的熔体流动速率为15-500g/10min。
【3】前述【1】的树脂组合物,其中所述聚亚苯基硫的熔体流动速率是30-300g/10min。
【4】前述【1】至【3】任一项的树脂组合物,其中所述碳纤维是沥青基碳纤维。
【5】前述【1】至【4】任一项的树脂组合物,其中所述碳纤维的平均纤维长度是0.1-2.0mm。
【6】前述【1】至【5】任一项的树脂组合物,其中所述碳纤维的长径比为10-200。
【7】前述【1】至【5】任一项的树脂组合物,其中所述碳纤维的长径比为25-130。
【8】前述【1】至【7】任一项的树脂组合物,其中相对于每100重量份聚亚苯基硫,所述碳纤维的含量是3-13重量份。
【9】前述【1】至【7】任一项的树脂组合物,其中相对于每100重量份聚亚苯基硫,所述碳纤维的含量是5-12重量份。
【10】前述【1】至【9】任一项的树脂组合物,其中所述聚四氟乙烯粉末的平均粒度为0.01-650微米。
【11】前述【1】至【9】任一项的树脂组合物,其中所述聚四氟乙烯粉末的平均粒度为0.05-200微米。
【12】前述【1】至【9】任一项的树脂组合物,其中所述聚四氟乙烯粉末的平均粒度为1-100微米。
【13】前述【1】至【9】任一项的树脂组合物,其中所述聚四氟乙烯粉末的平均粒度为3-30微米。
【14】前述【1】至【13】任一项的树脂组合物,其中相对于每100重量份聚亚苯基硫,所述聚四氟乙烯粉末的含量是8-20重量份。
【15】前述【1】至【13】任一项的树脂组合物,其中相对于每100重量份聚亚苯基硫,所述聚四氟乙烯粉末的含量是8-18重量份。
【16】前述【1】至【15】任一项的树脂组合物,进一步包含石墨粉末。
【17】前述【16】的树脂组合物,其中所述石墨是人造石墨。
【18】前述【16】的树脂组合物,其中所述石墨是人造鳞片石墨或人造片状石墨。
【19】前述【16】的树脂组合物,其中所述石墨是人造片状石墨。
【20】前述【16】至【19】任一项的树脂组合物,其中所述石墨粉末的平均粒度为1-250微米。
【21】前述【16】至【19】任一项的树脂组合物,其中所述石墨粉末的平均粒度为3-100微米。
【22】前述【16】至【19】任一项的树脂组合物,其中所述石墨粉末的平均粒度为5-50微米。
【23】前述【16】至【22】任一项的树脂组合物,其中相对于每100重量份聚亚苯基硫,所述石墨粉末的含量是2-10重量份。
【24】前述【16】至【22】任一项的树脂组合物,其中相对于每100重量份聚亚苯基硫,所述石墨粉末的含量是2-5重量份。
【25】前述【1】至【24】任一项的树脂组合物,进一步包含弹性体。
【26】前述【25】的树脂组合物,其中所述弹性体是热塑性弹性体。
【27】前述【25】的树脂组合物,其中所述弹性体是聚烯烃基热塑性弹性体。
【28】前述【25】至【27】任一项的树脂组合物,其中相对于每100重量份聚亚苯基硫,所述弹性体的含量是10-40重量份。
【29】前述【25】至【27】任一项的树脂组合物,其中相对于每100重量份聚亚苯基硫,所述弹性体的含量是20-30重量份。
【30】一种密封部件,通过成型前述【1】至【29】任一项的树脂组合物而获得。
【31】前述【30】的密封部件,其弯曲模量小于4000MPa。
【32】前述【30】或【31】的密封部件,是密封环。
【33】前述【32】的密封部件,其中所述密封环是方形环或U型密封圈。
【34】前述【32】或【33】的密封部件,其中所述密封环用于空调用涡旋式压缩机。
【35】前述【30】或【31】的密封部件,是防尘密封件。
技术效果
本发明的树脂组合物可以制造出刚性不过于高且抗磨性优异的密封部件。而且,本发明的树脂组合物可进行熔融加工比如注射成型等,并且大规模生产性和生产成本优异。
具体实施方式
本发明的树脂组合物包含聚亚苯基硫(PPS)。可以仅使用一种PPS,也可以两种或多种PPS组合使用。
PPS的熔体流动速率(以下有时简称为MFR)优选15-500g/10min,更优选30-300g/10min。当MFR不小于15g/10min时,可以确保树脂在注射成型过程中在金属模具中的平顺流动,并且当不超过500g/10min时,可以抑制金属模具中过量毛刺的产生。MFR可以按照JISK7210:1999进行测量。
可以使用市售产品作为PPS。市售产品的实例包括FZ-2100(DIC公司)、TORELINAA-900(TorayIndustries,Inc.)、0220A9(POLYPLASTICSCO.,LTD.)等等。
本发明的树脂组合物相对于每100重量份PPS包含2-15重量份碳纤维。在本发明中,每种组分(碳纤维等)的重量份数值是相对于100重量份PPS的数值。碳纤维的含量优选3-13重量份,更优选5-12重量份。可以仅使用一种碳纤维,也可以两种或多种碳纤维组合使用。
碳纤维用于提高密封部件的刚性和增强其抗磨性。在密封部件领域,大量碳纤维被用于制造需要显示出高抗磨性的密封部件。但是,本发明的发明人通过深入的研究发现,通过向聚亚苯基硫中添加大量碳纤维而获得的密封部件显示改善的刚性但却出人意料地显示出差的抗磨性。在本发明中,因此碳纤维的量被限定为前述范围,并且除了碳纤维之外还使用PTFE粉末,由此赋予密封部件以一定程度的柔韧性并且改善抗磨性。
作为所述碳纤维,比如可以使用常规已知的各种碳纤维比如沥青基碳纤维、PAN(聚丙烯腈)基碳纤维、人造丝基碳纤维等。其中,沥青基碳纤维是优选的,并且更优选石墨化沥青基碳纤维。沥青基碳纤维比如通过在2000-3000℃下在不活泼气体下的热处理进行石墨化。
碳纤维的平均纤维长度优选0.1-2.0mm。当平均纤维长度不小于0.1mm时,可以赋予密封部件以良好的抗磨性,并且当不超过2.0mm时,混炼过程中树脂组合物的进料特性会改善。
碳纤维的长径比(=纤维长度/纤维直径)优选10-200,更优选25-130。
碳纤维的平均纤维长度和长径比可以通过碳纤维领域常规采用的图像分析方法进行测量。
作为所述碳纤维,可以使用市售产品。所述市售产品的实例包括S-242和S-247(OsakaGasChemicalsCo.,Ltd.)、K223QM和K6371M(MitsubishiPlastics,Inc.)等等。
本发明的树脂组合物包含5-25重量份PTFE粉末,相对于每100重量份PPS。PTFE粉末的含量优选8-20重量份,更优选8-18重量份。可以仅使用一种PTFE粉末,也可以两种或多种PTFE粉末组合使用。
使用所述PTFE粉末,降低了从树脂组合物获得的密封部件的磨耗系数,并且可以改善其抗磨性。因为磨耗系数降低,可以抑制密封部件在滑动过程中的摩擦热。摩擦热的抑制被认为也有助于改善抗磨性。
从在树脂组合物中的分散性的角度出发,所述PTFE粉末的平均粒度优选0.01-650微米,更优选0.05-200微米,进一步优选1-100微米,特别优选3-30微米。所述平均粒度按照JISZ8825-1:2001通过激光衍射法测量。
作为所述PTFE粉末,通过直接聚合方法、热分解方法、辐解方法等针对固体润滑剂制造的那类是赋予良好分散性所优选的。所述PTFE粉末的BET比表面积优选1.3-8.2m2/g。虽然所述PTFE粉末可能是非改性产品和改性产品中的任意一种,优选非改性PTFE粉末。所述非改性PTFE粉末的表面能优选170-195微牛/厘米。表面能通过基于液滴接触角测量的固定液滴法测量。
作为所述PTFE粉末,可以使用市售产品。所述市售产品的实例包括FluonL169E、FluonL169J和FluonL173J(ASAHIGLASSCO.,LTD.)等等。
本发明的树脂组合物可以进一步含有石墨粉末。可以仅使用一种石墨粉末,也可以两种或多种石墨粉末组合使用。使用石墨粉末,降低了由树脂组合物获得的密封部件的摩擦系数,并且可以改善其抗磨性。
石墨是由碳构成的自然元素,具有六方晶系或六角形片状晶体结构,并且在一个方向完全解理。作为所述石墨粉末,可以使用天然或人造鳞片石墨、片状石墨、土状石墨等。从质量稳定性的角度优选人造石墨,从密封部件润滑性的角度更优选人造鳞片或片状石墨,并且进一步优选人造片状石墨。
石墨粉末的平均粒度优选1-250微米,更优选3-100微米,进一步优选5-50微米。所述平均粒度按照JISZ8825-1:2001通过激光衍射法测量。
石墨粉末的莫氏硬度优选1-2。当莫氏硬度小于1,通过添加石墨而赋予的抗磨性改善效果很难获得,并且当超过2时,待密封部件(特别是软材料比如铝等)可能会因为施加压力而损坏。
当使用石墨粉末时,其在树脂组合物中的含量相对于每100重量份PPS优选2-10重量份,更优选2-5重量份。当该含量不小于2重量份时,可以赋予密封部件以良好的抗磨性,并且当其不超过10重量份时,树脂组合物在混炼过程中的进料特性会变好。
作为所述石墨粉末,可以使用市售产品。所述市售产品的实例包括TOKUCP、CB-150和UP-35N(NipponGraphiteIndustries,Co.,Ltd.)等等。
本发明的树脂组合物可以进一步含有弹性体。可以仅使用一种弹性体,也可以两种或多种弹性体组合使用。使用弹性体,由树脂组合物制造的密封部件的柔韧性可以得到改善。
为了确保树脂组合物的可成型性,所述弹性体优选热塑性弹性体(以下有时简称为TPE)。所述TPE的实例包括聚苯乙烯基TPE、苯乙烯-丁二烯(SB)基TPE、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)基TPE、聚氯乙烯基TPE、聚烯烃基TPE、聚氨酯基TPE、聚酯基TPE、聚酰胺基TPE、低结晶1,2-聚丁二烯基TPE、氯化聚合物基TPE、氟化TPE、离子交联TPE等等。其中,特别优选聚烯烃基TPE。
在使用弹性体时,其在树脂组合物中的含量相对于每100重量份PPS优选10-40重量份,更优选20-30重量份。当所述含量不小于10重量份时,可以赋予由树脂组合物制造的密封部件以柔韧性。当其不超过40重量份时,可以赋予柔韧性而不损害密封部件的许多优点比如耐热性和机械性能。
本发明的树脂组合物可以含有其他添加剂,只要本发明的所述效果不被损害即可。所述其他添加剂的实例包括PTFE粉末以外的氟树脂粉末、交联橡胶粉末、玻璃纤维、陶瓷纤维、金属纤维、颜料、填料等等。
本发明的树脂组合物可以通过混合和混炼PPS、碳纤维和PTFE粉末,和根据需要,石墨粉末、弹性体和其他添加剂而制造。对混合和混炼没有特别的限定,可以使用相关领域已知的方法。为了混合和混炼,可以使用比如辊、混炼机、班伯里密炼机、转鼓混合机、双螺杆挤出机等等。本发明的树脂组合物优选通过在转鼓混合机中干混各个组分然后在双螺杆挤出机等中加热和熔融混炼所述混合物而制造,如以下实施例所示。加热和熔融混炼的温度一般大约290-340℃,优选300-320℃,并且其时间一般大约1分钟至10分钟。
本发明的树脂组合物可以熔融加工,并且可以通过熔融加工比如注射成型、浇铸等进行成型。从大规模生产性的角度,优选注射成型。在注射成型中,使用形状相应于密封部件的金属模具,加热熔融的树脂组合物填充到所述金属模具中并且凝固或固化。注射成型的温度一般大约290-340℃,优选300-320℃,并且所述金属模具的温度一般大约100-160℃,优选120-150℃,并且凝固或固化时间一般大约10秒钟至1分钟。没有相应于其形状的金属模具的密封部件可以通过比如成型由本发明的树脂组合物制成的棒材并且切割该棒材而获得。
本发明也提供了一种通过成型前述树脂组合物而获得的密封部件。本发明的密封部件具有一定程度的柔韧性,并且可以防止从密封装置的泄露。本发明中的弯曲模量优选小于4000MPa,更优选小于3900MPa,进一步优选小于3800MPa。所述弯曲模量按照ASTMD790:2002进行测量。
本发明的密封部件的实例包括防尘密封件、密封环等等。所述防尘密封件的实例包括通过防止灰尘从外界入侵而保护填料和轴承的防尘圈,等等。
所述密封环的实例包括方形环、U型密封圈等等。
所述方形环是具有矩形横截面形状和通常称为对接缝(abutment)的切断部分的环状密封件。
所述U型密封圈是具有U形横截面形状的环状密封件。当U型密封圈与安装在沟槽中的弹簧共用时,以防止该弹簧脱落,该U形沟槽的两个顶端中的至少一个朝向所述沟槽内部并且沿着所述密封环的圆周方向具有伸出部分。为了使该弹簧在U型密封圈使用过程中更难脱落,所述伸出部分优选在所述U型密封圈的整个圆周上形成于两个顶端。为了改善密封功能,优选在U形沟槽的两个顶端上形成唇部,该唇部向着所述沟槽的外部并且沿着所述U型密封圈的圆周方向延伸。
本发明的密封环优选用于空调用涡旋式压缩机。
实施例
以下通过参考实施例对本发明进行更为详细的说明,但本发明并不限于这些实施例。显然可以通过适当改变来实施本发明而不脱离本发明的前述和下述的主旨,并且这些改变均被包含在本发明的技术涵盖范围之内。
1.起始材料
实施例和比较例中使用的起始材料如下所示。
(1)聚亚苯基硫(PPS)
TORELINAA-900(TorayIndustries,Inc.制造),MFR:35g/10min。
(2)碳纤维
S-242(OsakaGasChemicalsCo.,Ltd.制造),沥青基碳纤维,平均纤维长度:0.37mm,长径比:28。
S-247(OsakaGasChemicalsCo.,Ltd.制造),沥青基碳纤维,平均纤维长度:1.7mm,长径比:130。
(3)聚四氟乙烯(PTFE)粉末
FluonL169E(ASAHIGLASSCO.,LTD.制造),平均粒度:17微米,BET比表面积:2m2/g。
(4)石墨粉末
TOKUCP(NipponGraphiteIndustries,Co.,Ltd.制造),人造鳞片石墨,平均粒度15微米。
(5)弹性体
含有缩水甘油基的烯烃基共聚物,由2.5wt%甲基丙烯酸缩水甘油酯、60wt%丙烯酸甲酯和37.5wt%乙烯制成。
2.树脂组合物的制造
实施例和比较例的树脂组合物的组成如下表1和表2所示。称量表中的每个组分、在转鼓混合机中干混、然后通过双螺杆挤出机在300-320℃下挤出造粒来制造每一个树脂组合物。
将前述各树脂组合物(颗粒)加入注射成型机中,加热熔融,注射到规定的各种金属模具中,然后冷却成所需要的形状。
3.评价
所获得的树脂组合物在以下条件下进行注射成型:机筒280-310℃,头部320℃,金属模具温度150℃,来制造待用于如下测试的测试试样(ASTMD638:1995,ASTMD790:2002,销盘式磨耗测试)。这些测试试样的拉伸特性、弯曲特性和抗磨性通过下述方法进行评价。结果示于以下表1和表2中。
(1)拉伸特性
拉伸测试按照ASTMD638:1995进行,并测量拉伸特性(拉伸强度和拉伸断裂应变)。拉伸断裂应变不小于5%被评价为拉伸特性优异。
(2)弯曲特性
弯曲测试按照ASTMD790:2002进行,并且测量弯曲特性(弯曲模量和弯曲强度)作为柔韧性指标。弯曲模量小于4000MPa被评价为柔韧性优异。
(3)抗磨性
使用盘(S45C钢板,JISB0601测量表面粗糙度Ra=0.8),在以下条件下进行销盘式磨耗测试,包括磨耗测试试样(直径5mmx长度12mm的圆柱):空气气氛、气氛温度120℃和盘旋转速度3m/s,并且测量耐久时间作为抗磨性指标。
具体而言,所述测试试样(圆柱)的圆形表面被盘首先在磨耗压力2MPa下磨耗3小时,然后3MPa下3小时,并且最终在4MPa下3小时。当所述测试试样的磨耗量达到0.7mm时,结束测试,并且将其时间记为耐久时间。当所述测试试样的磨耗量即使在9小时的盘磨耗测试结束之后依然没有达到0.7mm(即,耐久时间为9小时)时,该测试试样被评价为抗磨性优异。
该测试试样通过切割注射成型为相当大尺寸的测试试样来制造。
。
。
在使用满足本发明要求的组合物的实施例1-8中,测试试样(成型制品)的柔韧性和抗磨性的平衡优异,并且弯曲模量小于4000MPa,耐久时间达9小时。
另一方面,在没有使用碳纤维和PTFE粉末的比较例1中,和没有使用碳纤维的比较例3和5中,测试试样确保了一定程度的柔韧性并且弯曲模量小于4000MPa。但是,其抗磨性较差。
在过量使用碳纤维的比较例2和4中,以及没有使用碳纤维但使用石墨的比较例6中,测试试样的刚性(弯曲模量)高。这些测试试样具有高的刚性,但是抗磨性较差。
工业实用性
本发明的树脂组合物可以制造出刚性不过于高并且抗磨性优异的密封部件。本发明的密封部件可以用作密封环(尤其是空调用涡旋式压缩机所使用的密封环)、防尘密封件等等。
本申请基于日本提交的专利申请No.2013-139166,其内容在此全部引入。
Claims (9)
1.一种树脂组合物,包含100重量份聚亚苯基硫、2-15重量份碳纤维和5-25重量份聚四氟乙烯粉末。
2.权利要求1所述的树脂组合物,进一步包含石墨粉末。
3.权利要求1或2所述的树脂组合物,进一步包含弹性体。
4.一种密封部件,通过成型权利要求1至3任一项所述的树脂组合物而获得。
5.权利要求4所述的密封部件,其弯曲模量小于4000MPa。
6.权利要求4或5所述的密封部件,是密封环。
7.权利要求6所述的密封部件,其中所述密封环是方形环或U型密封圈。
8.权利要求6或7所述的密封部件,其中所述密封环用于空调用涡旋式压缩机。
9.权利要求4或5所述的密封部件,是防尘密封件。
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