JP3733074B2

JP3733074B2 - Rotating shaft seal

Info

Publication number: JP3733074B2
Application number: JP2002019722A
Authority: JP
Inventors: 祥司萩原
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2002-01-29
Filing date: 2002-01-29
Publication date: 2006-01-11
Anticipated expiration: 2022-01-29
Also published as: JP2003213063A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シール用組成物およびそれを用いた回転軸用シールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、冷凍機やエアコンディショナ機のコンプレッサ、ポンプ、ギヤポンプなどにおいては、回転軸に当接させて流体（気体、液体）を密封するための回転軸用シールが使用されている。当該回転軸用シールの形成材料としては、各種の充填材を配合してなるフッ素樹脂、中でもポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が汎用されている。
【０００３】
回転軸用シールの形成に際しＰＴＦＥに配合する充填材としては、繊維状の充填材（ガラスファイバ、カーボンファイバなど）や粒状の充填材（カーボン粉末、グラファイト粉末、ブロンズ粉末、耐熱性樹脂粉末など）が多く用いられてきたが、カーボン粉末やグラファイト粉末など、粒状の充填材のみを配合した回転軸用シールは、補強性（機械的特性）に劣り、耐磨耗性が不充分であった。
【０００４】
特開平２−３８８３２号公報には、ＰＴＦＥに繊維系のカーボンファイバと粒状のグラファイト粉末とを併用して配合した円板状のシール部材を備える軸封装置が提案されている。しかしながら、このような軸封装置のシール部材では、上述したような耐磨耗性は改善されるものの、比較的大きな平均繊維長（平均繊維長：０．１３ｍｍ）のカーボンファイバが使用されているため、ガスが通過し得るようなパス（通路）が形成され易く、ガスバリア性が不充分であった。カーエアコン用のコンプレッサなどにおける気体を密封対象とする回転軸用シール（たとえば、ラジアルシールのシールリップ部）においては、シール厚みが約１ｍｍ程度の薄い肉厚でシールするものもあり、このように肉厚の薄いシールでは特に、上記ガスバリア性が低下する傾向にあった。
上記カーエアコン用のコンプレッサなどにおいては、シールによってガスが充填されていなければ働きが不充分となる（エアコンの効きが悪くなるなど）ことが多く、ガスバリア性に優れることは極めて重要であり、耐磨耗性に加えてガスバリア性についても優れる回転軸用シールの開発が求められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、耐磨耗性およびガスバリア性に優れる回転軸用シールを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、本発明を完成するに至った。即ち、本発明は以下のとおりである。
（１）フッ素樹脂に、平均粒径１０μｍ〜５０μｍのグラファイト粉末を１０重量％〜２５重量％、平均繊維長５μｍ〜３０μｍのカーボンファイバを１重量％〜１０重量％配合してなる組成物を成形したものであり、気体を密封対象とする回転軸用シール。
（２）フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレンである上記（１）に記載の回転軸用シール。
（３）カーエアコン用コンプレッサーに使用するための上記（１）または（２）に記載の回転軸用シール。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で用いるシール用組成物は、フッ素樹脂と、特定範囲の平均粒径のグラファイト粉末と、特定範囲の平均繊維長のカーボンファイバとを、当該組成物中それぞれ特定範囲の割合で配合してなるものである。
本発明におけるフッ素樹脂としては、特には限定されず、従来公知の種々のフッ素樹脂を使用することができるが、融点が高く、また相手部材（回転軸）との密着性（なじみ性）が良好である（硬度が高すぎる材料をシールに用いると、相手部材との密着性が悪い）という理由から、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテルコポリマー（ＰＦＡ）が好ましく、ＰＴＦＥが特に好ましい。
【０００８】
本発明で用いるシール用組成物においては、平均粒径が１０μｍ〜５０μｍ、好ましくは２０μｍ〜３０μｍのグラファイト粉末が配合される。平均粒径が１０μｍ未満のグラファイト粉末を用いると、得られた回転軸用シールにおいて、引張強さや伸びなど機械特性に劣ってしまう不具合があり、結果的に優れた耐磨耗性が得られなくなる。また平均粒径が５０μｍを超えたグラファイト粉末を用いると、ＰＴＦＥとの混合の際分散性が不良となってしまい、得られた回転軸用シールごとに特性がばらついてしまう。
【０００９】
グラファイト粉末の平均粒径は、たとえば以下の手順にて測定できる。
グラファイト粉末を水またはエタノールなどの有機液体に投入し、３５ｋＨｚ〜４０ｋＨｚ程度の超音波を付与した状態にて約２分間分散処理して得た分散液を用い、かつその場合の粒状物の量は該分散液のレーザ透過率（入射光量に対する出力光量の比）が７０％〜９５％となる量とし、次いで該分散液について、マイクロトラック粒度分析計にかけてレーザー光の散乱により個々の粒状物の粒径（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、…）、および各粒径ごとの存在個数（Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、…）を計測する（個々の粒状物の粒径（Ｄ）は、マイクロトラック粒度分析形によれば種々の形状の粒状物ごとに球相当径が自動的に測定される。）。
視野内に存在する個々の粒子の個数（Ｎ）と各粒径（Ｄ）とから、下記式（１）にて平均粒径を算出する。
平均粒径＝（ΣＮＤ³／ΣＮ）^1/3 （１）
【００１０】
本発明におけるグラファイト粉末としては、人造または天然の鱗状黒鉛や鱗片状黒鉛、土状黒鉛など従来公知の種々のグラファイト粉末を特に制限なく使用することができるが、品質が安定していることから人造の黒鉛が好ましく、中でも得られた回転軸用シールが潤滑性に優れる点から人造の鱗状黒鉛が好ましい。
【００１１】
本発明で用いるシール用組成物において上記平均粒径を有するグラファイト粉末は、１０重量％〜２５重量％、好ましくは１０重量％〜２０重量％配合される。グラファイト粉末が１０重量％未満しか配合されないと、得られた回転軸用シールにおいて耐磨耗性が悪くなる不具合があり、またグラファイト粉末が２５重量％を超えて配合されると、得られた回転軸用シールにおいて機械的特性、特に伸びが低下する不具合がある。
【００１２】
また本発明で用いるシール用組成物においては、平均繊維長が５μｍ〜３０μｍのカーボンファイバが配合される。平均繊維長が５μｍ未満のカーボンファイバを用いると、得られた回転軸用シールにおいて耐磨耗性が悪くなってしまう。また平均繊維長が６０μｍを超えたカーボンファイバを用いると、得られた回転軸用シールにおいてガスバリア性が悪くなってしまう。
【００１３】
カーボンファイバの平均繊維長は、たとえば、当分野で通常行われる手法である画像解析法によって測定できる。
【００１４】
また、本発明に使用するカーボンファイバは、アスペクト比（繊維径あたりの繊維長の平均）が０．５〜５であるのが好ましく、０．５〜３であるのがより好ましい。
【００１５】
本発明におけるカーボンファイバとしては、特に制限はなく、ピッチ系カーボンファイバ、ＰＡＮ系カーボンファイバ、レーヨン系カーボンファイバなど、従来公知の種々のカーボンファイバを使用することができるが、中でもピッチ系カーボンファイバ、特には、黒鉛化したピッチ系カーボンファイバが好適である。ピッチ系カーボンファイバは、たとえば、不活性気体中で２０００℃〜３０００℃の熱処理を行うことで黒鉛化される。
【００１６】
本発明で用いるシール用組成物において上記平均繊維長を有するカーボンファイバは、１重量％〜１０重量％、好ましくは２重量％〜５重量％配合される。カーボンファイバが１重量％未満しか配合されないと、得られた回転軸用シールにおいて耐磨耗性が低下する不具合があり、またカーボンファイバが１０重量％を超えて配合されると、得られた回転軸用シールにおいて潤滑性が低下し、相手部材（回転軸）を磨耗させてしまうとともに、ガスが透過しやすくなってしまう不具合がある。
【００１７】
上述したような、フッ素樹脂に平均粒径１０μｍ〜５０μｍのグラファイト粉末を１０重量％〜２５重量％、平均繊維長５μｍ〜６０μｍのカーボンファイバを１重量％〜１０重量％配合してなる本発明の組成物を成形することで、優れた耐磨耗性およびガスバリア性を同時に兼ね備える回転軸用シールを得ることができる。ここで、本明細書中でいう「優れた耐磨耗性」とは、ピンオンディスク法により行った磨耗試験により、測定された磨耗係数が２．０×１０^-5ｍｍ／ｓ以下であることをいう。また本明細書中でいう「優れたガスバリア性」とは、ガス漏れ試験を行い、試験前後で質量の減少がみられないことをいう。
【００１８】
上記の組成物を用いることで、何故、耐磨耗性およびガスバリア性に優れる回転軸用シールが得られるか、詳細は不明であるが、本発明者は以下のように考えている。
まず、上述した特定範囲の割合にて繊維系のカーボンファイバを配合したこと、ならびに上記特定範囲内の平均粒径のカーボンファイバを使用したことで、従来より耐磨耗性が格段に向上された回転軸用シールを実現することができるものと考えられる。
【００１９】
また、上記特定範囲内の平均繊維長のカーボンファイバを使用したこと、さらに当該カーボンファイバおよびグラファイト粉末の配合割合を上記特定範囲内としたことによって、ガスバリア性の向上された回転軸用シールが実現できるものと考えられる。なお特開平２−３８８３２号公報には、ＰＴＦＥに繊維系のカーボンファイバと粒状のグラファイト粉末とを併用して配合した円板状のシール部材を備える軸封装置が開示されていることは上述した。何故、かかる軸封装置におけるシール部材ではガスバリア性が不充分であり、本願発明ではガスバリア性に優れるのか、その理由はこのカーボンファイバの平均繊維長と配合割合にある。特開平２−３８８３２号公報においては、ＰＴＦＥにグラファイト粉末を３重量％〜１０重量％、カーボンファイバを３重量％〜１５重量％配合するものであるが、本発明で規定する範囲よりも格段に大きな平均繊維長のカーボンファイバが使用されている。本発明の回転軸用シールにおいては、平均繊維長を比較的小さく、かつ、その配合割合を比較的小さくすることで、上記の耐磨耗性を発現させつつも、ガスが通過し得るようなパス（すなわち、後述する回転軸用シールの厚み方向にガスを透過させるような通路）を形成しにくく、優れたガスバリア性を発現させることができるものと考えられる。
【００２０】
また、本発明の上記配合によって、フッ素樹脂中にカーボンファイバおよびグラファイト粉末が略均一に分散された、換言すれば、分散性に優れた回転軸用のシールを実現することができる。この良好な分散性の発現は、上記の如き特定範囲の平均粒径のグラファイト粉末の使用に、特に起因しているものと考えられる。さらに上記配合で得られた回転軸用シールは、上記特定範囲の割合にて粒状のグラファイト粉末が配合されているため、潤滑性も良好であり、相手部材（回転軸）の表面を磨耗させにくいという利点も有する。
【００２１】
本発明で用いる組成物は、当分野において通常用いられているヘンシェルミキサなどの装置を用いて混合することによって調製できる。さらに、フッ素樹脂の成形加工に通常用いられている圧縮成形、焼結、ラム成形などの方法によって、所望の形状の回転軸用シールに成形することができる。
【００２２】
本発明の回転軸用シールは、その形状や大きさに特に制限はなく、フッ素樹脂製の回転軸用シールとしての従来公知の種々の形状で実現される。
回転軸用シールの典型的な例として、回転軸を挿通させるための貫通孔が中央に形成された円板状物で実現された回転軸用シールを挙げることができる。このような回転軸用シールにおいて、通常、貫通孔径は回転軸の軸径よりも小さく形成され、当該貫通孔に回転軸を挿通させると、貫通孔の周囲部分が、貫通孔を中心として回転軸の挿通方向に湾曲した形で回転軸に弾発的に当接するようになる（この湾曲して回転軸に弾発的に当接するように形成された貫通孔の周囲部分を、「シールリップ部」と呼ぶことがある。）。
なお上記円板状で実現された回転軸用シールでは、厚みが０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度に形成されるのが通常であるが、本発明の組成物においては、上記平均繊維長および割合のカーボンファイバが配合されることによって、上記特開平２−３８８３２号公報に開示されたとは異なり繊維あるいは繊維同士の繋がりによって上記の如きパスが形成されにくく、非常に有用である。
本発明の回転軸用シールは、このシールリップ部それのみからなるものであってもよいし、また当該リップシール部をゴム製のリップを組み合わせたり、補強用の金具に適宜嵌め込んだものであってもよい。
【００２３】
本発明で用いる組成物には、本発明の効果を阻害しない範囲で、フッ素樹脂に添加され得るような従来公知の各種の添加物が添加されていてもよい。このような添加物としては、たとえば、二硫化モリブデン、ガラスファイバー、ブロンズ、金属酸化物、耐熱性樹脂などが挙げられる。
【００２４】
本発明の回転軸用シールにて密封し得る流体としては、特に制限はなく、フロンガス（フロン１３４ａなど）、窒素ガス、真空、水、油などが挙げられ、冷凍機やエアコンディショナ機のコンプレッサ、ポンプ、ギアポンプなど、特に制限なく適用することができる。
【００２５】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
実施例１
ＰＴＦＥを８１重量％、平均粒径が２０μｍのグラファイト粉末を１２重量％、平均繊維長が７μｍ（アスペクト比：０．６）のカーボンファイバを７重量％配合してなるフッ素樹脂組成物をヘンシェルミキサで攪拌混合し、金型で加圧成形した後、３７０℃の温度で焼成して、回転軸用シールのサンプルを作製した。
【００２６】
実施例２
ＰＴＦＥを８２重量％、平均粒径が４６μｍのグラファイト粉末を１５重量％、平均繊維長が７μｍのカーボンファイバを３重量％配合してなるフッ素樹脂組成物を用いた以外は、実施例１と同様にして回転軸用シールのサンプルを作製した。
【００２７】
実施例３
ＰＴＦＥを７７重量％、平均粒径が２０μｍのグラファイト粉末を２０重量％、平均繊維長が２０μｍ（アスペクト比：１．６）のカーボンファイバを３重量％配合してなるフッ素樹脂組成物を用いた以外は、実施例１と同様にして回転軸用シールのサンプルを作製した。
【００２８】
参考例１
ＰＴＦＥを８２重量％、平均粒径が２０μｍのグラファイト粉末を１５重量％、平均繊維長が５０μｍ（アスペクト比：５．６）のカーボンファイバを３重量％配合してなるフッ素樹脂組成物を用いた以外は、実施例１と同様にして回転軸用シールのサンプルを作製した。
【００２９】
比較例１
ＰＴＦＥを８２重量％、平均粒径が８０μｍのグラファイト粉末を１５重量％、平均繊維長が７μｍのカーボンファイバを３重量％配合してなるフッ素樹脂組成物を用いた以外は、実施例１と同様にして回転軸用シールのサンプルを作製した。
【００３０】
比較例２
ＰＴＦＥを８２重量％、平均粒径が２０μｍのグラファイト粉末を１５重量％、平均繊維長が１３０μｍ（アスペクト比：１０．４）のカーボンファイバを３重量％配合してなるフッ素樹脂組成物を用いた以外は、実施例１と同様にして回転軸用シールのサンプルを作製した。
【００３１】
比較例３
ＰＴＦＥを８０重量％、平均粒径が２０μｍのグラファイト粉末を２０重量％配合してなるフッ素樹脂組成物を用いた以外は、実施例１と同様にして回転軸用シールのサンプルを作製した。
【００３２】
比較例４
ＰＴＦＥを７５重量％、平均粒径が２０μｍのグラファイト粉末を２５重量％配合してなるフッ素樹脂組成物を用いた以外は、実施例１と同様にして回転軸用シールのサンプルを作製した。
【００３３】
比較例５
ＰＴＦＥを９７重量％、平均繊維長が２０μｍ（アスペクト比：１．６）のカーボンファイバを３重量％配合してなるフッ素樹脂組成物を用いた以外は、実施例１と同様にして回転軸用シールのサンプルを作製した。
【００３４】
比較例６
ＰＴＦＥを８２重量％、平均粒径が５μｍのグラファイト粉末を１５重量％、平均繊維長が２０μｍ（アスペクト比：１．６）のカーボンファイバを３重量％配合してなるフッ素樹脂組成物を用いた以外は、実施例１と同様にして回転軸用シールのサンプルを作製した。
【００３５】
比較例７
ＰＴＦＥを９２重量％、平均粒径が４６μｍのグラファイト粉末を５重量％、平均繊維長が２０μｍ（アスペクト比：１．６）のカーボンファイバを３重量％配合してなるフッ素樹脂組成物を用いた以外は、実施例１と同様にして回転軸用シールのサンプルを作製した。
【００３６】
比較例８
ＰＴＦＥを７０重量％、平均粒径が４６μｍのグラファイト粉末を３０重量％配合してなるフッ素樹脂組成物を用いた以外は、実施例１と同様にして回転軸用シールのサンプルを作製した。
【００３７】
比較例９
ＰＴＦＥを８４．５重量％、平均粒径が２０μｍのグラファイト粉末を１５重量％、平均繊維長が２０μｍ（アスペクト比：１．６）のカーボンファイバを０．５重量％配合してなるフッ素樹脂組成物を用いた以外は、実施例１と同様にして回転軸用シールのサンプルを作製した。
【００３８】
比較例１０
ＰＴＦＥを８５重量％、平均繊維長が２０μｍ（アスペクト比：１．６）のカーボンファイバを１５重量％配合してなるフッ素樹脂組成物を用いた以外は、実施例１と同様にして回転軸用シールのサンプルを作製した。
【００３９】
比較例１１
ＰＴＦＥを７０重量％、平均粒径が４６μｍのグラファイト粉末を１５重量％、平均繊維長が２０μｍ（アスペクト比：１．６）のカーボンファイバを１５重量％配合してなるフッ素樹脂組成物を用いた以外は、実施例１と同様にして回転軸用シールのサンプルを作製した。
【００４０】
〔評価試験〕
（１）磨耗試験
実施例１〜３、参考例１および比較例１〜１１の各サンプルから、切削加工によって径が５ｍｍ、長さが１２ｍｍの円柱ピン状の試料をそれぞれ作製し、ピンオンディスク法によって各試料について磨耗試験を行い、時間あたりの磨耗量から磨耗係数（×１０^-5ｍｍ／ｓ）を算出した。
磨耗試験は、以下の条件で行った。
・圧力：２ＭＰａ
・速度：５ｍ／ｓ
・温度：１３０℃
・相手材：Ｓ４５Ｃディスク
【００４１】
（２）ガス漏れ試験
実施例１〜３、参考例１および比較例１〜１１の各サンプルから、切削加工によって径が３０ｍｍ、長さが１ｍｍの円板状の試料をそれぞれ作製し、ステンレスチューブ（容量：４００ｃｃ）にＨＣＦＣ１３４ａを２００ｇ入れ、上記試料で密封した後、９０℃で４時間加熱を行い、加熱前後での質量の減少の有無をみた。質量の減少がみられなかったものを○、質量の減少がみられたものを×と評価した。
【００４２】
（３）分散性の評価
実施例１〜３、参考例１および比較例１〜１１の各サンプルから、切削加工によって厚み１．０ｍｍの試験片を作製し、これらを光学顕微鏡を使用して拡大観察することで、分散性の評価を行った。拡大観察によって均一に分散されていたものを○、０．３ｍｍ以上の充填材の凝集のあったものを×とした。
上記（１）〜（３）の結果を、表１、表２に示す。
【００４３】
【表１】

【００４４】
【表２】

【００４５】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、耐磨耗性およびガスバリア性に優れる回転軸用シールを提供することができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sealing composition and a rotary shaft seal using the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in compressors, pumps, gear pumps, and the like of refrigerators and air conditioner machines, rotary shaft seals for sealing fluid (gas, liquid) in contact with the rotary shaft have been used. As a material for forming the seal for the rotary shaft, a fluororesin formed by blending various fillers, especially polytetrafluoroethylene (PTFE) is widely used.
[0003]
Fillers to be added to PTFE when forming a seal for a rotating shaft include fibrous fillers (glass fiber, carbon fiber, etc.) and granular fillers (carbon powder, graphite powder, bronze powder, heat resistant resin powder, etc.) However, a rotary shaft seal containing only a granular filler such as carbon powder or graphite powder is inferior in reinforcement (mechanical characteristics) and insufficient in wear resistance.
[0004]
Japanese Patent Laid-Open No. 2-38832 proposes a shaft seal device including a disc-shaped seal member in which PTFE is mixed with a fiber-based carbon fiber and granular graphite powder. However, in the seal member of such a shaft seal device, although the wear resistance as described above is improved, a carbon fiber having a relatively large average fiber length (average fiber length: 0.13 mm) is used. Therefore, a path (passage) through which gas can pass is easily formed, and the gas barrier property is insufficient. Some rotary shaft seals (eg, seal lip portions of radial seals) that seal gas in compressors for car air conditioners and the like seal with a thin wall thickness of about 1 mm. In the case of a thin seal, the gas barrier property tends to be reduced.
In the above-mentioned compressors for car air conditioners, if the gas is not filled with a seal, the function is often insufficient (eg, the effectiveness of the air conditioner is deteriorated), and it is extremely important to have excellent gas barrier properties. There is a demand for the development of a seal for a rotating shaft that is excellent in gas barrier properties in addition to wear properties.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention was made to solve the above problems, and its object is to provide Hisage the rotation shaft seal having excellent abrasion resistance and gas barrier properties.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has completed the present invention. That is, the present invention is as follows.
(1) A composition comprising 10% by weight to 25% by weight of graphite powder having an average particle diameter of 10 μm to 50 μm and 1% by weight to 10% by weight of carbon fiber having an average fiber length of 5 μm to 30 μm. A seal for a rotating shaft that is molded and gas is hermetically sealed.
( 2 ) The rotary shaft seal according to ( 1), wherein the fluororesin is polytetrafluoroethylene.
( 3 ) The rotary shaft seal according to the above (1) or (2) for use in a car air conditioner compressor.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The sealing composition used in the present invention comprises a fluororesin, a graphite powder having an average particle diameter in a specific range, and a carbon fiber having an average fiber length in a specific range at a ratio in the specific range in the composition. It will be.
The fluororesin in the present invention is not particularly limited, and various conventionally known fluororesins can be used, but they have a high melting point and good adhesion (compatibility) with the mating member (rotating shaft). Polytetrafluoroethylene (PTFE) and tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA) are preferred because of the reason that if a material with too high hardness is used for sealing, the adhesion to the mating member is poor. PTFE is particularly preferred.
[0008]
In the sealing composition used in the present invention , graphite powder having an average particle size of 10 μm to 50 μm, preferably 20 μm to 30 μm is blended. When graphite powder having an average particle size of less than 10 μm is used, the obtained seal for the rotary shaft has a problem that the mechanical properties such as tensile strength and elongation are inferior, and as a result, excellent wear resistance cannot be obtained. . If graphite powder having an average particle size exceeding 50 μm is used, the dispersibility becomes poor when mixed with PTFE, and the characteristics vary depending on the obtained seal for the rotary shaft.
[0009]
The average particle diameter of the graphite powder can be measured, for example, by the following procedure.
Graphite powder is put into an organic liquid such as water or ethanol, and a dispersion obtained by dispersing for about 2 minutes in a state where an ultrasonic wave of about 35 kHz to 40 kHz is applied is used. The dispersion is adjusted so that the laser transmittance (ratio of the amount of output light to the amount of incident light) is 70% to 95%, and then the dispersion is subjected to a microtrack particle size analyzer and dispersed into individual particles by laser light scattering. Measure the diameter (D1, D2, D3,...) And the number of each particle size (N1, N2, N3,...) According to this, the equivalent sphere diameter is automatically measured for each granular material having various shapes.
From the number (N) of individual particles present in the field of view and each particle size (D), the average particle size is calculated by the following formula (1).
Average particle size = (ΣND ³ / ΣN) ^1/3 (1)
[0010]
As the graphite powder in the present invention, various conventionally known graphite powders such as artificial or natural scale-like graphite, scale-like graphite, and earth-like graphite can be used without particular limitation. However, since the quality is stable, In particular, artificial scaly graphite is preferable because the obtained seal for the rotating shaft is excellent in lubricity.
[0011]
In the sealing composition used in the present invention , the graphite powder having the above average particle diameter is blended in an amount of 10 wt% to 25 wt%, preferably 10 wt% to 20 wt%. If the graphite powder is blended in an amount of less than 10% by weight, the resulting rotary shaft seal has a problem of poor wear resistance. If the graphite powder is blended in an amount of more than 25% by weight, the resulting rotation is obtained. There is a problem that the mechanical properties, particularly elongation, of the shaft seal is reduced.
[0012]
In the sealing composition used in the present invention, a carbon fiber having an average fiber length of 5 μm to 30 μm is blended. If a carbon fiber having an average fiber length of less than 5 μm is used, the resulting rotary shaft seal has poor wear resistance. In addition, when carbon fibers having an average fiber length exceeding 60 μm are used, gas barrier properties are deteriorated in the obtained rotary shaft seal.
[0013]
The average fiber length of the carbon fiber can be measured by, for example, an image analysis method which is a method usually performed in this field.
[0014]
In addition, the carbon fiber used in the present invention preferably has an aspect ratio (average fiber length per fiber diameter) of 0.5 to 5, and more preferably 0.5 to 3.
[0015]
The carbon fiber in the present invention is not particularly limited, and various conventionally known carbon fibers such as a pitch-based carbon fiber, a PAN-based carbon fiber, and a rayon-based carbon fiber can be used. In particular, graphitized pitch-based carbon fiber is suitable. For example, the pitch-based carbon fiber is graphitized by performing a heat treatment at 2000 ° C. to 3000 ° C. in an inert gas.
[0016]
The carbon fiber having the above average fiber length in the sealing composition used in the present invention is blended in an amount of 1% by weight to 10% by weight, preferably 2% by weight to 5% by weight. If the carbon fiber is blended in less than 1% by weight, the resulting seal for the rotating shaft has a problem of reduced wear resistance. If the carbon fiber is blended in excess of 10% by weight, the resulting rotation is obtained. There is a problem in that the lubricity of the shaft seal is lowered, the mating member (rotating shaft) is worn, and gas easily permeates.
[0017]
According to the present invention, graphite powder having an average particle diameter of 10 μm to 50 μm and 1% by weight to 10% by weight of carbon fiber having an average fiber length of 5 μm to 60 μm are blended in the fluororesin as described above. By molding the composition, it is possible to obtain a rotary shaft seal having both excellent wear resistance and gas barrier properties. Here, “excellent wear resistance” in the present specification means that the wear coefficient measured by a wear test conducted by the pin-on-disk method is 2.0 × 10 ⁻⁵ mm / s or less. That means. In addition, “excellent gas barrier property” in the present specification means that a gas leakage test is performed and no decrease in mass is observed before and after the test.
[0018]
The details of the reason why a seal for a rotating shaft excellent in wear resistance and gas barrier properties can be obtained by using the above composition is unknown, but the present inventor thinks as follows.
First, the wear resistance was remarkably improved by blending the fiber-based carbon fiber at the above-mentioned specific range ratio and using the carbon fiber having the average particle diameter within the specific range. It is considered that a seal for the rotating shaft can be realized.
[0019]
In addition, the use of carbon fibers with an average fiber length within the specified range and the blending ratio of the carbon fibers and graphite powder within the specified range realizes a rotary shaft seal with improved gas barrier properties. It is considered possible. JP-A-2-38832 discloses a shaft seal device including a disc-shaped sealing member in which PTFE is mixed with a fiber-based carbon fiber and granular graphite powder. . The reason why the seal member in such a shaft seal device is insufficient in gas barrier property and in the present invention is excellent in gas barrier property is because of the average fiber length and blending ratio of the carbon fiber. In JP-A-2-38832, 3 wt% to 10 wt% of graphite powder and 3 wt% to 15 wt% of carbon fiber are blended with PTFE, which is much more than the range specified in the present invention. Carbon fibers with a large average fiber length are used. In the rotary shaft seal of the present invention, the average fiber length is relatively small and the blending ratio is relatively small, so that the gas can pass through while exhibiting the above-mentioned wear resistance. It is considered that it is difficult to form a path (that is, a passage that allows gas to permeate in the thickness direction of the rotary shaft seal described later), and an excellent gas barrier property can be exhibited.
[0020]
In addition, by the above blending of the present invention, the carbon fiber and the graphite powder are dispersed substantially uniformly in the fluororesin, in other words, it is possible to realize a rotary shaft seal excellent in dispersibility. The expression of this good dispersibility is considered to be caused particularly by the use of graphite powder having an average particle diameter in the specific range as described above. Furthermore, since the rotary shaft seal obtained by the above blending is blended with granular graphite powder in the proportion of the above specific range, the lubricity is also good and the surface of the mating member (rotating shaft) is not easily worn. It also has the advantage of.
[0021]
The composition used in the present invention can be prepared by mixing using an apparatus such as a Henschel mixer that is commonly used in the art. Furthermore, it can be formed into a desired shape of a rotary shaft seal by compression molding, sintering, ram molding, or the like, which is usually used for fluororesin molding.
[0022]
The shape and size of the rotary shaft seal of the present invention are not particularly limited, and can be realized in various conventionally known shapes as fluororesin rotary shaft seals.
As a typical example of the rotary shaft seal, there can be mentioned a rotary shaft seal realized by a disc-like object having a through hole for inserting the rotary shaft formed in the center. In such a rotary shaft seal, the diameter of the through hole is usually smaller than the shaft diameter of the rotary shaft, and when the rotary shaft is inserted into the through hole, the peripheral portion of the through hole is centered around the through hole. It comes into elastic contact with the rotary shaft in a shape curved in the insertion direction of the through hole (the peripheral portion of the through hole formed so as to be elastically contacted with the rotary shaft is referred to as “seal lip portion”. Sometimes called ")."
In addition, in the seal for a rotating shaft realized in the above disk shape, the thickness is usually formed to be about 0.5 mm to 2 mm. However, in the composition of the present invention, the average fiber length and the ratio of carbon are used. By blending the fiber, unlike the above-mentioned JP-A-2-38832, it is difficult to form the path as described above due to the connection of fibers or fibers, which is very useful.
The seal for the rotating shaft of the present invention may be composed of the seal lip portion alone, or the lip seal portion may be combined with a rubber lip or appropriately fitted into a reinforcing metal fitting. There may be.
[0023]
The composition used in the present invention, within the range not impairing the effects of the present invention, additives conventionally known various like may be added to the fluorine resin may be added. Examples of such additives include molybdenum disulfide, glass fiber, bronze, metal oxide, and heat resistant resin.
[0024]
The fluid that can be sealed with the rotary shaft seal of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include Freon gas (such as Freon 134a), nitrogen gas, vacuum, water, and oil, and compressors for refrigerators and air conditioners. It can be applied without particular limitation, such as a pump and a gear pump.
[0025]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
Example 1
A Henschel mixer is a fluororesin composition comprising 81% by weight of PTFE, 12% by weight of graphite powder having an average particle diameter of 20 μm, and 7% by weight of carbon fibers having an average fiber length of 7 μm (aspect ratio: 0.6). The mixture was stirred and mixed, pressure-molded with a mold, and then fired at a temperature of 370 ° C. to prepare a sample of a rotary shaft seal.
[0026]
Example 2
Example 1 except that a fluororesin composition comprising 82% by weight of PTFE, 15% by weight of graphite powder having an average particle diameter of 46 μm and 3% by weight of carbon fiber having an average fiber length of 7 μm was used. Thus, a sample of a rotary shaft seal was produced.
[0027]
Example 3
A fluororesin composition comprising 77% by weight of PTFE, 20% by weight of graphite powder having an average particle diameter of 20 μm, and 3% by weight of carbon fibers having an average fiber length of 20 μm (aspect ratio: 1.6) was used. Except for the above, a seal sample for a rotating shaft was prepared in the same manner as in Example 1.
[0028]
Reference example 1
A fluororesin composition comprising 82% by weight of PTFE, 15% by weight of graphite powder having an average particle diameter of 20 μm, and 3% by weight of carbon fibers having an average fiber length of 50 μm (aspect ratio: 5.6) was used. Except for the above, a seal sample for a rotating shaft was prepared in the same manner as in Example 1.
[0029]
Comparative Example 1
Example 1 except that a fluororesin composition comprising 82% by weight of PTFE, 15% by weight of graphite powder having an average particle size of 80 μm and 3% by weight of carbon fiber having an average fiber length of 7 μm was used. Thus, a sample of a rotary shaft seal was produced.
[0030]
Comparative Example 2
A fluororesin composition comprising 82% by weight of PTFE, 15% by weight of graphite powder having an average particle diameter of 20 μm, and 3% by weight of carbon fibers having an average fiber length of 130 μm (aspect ratio: 10.4) was used. Except for the above, a seal sample for a rotating shaft was prepared in the same manner as in Example 1.
[0031]
Comparative Example 3
A sample for a rotary shaft seal was prepared in the same manner as in Example 1 except that a fluororesin composition comprising 80% by weight of PTFE and 20% by weight of graphite powder having an average particle diameter of 20 μm was used.
[0032]
Comparative Example 4
A sample for a rotary shaft seal was prepared in the same manner as in Example 1 except that a fluororesin composition containing 75% by weight of PTFE and 25% by weight of graphite powder having an average particle diameter of 20 μm was used.
[0033]
Comparative Example 5
Except for using a fluororesin composition in which 3% by weight of carbon fiber having a PTFE content of 97% by weight and an average fiber length of 20 μm (aspect ratio: 1.6) was used, the same for the rotating shaft as in Example 1. A sample of the seal was prepared.
[0034]
Comparative Example 6
A fluororesin composition comprising 82% by weight of PTFE, 15% by weight of graphite powder having an average particle diameter of 5 μm, and 3% by weight of carbon fibers having an average fiber length of 20 μm (aspect ratio: 1.6) was used. Except for the above, a seal sample for a rotating shaft was prepared in the same manner as in Example 1.
[0035]
Comparative Example 7
A fluororesin composition comprising 92% by weight of PTFE, 5% by weight of graphite powder having an average particle diameter of 46 μm, and 3% by weight of carbon fiber having an average fiber length of 20 μm (aspect ratio: 1.6) was used. Except for the above, a seal sample for a rotating shaft was prepared in the same manner as in Example 1.
[0036]
Comparative Example 8
A sample for a rotary shaft seal was prepared in the same manner as in Example 1 except that a fluororesin composition comprising 70% by weight of PTFE and 30% by weight of graphite powder having an average particle size of 46 μm was used.
[0037]
Comparative Example 9
A fluororesin composition comprising 84.5% by weight of PTFE, 15% by weight of graphite powder having an average particle diameter of 20 μm, and 0.5% by weight of carbon fiber having an average fiber length of 20 μm (aspect ratio: 1.6). A sample of the rotary shaft seal was prepared in the same manner as in Example 1 except that the product was used.
[0038]
Comparative Example 10
Except for using a fluororesin composition comprising 85% by weight of PTFE and 15% by weight of carbon fiber having an average fiber length of 20 μm (aspect ratio: 1.6), the same for the rotating shaft as in Example 1. A sample of the seal was prepared.
[0039]
Comparative Example 11
A fluororesin composition comprising 70% by weight of PTFE, 15% by weight of graphite powder having an average particle diameter of 46 μm, and 15% by weight of carbon fibers having an average fiber length of 20 μm (aspect ratio: 1.6) was used. Except for the above, a seal sample for a rotating shaft was prepared in the same manner as in Example 1.
[0040]
〔Evaluation test〕
(1) Abrasion test From each sample of Examples 1 to 3, Reference Example 1 and Comparative Examples 1 to 11, cylindrical pin-shaped samples having a diameter of 5 mm and a length of 12 mm were prepared by cutting, respectively, and pin-on-disk Each sample was subjected to a wear test by the method, and the wear coefficient (× 10 ⁻⁵ mm / s) was calculated from the wear amount per hour.
The abrasion test was performed under the following conditions.
・ Pressure: 2MPa
・ Speed: 5m / s
・ Temperature: 130 ℃
-Partner material: S45C disc [0041]
(2) Gas leak test From each sample of Examples 1 to 3, Reference Example 1 and Comparative Examples 1 to 11, disk-shaped samples having a diameter of 30 mm and a length of 1 mm were prepared by cutting, respectively, and stainless steel tubes 200 g of HCFC134a was put in (capacity: 400 cc), sealed with the above sample, and then heated at 90 ° C. for 4 hours to see whether there was a decrease in mass before and after heating. A sample in which no decrease in mass was observed was evaluated as ◯, and a sample in which a decrease in mass was observed was evaluated as ×.
[0042]
(3) Evaluation of dispersibility From each sample of Examples 1 to 3, Reference Example 1 and Comparative Examples 1 to 11, test pieces having a thickness of 1.0 mm were prepared by cutting, and these were enlarged using an optical microscope. By observing, dispersibility was evaluated. A sample that was uniformly dispersed by magnifying observation was marked with ◯, and a sample that had aggregates of 0.3 mm or more was marked with ×.
The results of the above (1) to (3) are shown in Tables 1 and 2.
[0043]
[Table 1]

[0044]
[Table 2]

[0045]
【The invention's effect】
As apparent from the above description, according to the present invention can be subjected Hisage the rotation shaft seal having excellent abrasion resistance and gas barrier properties.

Claims

Molded composition comprising 10% by weight to 25% by weight of graphite powder having an average particle size of 10 μm to 50 μm and 1% by weight to 10% by weight of carbon fiber having an average fiber length of 5 μm to 30 μm in a fluororesin It is a seal for a rotating shaft that is intended to seal gas.

The rotary shaft seal according to claim 1, wherein the fluororesin is polytetrafluoroethylene.

The rotary shaft seal according to claim 1 or 2 for use in a car air conditioner compressor.