JP2667247B2 - 内燃機関部品並びに補機部品 - Google Patents
内燃機関部品並びに補機部品Info
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- JP2667247B2 JP2667247B2 JP1090830A JP9083089A JP2667247B2 JP 2667247 B2 JP2667247 B2 JP 2667247B2 JP 1090830 A JP1090830 A JP 1090830A JP 9083089 A JP9083089 A JP 9083089A JP 2667247 B2 JP2667247 B2 JP 2667247B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、繊維強化樹脂製内燃機関部品並びに補機
部品、特に遠心圧縮機に用いられるインペラや動力伝達
用歯車等に関する。
部品、特に遠心圧縮機に用いられるインペラや動力伝達
用歯車等に関する。
従来の繊維強化樹脂製インペラとしては、例えば特公
昭52−48684号、特開昭57−135132号、特開昭57−11910
5号、特開昭59−18296号、特開昭61−283797号公報に記
載されているものがあるが、これらのインペラを構成す
る樹脂材料は、炭素繊維を樹脂の補強材として用いるこ
とを特徴としている。特に、特開昭57−119105号公報に
は、耐熱性のある熱可塑性樹脂又は、熱硬化性樹脂をマ
トリクス樹脂として用いた炭素繊維強化樹脂が、インペ
ラに用いられることが記載されている。
昭52−48684号、特開昭57−135132号、特開昭57−11910
5号、特開昭59−18296号、特開昭61−283797号公報に記
載されているものがあるが、これらのインペラを構成す
る樹脂材料は、炭素繊維を樹脂の補強材として用いるこ
とを特徴としている。特に、特開昭57−119105号公報に
は、耐熱性のある熱可塑性樹脂又は、熱硬化性樹脂をマ
トリクス樹脂として用いた炭素繊維強化樹脂が、インペ
ラに用いられることが記載されている。
しかしながら、遠心圧縮機インペラの使用条件は−50
℃から200℃（常用使用時最高温度として165℃）最大回
転数が13×104rpmになり、しかも最大回転時に発生する
応力は現行品（アルミニウム合金製、外径約60mm）で約
20kg/mm2、翼の付け根部で約10kg/mm2にもなる。これを
比重の小さい繊維強化樹脂を用いることにより、回転時
の最大応力を約1/2程度に低下させることが出来る。こ
のように、現行の使用条件から、耐熱性、強度（引張
り、曲げ、圧縮）、弾性率（引張り、曲げ）、耐久疲労
性（引張り、曲げ）、クリープ特性（引張り、圧縮）等
を加味して材料を選定すると、特開昭57−119105号公報
に開示される熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂が、そのま
まインペラに使用出来るわけではない。
℃から200℃（常用使用時最高温度として165℃）最大回
転数が13×104rpmになり、しかも最大回転時に発生する
応力は現行品（アルミニウム合金製、外径約60mm）で約
20kg/mm2、翼の付け根部で約10kg/mm2にもなる。これを
比重の小さい繊維強化樹脂を用いることにより、回転時
の最大応力を約1/2程度に低下させることが出来る。こ
のように、現行の使用条件から、耐熱性、強度（引張
り、曲げ、圧縮）、弾性率（引張り、曲げ）、耐久疲労
性（引張り、曲げ）、クリープ特性（引張り、圧縮）等
を加味して材料を選定すると、特開昭57−119105号公報
に開示される熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂が、そのま
まインペラに使用出来るわけではない。
これらの条件を満足する繊維強化樹脂組成物として
は、ポリエーテルスルホン（PES）、ポリエーテルイミ
ド（PEI）、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、ポ
リエーテルケトン（PEK）、ポリエーテルケトンケトン
（PEKK）、ポリケトンサルファイド（PKS）、ポリアリ
ルエーテルケトン（PAEK）、芳香族ポリアミド（PA）、
ポリアミドイミド（PAI）、ポリイミド（PI）等の耐熱
性樹脂と、炭素繊維、ガラス繊維、ウイスカ等とを複合
化した組成物が考えられる。
は、ポリエーテルスルホン（PES）、ポリエーテルイミ
ド（PEI）、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、ポ
リエーテルケトン（PEK）、ポリエーテルケトンケトン
（PEKK）、ポリケトンサルファイド（PKS）、ポリアリ
ルエーテルケトン（PAEK）、芳香族ポリアミド（PA）、
ポリアミドイミド（PAI）、ポリイミド（PI）等の耐熱
性樹脂と、炭素繊維、ガラス繊維、ウイスカ等とを複合
化した組成物が考えられる。
しかし、上述した樹脂は溶融温度が高いので、成形時
の樹脂溶融温度を350℃から430℃とかなり高温にして成
形する必要がある。また、現在市販されている樹脂強化
用炭素繊維は、その収束剤として熱可塑性樹脂用として
のポリアミド系樹脂（分解温度280℃）、熱硬化性樹脂
用としてのエポキシ系樹脂（分解温度300℃）が主とし
て用いられており、前述の成形時の樹脂溶融温度（350
℃から430℃）ではそれら収束剤が分解しやすく、炭素
繊維とマトリクス樹脂との濡れ不足による界面強度の低
下が起こり、また強度のバラツキも生じやすく、繊維強
化樹脂製遠心圧縮機のインペラ用材料として用いる場合
には、炭素繊維での補強効果が有効に生かされず強度が
低いという問題点があった。さらに、炭素繊維とマトリ
クス樹脂との濡れ性を最大限に引き出した場合の組み合
わせによるマトリクス樹脂では、ガラス転移温度が低
く、常用使用時最高温度の165℃での使用では剛性不足
であるという問題点もあった。
の樹脂溶融温度を350℃から430℃とかなり高温にして成
形する必要がある。また、現在市販されている樹脂強化
用炭素繊維は、その収束剤として熱可塑性樹脂用として
のポリアミド系樹脂（分解温度280℃）、熱硬化性樹脂
用としてのエポキシ系樹脂（分解温度300℃）が主とし
て用いられており、前述の成形時の樹脂溶融温度（350
℃から430℃）ではそれら収束剤が分解しやすく、炭素
繊維とマトリクス樹脂との濡れ不足による界面強度の低
下が起こり、また強度のバラツキも生じやすく、繊維強
化樹脂製遠心圧縮機のインペラ用材料として用いる場合
には、炭素繊維での補強効果が有効に生かされず強度が
低いという問題点があった。さらに、炭素繊維とマトリ
クス樹脂との濡れ性を最大限に引き出した場合の組み合
わせによるマトリクス樹脂では、ガラス転移温度が低
く、常用使用時最高温度の165℃での使用では剛性不足
であるという問題点もあった。
本発明の目的は、耐熱性が高く、高温領域において
も、強度、剛性の低下の少ない繊維強化樹脂性内燃機関
部品並びに補機部品を提供することにある。
も、強度、剛性の低下の少ない繊維強化樹脂性内燃機関
部品並びに補機部品を提供することにある。
本発明者らは前記目的を達成するために種々検討した
結果、特定の繊維補強樹脂を用いることによって、優れ
た内燃機関部品並びに補助部品が得られることを見出
し、本発明を完成するにいたった。
結果、特定の繊維補強樹脂を用いることによって、優れ
た内燃機関部品並びに補助部品が得られることを見出
し、本発明を完成するにいたった。
すなわち本発明は、繊維強化樹脂からなる内燃機関部
品並びに補機部品において、該繊維強化樹脂が、 （ａ） 下記（１）式で表される繰り返し単位を有する
芳香族ポリエーテルケトン95〜60重量％と、下記（２）
式で表される繰り返し単位を有するポリエーテルイミド
５〜40重量％とからなる樹脂組成物の75〜55重量％と、 （ｂ） 下記（３）〜（10）式 で表される繰り返し単位のうちの一種以上を有する芳香
族ポリスルホン樹脂で表面を被覆した後、300〜400℃で
加熱された炭素繊維の25〜45重量％とからなる芳香族ポ
リエーテルケトン系樹脂組成物であることを特徴とする
内燃機関部品並びに補機部品である。
品並びに補機部品において、該繊維強化樹脂が、 （ａ） 下記（１）式で表される繰り返し単位を有する
芳香族ポリエーテルケトン95〜60重量％と、下記（２）
式で表される繰り返し単位を有するポリエーテルイミド
５〜40重量％とからなる樹脂組成物の75〜55重量％と、 （ｂ） 下記（３）〜（10）式 で表される繰り返し単位のうちの一種以上を有する芳香
族ポリスルホン樹脂で表面を被覆した後、300〜400℃で
加熱された炭素繊維の25〜45重量％とからなる芳香族ポ
リエーテルケトン系樹脂組成物であることを特徴とする
内燃機関部品並びに補機部品である。
一般に、マトリクス樹脂としては、ポリエーテルスル
ホン（PES）、ポリエーテルイミド（PEI）、ポリエーテ
ルエーテルケトン（PEEK）、ポリエーテルケトン（PE
K）、ポリエーテルケトンケトン（PEKK）、ポリケトン
サルファイド（PKS）、ポリアリルエーテルケトン（PAE
K）、芳香族ポリアミド（PA）、ポリアミドイミド（PA
I）、ポリイミド（PI）等が用いられる。しかしなが
ら、成形がしやすく、しかも耐熱強度が高いものとして
有効なのは本発明に用いるようなポリエーテルケトンと
ポリエーテルイミドからなる所謂ポリマーアロイ樹脂で
ある。
ホン（PES）、ポリエーテルイミド（PEI）、ポリエーテ
ルエーテルケトン（PEEK）、ポリエーテルケトン（PE
K）、ポリエーテルケトンケトン（PEKK）、ポリケトン
サルファイド（PKS）、ポリアリルエーテルケトン（PAE
K）、芳香族ポリアミド（PA）、ポリアミドイミド（PA
I）、ポリイミド（PI）等が用いられる。しかしなが
ら、成形がしやすく、しかも耐熱強度が高いものとして
有効なのは本発明に用いるようなポリエーテルケトンと
ポリエーテルイミドからなる所謂ポリマーアロイ樹脂で
ある。
マトリクス樹脂として用いるポリマーアロイ樹脂を構
成するポリエーテルケトンは、下記一般式（１）で表わ
すことのできるものである。
成するポリエーテルケトンは、下記一般式（１）で表わ
すことのできるものである。
本発明においては、ASTM D1238に準じ、380℃、2.16k
g荷重条件下で測定したメルトフローインデックスが５
〜50g/10min、望ましくは10〜25kg/10minの範囲内のポ
リエーテルケトンが好ましく用いられる。
g荷重条件下で測定したメルトフローインデックスが５
〜50g/10min、望ましくは10〜25kg/10minの範囲内のポ
リエーテルケトンが好ましく用いられる。
市販されているものとして、英国インペリアル・ケミ
カル・インダストリーズ社の「ビクトレックス ポリエ
ーテルケトンPEK 220P（商標）」があげられる。
カル・インダストリーズ社の「ビクトレックス ポリエ
ーテルケトンPEK 220P（商標）」があげられる。
本発明において用いられるポリエーテルイミドは下記
式（２）で表される構造を有する。市販されているもの
としては、米国ゼネラル・エレクトリック社製の商品名
「ウルテム」が広く知られており、例えば特開昭56−82
6号公報に記載された方法によって容易に製造すること
ができる。
式（２）で表される構造を有する。市販されているもの
としては、米国ゼネラル・エレクトリック社製の商品名
「ウルテム」が広く知られており、例えば特開昭56−82
6号公報に記載された方法によって容易に製造すること
ができる。
本発明においては、320℃、2.16kg荷重条件下で測定
したメルトフローインデックスが0.3〜5g/10min、望ま
しくは0.5〜3g/10minの範囲のポリエーテルイミドが好
ましく用いられる。
したメルトフローインデックスが0.3〜5g/10min、望ま
しくは0.5〜3g/10minの範囲のポリエーテルイミドが好
ましく用いられる。
芳香族ポリエーテルケトンとポリエーテルイミドの配
合割合は、芳香族ポリエーテルケトン95〜70重量％、ポ
リエーテルイミド５〜30重量％が適当である。芳香族ポ
リエーテルケトンが95重量％を越え、ポリエーテルイミ
ドが５重量％未満の場合には目的とする樹脂組成物の高
温での機械強度の向上効果が不十分であり、また芳香族
ポリエーテルケトンが70重量％未満、ポリエーテルイミ
ドが30重量％を越えた場合には得られる樹脂組成物は、
芳香族ポリエーテルケトンが有している優れた化学的特
性を失ってくる。
合割合は、芳香族ポリエーテルケトン95〜70重量％、ポ
リエーテルイミド５〜30重量％が適当である。芳香族ポ
リエーテルケトンが95重量％を越え、ポリエーテルイミ
ドが５重量％未満の場合には目的とする樹脂組成物の高
温での機械強度の向上効果が不十分であり、また芳香族
ポリエーテルケトンが70重量％未満、ポリエーテルイミ
ドが30重量％を越えた場合には得られる樹脂組成物は、
芳香族ポリエーテルケトンが有している優れた化学的特
性を失ってくる。
本発明において、収束剤として炭素繊維の表面を被覆
するのに用いられる芳香族ポリスルホン樹脂は、アリー
レン結合、エーテル結合及びスルホン結合を結合単位と
する線状重合体であり、次式のような繰り返し単位から
なるものを用いる。このうち特に式（３）の樹脂が好ま
しい。
するのに用いられる芳香族ポリスルホン樹脂は、アリー
レン結合、エーテル結合及びスルホン結合を結合単位と
する線状重合体であり、次式のような繰り返し単位から
なるものを用いる。このうち特に式（３）の樹脂が好ま
しい。
これらの芳香族ポリスルホン樹脂は、例えば特公昭40
−10067号公報、特公昭42−7799号公報、及び特公昭41
−617号公報等に記載された方法によって製造すること
ができ、少なくともこれらの一種または二種以上の混合
物が用いられる。市販されているものとしては、式
（３）で示される代表例として、英国インペリアル・ケ
ミカル・インダストリーズ社の「ビクトレックス ポリ
エーテルスルホン（商標）」、住友化学（株）の「スミ
プロイＳ（商標）」、また、三井東圧化学（株）の「ポ
リエーテルスルフォン（PES）」が挙げられ、式（２）
で示される代表例として、米国アモコ・ケミカル社の
「ユーデル・ポリスルホン（商標）」等がある。
−10067号公報、特公昭42−7799号公報、及び特公昭41
−617号公報等に記載された方法によって製造すること
ができ、少なくともこれらの一種または二種以上の混合
物が用いられる。市販されているものとしては、式
（３）で示される代表例として、英国インペリアル・ケ
ミカル・インダストリーズ社の「ビクトレックス ポリ
エーテルスルホン（商標）」、住友化学（株）の「スミ
プロイＳ（商標）」、また、三井東圧化学（株）の「ポ
リエーテルスルフォン（PES）」が挙げられ、式（２）
で示される代表例として、米国アモコ・ケミカル社の
「ユーデル・ポリスルホン（商標）」等がある。
また本発明で使用される炭素繊維はアクリル系、レー
ヨン系、リグニン系、ピッチ系等が挙げられ、いずれも
使用される。本発明では繊維強度の最も高いアクリル系
が最も好ましく使用される。炭素繊維の形態は、チョッ
プトストランド、ロービング、織物等いずれでも良い。
望ましいのは、ポリアクリロニトリルフィラメント、レ
ーヨンフィラメントあるいは石油ピッチを焼成して得ら
れたものであり、特にアクリロニトリルフィラメントか
らのものが好適である。これらの炭素繊維は予めその表
面をオゾン又は電解酸化等で酸化処理しておくと更に好
ましい。これら炭素繊維への芳香族ポリスルホン樹脂へ
の被覆方法としては、芳香族ポリスルホン樹脂をジクロ
ルメタン、クロロホルム、1,2ジクロルエタン、1,1,1,
2,2−テトラクロルエタン、ジメチルスルホオキシド、
ノルマルメチルペンタン、メチルエチルケトン、1,1,2
−トリクロルエタンなどの溶剤に溶解した溶液に、炭素
繊維を浸し、その後乾燥し溶剤を除去して、芳香族ポリ
スルホン樹脂を被覆した炭素繊維を得る。
ヨン系、リグニン系、ピッチ系等が挙げられ、いずれも
使用される。本発明では繊維強度の最も高いアクリル系
が最も好ましく使用される。炭素繊維の形態は、チョッ
プトストランド、ロービング、織物等いずれでも良い。
望ましいのは、ポリアクリロニトリルフィラメント、レ
ーヨンフィラメントあるいは石油ピッチを焼成して得ら
れたものであり、特にアクリロニトリルフィラメントか
らのものが好適である。これらの炭素繊維は予めその表
面をオゾン又は電解酸化等で酸化処理しておくと更に好
ましい。これら炭素繊維への芳香族ポリスルホン樹脂へ
の被覆方法としては、芳香族ポリスルホン樹脂をジクロ
ルメタン、クロロホルム、1,2ジクロルエタン、1,1,1,
2,2−テトラクロルエタン、ジメチルスルホオキシド、
ノルマルメチルペンタン、メチルエチルケトン、1,1,2
−トリクロルエタンなどの溶剤に溶解した溶液に、炭素
繊維を浸し、その後乾燥し溶剤を除去して、芳香族ポリ
スルホン樹脂を被覆した炭素繊維を得る。
通常、炭素繊維に対する芳香族ポリスルホン樹脂の被
覆量は炭素繊維100重量部に対し0.1〜10重量部が良く、
0.1重量部以下では本発明の効果はえられず、また10重
量部以上被覆させても、機械強度の向上は期待できず意
味がない。
覆量は炭素繊維100重量部に対し0.1〜10重量部が良く、
0.1重量部以下では本発明の効果はえられず、また10重
量部以上被覆させても、機械強度の向上は期待できず意
味がない。
以上のようにして芳香族ポリスルホン樹脂を被覆した
炭素繊維の熱処理は、空気中300〜400℃、特に好ましく
は340〜380℃の温度下に曝すことにより行われる。加熱
処理時間は３〜20時間、特に好ましくは５〜15時間であ
る。
炭素繊維の熱処理は、空気中300〜400℃、特に好ましく
は340〜380℃の温度下に曝すことにより行われる。加熱
処理時間は３〜20時間、特に好ましくは５〜15時間であ
る。
このようにして得られる芳香族ポリスルホン樹脂を被
覆した炭素繊維と芳香族ポリエーテルケトンとポリエー
テルイミドの樹脂組成物との混合には種々の手法が採用
できる。例えば被覆、加熱処理した炭素繊維を３〜6mm
長さに切断し、これと芳香族ポリエーテルケトンとポリ
エーテルイミドの樹脂組成物を個々別々に溶融押出機に
供給して混合することもできるし、あらかじめヘンシェ
ルミキサー、スーパーミキサー、リボンブレンダーなど
の混合機で予備ブレンドした後、溶融押出機に供給する
こともできる。更に被覆、加熱処理した炭素繊維ロービ
ングを直接溶融押出機に供給し、芳香族ポリエーテルケ
トンとポリエーテルイミドの樹脂組成物と混合すること
もできる。すなわち、炭素繊維、ポリエーテルケトン、
ポリエーテルイミドの３成分は最終的に本発明の組成比
になるのであればその混合順序、混合方法に制限は無
い。
覆した炭素繊維と芳香族ポリエーテルケトンとポリエー
テルイミドの樹脂組成物との混合には種々の手法が採用
できる。例えば被覆、加熱処理した炭素繊維を３〜6mm
長さに切断し、これと芳香族ポリエーテルケトンとポリ
エーテルイミドの樹脂組成物を個々別々に溶融押出機に
供給して混合することもできるし、あらかじめヘンシェ
ルミキサー、スーパーミキサー、リボンブレンダーなど
の混合機で予備ブレンドした後、溶融押出機に供給する
こともできる。更に被覆、加熱処理した炭素繊維ロービ
ングを直接溶融押出機に供給し、芳香族ポリエーテルケ
トンとポリエーテルイミドの樹脂組成物と混合すること
もできる。すなわち、炭素繊維、ポリエーテルケトン、
ポリエーテルイミドの３成分は最終的に本発明の組成比
になるのであればその混合順序、混合方法に制限は無
い。
本発明において芳香族ポリスルホン樹脂を被覆した炭
素繊維と芳香族ポリエーテルケトンとポリエーテルイミ
ドの樹脂組成物との配合割合は、炭素繊維25〜45重量
％、芳香族ポリエーテルケトンとポリエーテルイミドの
混合物75〜55重量％である。炭素繊維の量が25重量％未
満の場合には、得られる樹脂組成物の機械強度が低く好
ましくない。また炭素繊維を45重量％越えて配合した場
合には、得られた樹脂組成物の均一な溶融混合が難しく
なり、溶融流動性も著しく低下して射出成形などの加工
性を損なう結果となる。樹脂組成物には、必要に応じ、
タルク、炭酸カルシュウム、マイカ、ガラスビーズ等の
充填剤、ガラス繊維、チタン酸カリ繊維、アラミド繊
維、セラミック質繊維等の繊維状補強材、安定剤、着色
剤を樹脂組成物の品質、性能を損なわない範囲で混和し
てもよい。
素繊維と芳香族ポリエーテルケトンとポリエーテルイミ
ドの樹脂組成物との配合割合は、炭素繊維25〜45重量
％、芳香族ポリエーテルケトンとポリエーテルイミドの
混合物75〜55重量％である。炭素繊維の量が25重量％未
満の場合には、得られる樹脂組成物の機械強度が低く好
ましくない。また炭素繊維を45重量％越えて配合した場
合には、得られた樹脂組成物の均一な溶融混合が難しく
なり、溶融流動性も著しく低下して射出成形などの加工
性を損なう結果となる。樹脂組成物には、必要に応じ、
タルク、炭酸カルシュウム、マイカ、ガラスビーズ等の
充填剤、ガラス繊維、チタン酸カリ繊維、アラミド繊
維、セラミック質繊維等の繊維状補強材、安定剤、着色
剤を樹脂組成物の品質、性能を損なわない範囲で混和し
てもよい。
炭素繊維強化ポリエーテルケトンとポリエーテルイミ
ドのポリマーアロイ樹脂組成物は、通常取り扱いやすい
ペレット状の成形材料として射出成形工程に供される
が、例えばこれらは公知の一軸、または二軸の押出し機
を用いてポリエーテルケトン樹脂とポリエーテルイミド
樹脂と炭素繊維とを配合し、シリンダ温度360℃〜420
℃、好ましくは370℃〜390℃で押出し機のスクリューで
圧縮比を２〜３にして押出し賦形することにより得られ
る。射出成形は通常の射出成形機を用い、シリンダ温度
360℃〜420℃、好ましくは380℃〜400℃で、金型温度
は、150℃〜230℃、好ましくは180℃〜200℃で行なうこ
とができ、複雑な形状の炭素繊維強化樹脂製遠心圧縮機
のインペラや、動力伝達用歯車等を容易に得ることが出
来る。
ドのポリマーアロイ樹脂組成物は、通常取り扱いやすい
ペレット状の成形材料として射出成形工程に供される
が、例えばこれらは公知の一軸、または二軸の押出し機
を用いてポリエーテルケトン樹脂とポリエーテルイミド
樹脂と炭素繊維とを配合し、シリンダ温度360℃〜420
℃、好ましくは370℃〜390℃で押出し機のスクリューで
圧縮比を２〜３にして押出し賦形することにより得られ
る。射出成形は通常の射出成形機を用い、シリンダ温度
360℃〜420℃、好ましくは380℃〜400℃で、金型温度
は、150℃〜230℃、好ましくは180℃〜200℃で行なうこ
とができ、複雑な形状の炭素繊維強化樹脂製遠心圧縮機
のインペラや、動力伝達用歯車等を容易に得ることが出
来る。
以下、この発明のインペラを図面に基づいて説明す
る。
る。
第１図は、この発明の一実施例を示す図である。
まず構成を説明すると、図示するように遠心圧縮機の
インペラは複雑な形状をしており、しかも精密な寸法精
度を必要とする。このインペラ１は、第２図に示すよう
にスリーブ２とワッシャ３とにより挾まれ、ナット４で
シャフト部５に固定されている。
インペラは複雑な形状をしており、しかも精密な寸法精
度を必要とする。このインペラ１は、第２図に示すよう
にスリーブ２とワッシャ３とにより挾まれ、ナット４で
シャフト部５に固定されている。
この発明のインペラは前記樹脂組成物を用い、押出し
成形や、射出成形等の良く知られている方法で製造する
ことが出来る。例えば、第３図に示す金型を用いてイン
ペラを成形することができる。即ち、インペラ形状を彫
り込んだ組み立て式金型６と組み合わせた下金型10にピ
ン７を取り付け、しかる後、上金型８を密着固定し、Ａ
方向からゲート９を通して成形材料を射出、あるいは押
し出しインペラ形状部（キャビティ部）11に充填し成形
する。
成形や、射出成形等の良く知られている方法で製造する
ことが出来る。例えば、第３図に示す金型を用いてイン
ペラを成形することができる。即ち、インペラ形状を彫
り込んだ組み立て式金型６と組み合わせた下金型10にピ
ン７を取り付け、しかる後、上金型８を密着固定し、Ａ
方向からゲート９を通して成形材料を射出、あるいは押
し出しインペラ形状部（キャビティ部）11に充填し成形
する。
製造例１ 電解酸化により表面処理を施したポリアクリロニトリ
ル系炭素繊維（東邦レーヨン（株）製、HTAタイプ）を
芳香族ポリスルホン樹脂で表面を被覆した後、6mm長さ
に切断してチョップド炭素繊維とし、空気雰囲気の熱処
理炉内で370℃で10時間熱処理を行なった。
ル系炭素繊維（東邦レーヨン（株）製、HTAタイプ）を
芳香族ポリスルホン樹脂で表面を被覆した後、6mm長さ
に切断してチョップド炭素繊維とし、空気雰囲気の熱処
理炉内で370℃で10時間熱処理を行なった。
次に、マトリクス樹脂としてのポリエーテルケトン樹
脂（三井東圧化学（株）製PEK）と、ポリエーテルイミ
ド樹脂（GE社製PEI）とのポリマーアロイ樹脂の配合比
率を第１表に示し、それぞれの配合比率でのマトリクス
樹脂と上記で処理した炭素繊維とを炭素繊維の含有率を
30重量％になる様に配合した。このものをL/D＝23、圧
縮比３の65φ一軸ベント式押出し機を用い、シリンダ温
度380℃、スクリュー回転数45rpmで押し出しストランド
を切断しペレット状の成形材料を得た。このものを150
℃で５時間熱風乾燥した後、日精樹脂工業（株）製80TO
N（型締圧）射出成形機を用い、シリンダ温度380℃、金
型温度180℃で厚み3mmのJIS1号ダンベル試験片を成形
し、その後、230℃で３時間加熱処理を施し室温下と、
高温下（165℃）で引張試験（ASTM D−638）、曲げ試験
（ASTM D−790）を実施した。その結果をガラス転移温
度の測定結果とともに第１表並びに第４図（ａ），
（ｂ）に示す。ポリエーテルケトンとポリエーテルイミ
ドとの配合比率と引張強度、曲げ弾性率との間の相関を
みると、最適な領域はマトリクス樹脂合計量に対するポ
リエーテルケトン樹脂の配合比率が70〜95重量％が特に
好ましい。
脂（三井東圧化学（株）製PEK）と、ポリエーテルイミ
ド樹脂（GE社製PEI）とのポリマーアロイ樹脂の配合比
率を第１表に示し、それぞれの配合比率でのマトリクス
樹脂と上記で処理した炭素繊維とを炭素繊維の含有率を
30重量％になる様に配合した。このものをL/D＝23、圧
縮比３の65φ一軸ベント式押出し機を用い、シリンダ温
度380℃、スクリュー回転数45rpmで押し出しストランド
を切断しペレット状の成形材料を得た。このものを150
℃で５時間熱風乾燥した後、日精樹脂工業（株）製80TO
N（型締圧）射出成形機を用い、シリンダ温度380℃、金
型温度180℃で厚み3mmのJIS1号ダンベル試験片を成形
し、その後、230℃で３時間加熱処理を施し室温下と、
高温下（165℃）で引張試験（ASTM D−638）、曲げ試験
（ASTM D−790）を実施した。その結果をガラス転移温
度の測定結果とともに第１表並びに第４図（ａ），
（ｂ）に示す。ポリエーテルケトンとポリエーテルイミ
ドとの配合比率と引張強度、曲げ弾性率との間の相関を
みると、最適な領域はマトリクス樹脂合計量に対するポ
リエーテルケトン樹脂の配合比率が70〜95重量％が特に
好ましい。
製造例２ 電解酸化により表面処理を施したポリアクリロニトリ
ル系炭素繊維（東邦レーヨン（株）製、HTAタイプ）を
芳香族ポリスルホン樹脂で表面を被覆した後、6mm長さ
に切断してチョップド炭素繊維とし、空気雰囲気の熱処
理炉中で370℃で10時間熱処理を行なった。
ル系炭素繊維（東邦レーヨン（株）製、HTAタイプ）を
芳香族ポリスルホン樹脂で表面を被覆した後、6mm長さ
に切断してチョップド炭素繊維とし、空気雰囲気の熱処
理炉中で370℃で10時間熱処理を行なった。
次に、マトリクス樹脂としてポリエーテルケトン樹脂
（三井東圧化学（株）製PEK）と、ポリエーテルイミド
樹脂（GE社製PEI）の配合比率を80/20としたポリマーア
ロイ樹脂と上記で処理した炭素繊維とを実施例１に記載
した様な混練条件で混練し、炭素繊維の含有率が20、3
0、40、50重量％となるように配合して、ペレット状の
樹脂組成物を調整した。この樹脂組成物を用い、180℃
で３時間熱風乾燥した後、日精樹脂工業（株）製80TON
（型締圧）射出成形機を用い、シリンダ温度390℃、金
型温度180℃で厚み3mmJIS1号ダンベル試験片を成形し、
その後、230℃で３時間加熱処理を施し高温下（165℃）
で引張試験、曲げ試験を実施した。その結果を第５図
（ａ），（ｂ）に示す。第５図（ａ），（ｂ）から分か
るように最適な炭素繊維含有率は25〜45重量％の領域に
有る。
（三井東圧化学（株）製PEK）と、ポリエーテルイミド
樹脂（GE社製PEI）の配合比率を80/20としたポリマーア
ロイ樹脂と上記で処理した炭素繊維とを実施例１に記載
した様な混練条件で混練し、炭素繊維の含有率が20、3
0、40、50重量％となるように配合して、ペレット状の
樹脂組成物を調整した。この樹脂組成物を用い、180℃
で３時間熱風乾燥した後、日精樹脂工業（株）製80TON
（型締圧）射出成形機を用い、シリンダ温度390℃、金
型温度180℃で厚み3mmJIS1号ダンベル試験片を成形し、
その後、230℃で３時間加熱処理を施し高温下（165℃）
で引張試験、曲げ試験を実施した。その結果を第５図
（ａ），（ｂ）に示す。第５図（ａ），（ｂ）から分か
るように最適な炭素繊維含有率は25〜45重量％の領域に
有る。
実施例１〜３ 第２表に示す組成を有する繊維強化樹脂ペレットを前
記製造例１に従い作製し、それを用いて、シリンダ温度
390℃、金型温度180℃、射出圧力2100kg/cm2の成形条件
で第３図に示す様な構造の金型に射出し、インペラ形状
物を得た。得られた形状物を230℃で３時間の加熱処理
の後、バリ取り、バランスチェックなどの機械加工を行
ない、第２図に示す様な構造でシャフトに固定し、空気
加熱装置付き（温度範囲０〜600℃）の高速回転強度試
験機（回転数０〜25×104rpm）にセットし、回転数が13
×104rpmの場合のインペラ圧縮空気出口温度を165℃に
なる様に調節しながら連続耐久試験を行なった。得られ
た結果を第２表に示す。連続耐久200時間に耐えるもの
を良好（○マーク）と判定した。
記製造例１に従い作製し、それを用いて、シリンダ温度
390℃、金型温度180℃、射出圧力2100kg/cm2の成形条件
で第３図に示す様な構造の金型に射出し、インペラ形状
物を得た。得られた形状物を230℃で３時間の加熱処理
の後、バリ取り、バランスチェックなどの機械加工を行
ない、第２図に示す様な構造でシャフトに固定し、空気
加熱装置付き（温度範囲０〜600℃）の高速回転強度試
験機（回転数０〜25×104rpm）にセットし、回転数が13
×104rpmの場合のインペラ圧縮空気出口温度を165℃に
なる様に調節しながら連続耐久試験を行なった。得られ
た結果を第２表に示す。連続耐久200時間に耐えるもの
を良好（○マーク）と判定した。
実施例４ 第２表に示す組成（炭素繊維40wt％）を有する繊維強
化樹脂ペレットを前記製造例１に従い作製し、それを用
いて、金型温度200℃にする以外は実施例１〜３と同様
にしてインペラ形状物を作製し、試験を行なった。得ら
れた結果を第２表に示す。
化樹脂ペレットを前記製造例１に従い作製し、それを用
いて、金型温度200℃にする以外は実施例１〜３と同様
にしてインペラ形状物を作製し、試験を行なった。得ら
れた結果を第２表に示す。
比較例１および２ 第２表に示す組成を有する繊維強化樹脂ペレットを用
いた以外は、実施例１〜３と同様にしてインペラ形状物
を作製し、試験を行なった。得られた結果を第２表に示
す。
いた以外は、実施例１〜３と同様にしてインペラ形状物
を作製し、試験を行なった。得られた結果を第２表に示
す。
比較例３および４ 第２表に示す組成（炭素繊維20wt％、50wt％）を有す
る繊維強化樹脂ペレットを用いた以外は実施例４と同様
にしてインペラ形状物を作製し、試験を行なった。得ら
れた結果を第２表に示す。
る繊維強化樹脂ペレットを用いた以外は実施例４と同様
にしてインペラ形状物を作製し、試験を行なった。得ら
れた結果を第２表に示す。
第２表の結果より、実施例において成形したインペラ
は、比較例のものに比べて耐熱強度並びに耐クリープ特
性に優れていることが分かる。
は、比較例のものに比べて耐熱強度並びに耐クリープ特
性に優れていることが分かる。
〔発明の効果〕 以上説明してきた様に、本発明の部品は、使用する繊
維強化樹脂における炭素繊維とマトリクス樹脂との濡れ
性が向上し強度の向上がはかられ、しかもガラス転移温
度の向上もはかられるので、耐熱性が低く、165℃以上
の高温領域においても強度、剛性の低下が少ないため高
速連続耐久で破損しないという効果が得られる。又、各
実施例は、それぞれ上記共通の効果に加えて、更に以下
のような効果がある。インペラの軽量化により、エンジ
ン負荷変動に対する追従性が改善される。また、製品表
面の精度がアルミ合金製のものに比べて極めて向上する
ために、高速回転時の吸入空気の翼表面からの剥離現象
を低減することができ、吸入圧縮効率が向上する。
維強化樹脂における炭素繊維とマトリクス樹脂との濡れ
性が向上し強度の向上がはかられ、しかもガラス転移温
度の向上もはかられるので、耐熱性が低く、165℃以上
の高温領域においても強度、剛性の低下が少ないため高
速連続耐久で破損しないという効果が得られる。又、各
実施例は、それぞれ上記共通の効果に加えて、更に以下
のような効果がある。インペラの軽量化により、エンジ
ン負荷変動に対する追従性が改善される。また、製品表
面の精度がアルミ合金製のものに比べて極めて向上する
ために、高速回転時の吸入空気の翼表面からの剥離現象
を低減することができ、吸入圧縮効率が向上する。
第１図はこの発明の一例インペラの斜視図、 第２図はシャフト部へ取り付けたインペラの断面図、 第３図はインペラ成形用金型の断面図、 第４図は（ａ），（ｂ）製造例１における評価結果を示
す図、 第５図（ａ），（ｂ）は製造例２における評価結果を示
す図である。 １……インペラ、２……スリーブ ３……ワッシャ、４……ナット ５……シャフト、６……組立て式金型 ７……ピン、８……上金型 ９……ゲート、10……下金型 11……インペラ形状部（キャビティ） Ａ……成形材料入口
す図、 第５図（ａ），（ｂ）は製造例２における評価結果を示
す図である。 １……インペラ、２……スリーブ ３……ワッシャ、４……ナット ５……シャフト、６……組立て式金型 ７……ピン、８……上金型 ９……ゲート、10……下金型 11……インペラ形状部（キャビティ） Ａ……成形材料入口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０８Ｌ 79:08） 71:10 (56)参考文献 特開 昭59−184254（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−225247（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−24856（ＪＰ，Ａ) 牧廣、小林力夫編「エンジニアリング プラスチック（初版）」（Ｓ58．10. 31）産業図書株式会社 刊 ｐ．148− 152
Claims (1)
- 【請求項１】繊維強化樹脂からなる内燃機関部品並びに
補機部品において、該繊維強化樹脂が、 （ａ） 下記（１）式で表される繰り返し単位を有する
芳香族ポリエーテルケトン95〜60重量％と、下記（２）
式で表される繰り返し単位を有するポリエーテルイミド
５〜40重量％とからなる樹脂組成物の75〜55重量％と、 （ｂ） 下記（３）〜（10）式 で表される繰り返し単位のうちの一種以上を有する芳香
族ポリスルホン樹脂で表面を被覆した後、300〜400℃で
加熱された炭素繊維の25〜45重量％とからなる芳香族ポ
リエーテルケトン系樹脂組成物であることを特徴とする
内燃機関部品並びに補機部品。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1090830A JP2667247B2 (ja) | 1989-04-12 | 1989-04-12 | 内燃機関部品並びに補機部品 |
| DE69032302T DE69032302T2 (de) | 1989-04-12 | 1990-04-08 | Zusammensetzungen auf der Basis von aromatischen Polyetherketonen |
| EP90106734A EP0392408B1 (en) | 1989-04-12 | 1990-04-08 | Aromatic polyetherketone resin compositions |
| KR1019900005064A KR930010236B1 (ko) | 1989-04-12 | 1990-04-12 | 방향족 폴리에테르 케톤 수지 조성물 |
| US07/948,413 US5223556A (en) | 1989-04-12 | 1992-09-22 | Aromatic polyetherketone resin compositions containing polyetherimide, polysulfone-coated carbon fibers and mechanical component formed therefrom |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1090830A JP2667247B2 (ja) | 1989-04-12 | 1989-04-12 | 内燃機関部品並びに補機部品 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02269766A JPH02269766A (ja) | 1990-11-05 |
| JP2667247B2 true JP2667247B2 (ja) | 1997-10-27 |
Family
ID=14009505
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1090830A Expired - Lifetime JP2667247B2 (ja) | 1989-04-12 | 1989-04-12 | 内燃機関部品並びに補機部品 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2667247B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2020218209A1 (ja) | 2019-04-26 | 2020-10-29 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59184254A (ja) * | 1983-04-04 | 1984-10-19 | Toray Ind Inc | ポリアリ−ルケトン系樹脂組成物 |
| JPS61225247A (ja) * | 1985-03-27 | 1986-10-07 | アモコ、コ−ポレ−ション | 耐摩耗性ポリ（アリ‐ルエ‐テルケトン）／ポリイミド混合物 |
| JP2564559B2 (ja) * | 1987-07-20 | 1996-12-18 | 三井東圧化学株式会社 | 芳香族ポリスルホン樹脂組成物 |
-
1989
- 1989-04-12 JP JP1090830A patent/JP2667247B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 牧廣、小林力夫編「エンジニアリング プラスチック（初版）」（Ｓ５８．１０．３１）産業図書株式会社 刊 ｐ．１４８−１５２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02269766A (ja) | 1990-11-05 |
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