JP3837266B2 - スクロール型コンプレッサー用シール材料 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摺動材であるスクロール型コンプレッサー用シール材料に関し、特に耐摩耗性に優れたスクロール型コンプレッサー用シール材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
チップシール材料としてポリテトラフルオロエチレン樹脂(以下ＰＴＦＥ樹脂と称する)、ポリフェニレンサルファイド樹脂(以下ＰＰＳ樹脂と称する)及びＰＡＮ系炭素繊維を添加した材料は公知である。例えば、特開平６−６４０８６６号公報にはＰＰＳ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂及びＰＡＮ系炭素繊維を含むチップシール材料が開示されており、摩耗特性、相手材損傷量、ヒケ量などにバランスの取れたチップシール材料であることが記載されている。しかし、同じＰＰＳ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＰＡＮ系炭素繊維であっても分子量、製造方法により色々なグレード、品種があり、同じ配合であっても使用する材料により性能にばらつきが見られる。従って、同組成であっても性能にばらつきのないより優れた特性を示すチップシール材料の提供が望まれている。また、さらに耐摩耗性及び相手材損傷性において優れたチップシール材料の提供が望まれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明は、高い耐摩耗性及び低い相手材損傷性を有するスクロール型コンプレッサー用チップシール材料を提供する事を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは鋭意研究を行った結果、ＰＡＮ系炭素繊維、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、及びポリフェニレンサルファイド樹脂を含むスクロール型コンプレッサー用シール材料であって、(a)該ＰＡＮ系炭素繊維がチョップド型炭素繊維である、(b)該ポリテトラフルオロエチレン樹脂が懸濁重合法により製造された樹脂である、及び(c)該ポリフェニレンサルファイド樹脂がリニア型又はセミリニア型である、という(a)〜(c)の条件のうち少なくとも二の条件を満たすスクロール型コンプレッサー用シール材料により耐摩耗性及び相手材損傷性において優れたスクロール型コンプレッサー用シール材料が得られることを見出し本発明を完成した。すなわち、ＰＡＮ系炭素繊維、ＰＴＦＥ樹脂及びＰＰＳ樹脂を含むスクロール型コンプレッサー用シール材料のうち、上記(a)〜(c)のいずれか二の条件を満たす材料を使用することにより、耐摩耗性及び相手材損傷性においてバラツキのない一定の高い効果を奏するシール材料が得られることが見出された。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明のスクロール型コンプレッサー用シール材料は、ＰＡＮ系炭素繊維、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、及びポリフェニレンサルファイド樹脂を含むスクロール型コンプレッサー用シール材料であって、以下の三種類の条件のうち、少なくとも二の条件を満たすことが必要である。
(a)該ＰＡＮ系炭素繊維がチョップド型炭素繊維であること。
(b)該ポリテトラフルオロエチレン樹脂が懸濁重合法により製造された樹脂であること。
(c)該ポリフェニレンサルファイド樹脂がリニア型又はセミリニア型であること。
上記三条件のうち、少なくとも二の条件を満たしてさえいれば、(a)及び(b)、(a)及び(c)、並びに(b)及び(c)のいずれの組み合わせであっても耐摩耗性及び相手材損傷性において優れた効果を奏する。
さらに、(a)〜(c)の条件を全て満たすシール材料は耐摩耗性及び相手材損傷性において最も優れた効果を奏し、最も好ましい。
以下、各条件について詳述する。
【０００６】
[炭素繊維]
本発明のスクロール型コンプレッサー用シール材料におけるＰＡＮ系炭素繊維としては、チョップド型ＰＡＮ系炭素繊維を用いる事が好ましい。
炭素繊維は一般に基材（ＰＰＳ樹脂）を補強し、耐摩耗性を向上させると共に、線膨張の抑制効果発現のために添加される。炭素繊維にはミルド型ファイバーとチョップド型ファイバーがあるが、本発明において、炭素繊維としてはチョップド型の方がミルド型よりも機械的強度及び耐摩耗性において優れることを見出した。これは以下のような理由によると考えられる。ミルド型ファイバーはチョップド型ファイバーを粉砕したものであるため、繊維長が１０００μｍ以下と短い。これを樹脂と混練し成形するとせん断により折れ、更に短繊維となる。短繊維になることにより、樹脂への補強効果が弱くなり耐摩耗性も低下したと考えられる。また、短繊維は摺動による摩擦抵抗によって脱落しやすく、繊維が脱落した部分の樹脂は補強効果が全くなくなり、摩耗を更に助長させると考えられる。
【０００７】
一方、チョップド型ファイバーを樹脂と混練し成形するとやはり折れが生ずるが、耐摩耗性はミルド型と比較してそれほど低下しない。チョップド型ファイバーはストランドを一定間隔にカットしたものであり、繊維長が比較的長い３〜１２mmの製品が市販されており、このように元々の長さが長いため、ある程度折れても比較的長さが維持できると考えられる。その結果、チョップド型ファイバーは樹脂への補強効果に優れ、機械的強度及び耐摩耗性をより向上させることが可能となったと考えられる。以上のようにチョップド型ファイバーとミルド型ファイバーとは両者をそれぞれ樹脂に添加した際の物性に大きな差異が生じることが見出されたがこれは両者の繊維長に起因すると考えられる。
【０００８】
[ＰＴＦＥ樹脂]
本発明においてＰＴＦＥ樹脂はシール材料に潤滑性を与え、摺動時の摩擦係数を低減させるために必要である。本発明のシール材料に用いるＰＴＦＥ樹脂は、懸濁重合法により製造されたＰＴＦＥ樹脂である事が好ましい。
一般にＰＴＦＥ樹脂は均一分散されることで常に良好な潤滑性を与え、摩擦係数を一定に維持し、耐摩耗性を向上させるために使用される。このＰＴＦＥ樹脂の中でも、摺動時に相手材への移着を容易に生じさせる（従って、ＰＴＦＥ樹脂同士の摺動となり摩擦係数を低減させる）、崩壊性のある低分子ＰＴＦＥ樹脂に分類されるＰＴＦＥ樹脂（例えば、ダイキン工業製ルブロンＬ−５等）の使用が一般的である。しかし、これらのＰＴＦＥ樹脂においてもさらに摺動性及び強度等に差異があることが見出された。そこでその理由について種々研究したところ、ＰＴＦＥ樹脂の重合方法の違いによって摺動性に差が生じてくるという知見が得られた。
前述のルブロンＬ−５は、乳化重合法により製造されるＰＴＦＥ樹脂であるが、この場合、他の樹脂との混練時、成形時にせん断を受けた際にその粒子が凝集して大粒子化したり、フィブリル化しやすく、その結果、ＰＴＦＥ樹脂は均一分散されずに摺動特性及び強度が低下する。乳化重合により製造されたＰＴＦＥ樹脂は粒子表皮が起毛しているような状態であり、従って、粒子同士の接触により繋がりやすく、凝集して大粒子化し易いのである。また乳化重合されたＰＴＦＥ樹脂は嵩高く柔らかいため、比較的低いせん断力でもつぶれ易く、伸び易いことから容易にフィブリル化し易い。
一方、懸濁重合法によって製造されたＰＴＦＥ樹脂（例えば三井・デュポンフロロケミカル(株)製ＭＰ１３００）を使用した場合、混練、成形時のせん断でも大粒子化やフィブリル化しにくく、細粒状が維持される。懸濁重合されたＰＴＦＥ樹脂は比較的硬く、粒子表面の起毛も少ないため、凝集やフィブリル化が生じにくいと考えられる。従って、懸濁重合されたＰＴＦＥ樹脂は均一分散が可能となり、常に良好な潤滑性を与え、高摺動性及び高強度が得られる。
【０００９】
[ＰＰＳ樹脂]
本発明におけるＰＰＳ樹脂は下記一般式(I)で表される合成樹脂である。架橋型よりもセミリニア型、リニア型の方が強度が高く、耐摩耗性に優れるため、セミリニア型又はリニア型の方が好ましい。
−［Ｐｈ−Ｓ］ｎ− ・・・ （Ｉ）
【００１０】
シール材料中のＰＡＮ系炭素繊維、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、及びポリフェニレンサルファイド樹脂の配合割合は、用いる材料により適宜選択して用いることができる。好ましくは、炭素繊維の使用量は５〜２０重量部、ＰＴＦＥ樹脂の使用量は１〜１５重量部、及びＰＰＳ樹脂の使用量が９４〜６５重量部である。ＰＴＦＥ樹脂の使用量が少ないと、潤滑性が付与されずその結果摩擦係数が低下しないため好ましくない。またＰＴＦＥ樹脂の使用量が多くなりすぎると充分な機械強度が得られず、耐クリープ性が低下する。
【００１１】
本発明のスクロール型コンプレッサー用シール材料は、以上述べた成分を混合、分散した後、適宜成形して用いる。混合、分散する方法については特に限定するものではなく、通常広く用いられている方法、例えば各材料をヘンシェルミキサー、ボールミル等の混合機により適宜乾式混合した後、溶融押し出し機、ニーダー等で溶融混合する方法を用いる事ができるが、炭素繊維等については過度の折れによる補強効果の低下を避けるためにサイドフィーダーから添加する事が望ましい。
【００１２】
【実施例】
以下、この発明を実施例に基づいて説明する。
実施例に使用した材料は以下の通りである。
ＰＰＳ樹脂：Ｔ−３ＡＧ（(株)トープレン製、セミリニア型）
ＰＡＮ系炭素繊維：Ｔ００６（東レ(株)製、チョップド型ファイバー）
ＰＴＦＥ樹脂：ゾニールＭＰ１３００(三井デュポンフロロケミカル(株)製、懸濁重合法により製造)
【００１３】
また、比較例に使用した材料は以下の通りである。
ＰＰＳ樹脂：Ｍ−１９００（東レ(株)製、架橋型）
ＰＡＮ系炭素繊維：ＭＬＤ−３００（東レ(株)製、ミルド型ファイバー）
ＰＴＦＥ樹脂：ルブロンＬ−５(ダイキン工業(株)製、乳化重合法により製造)
【００１４】
各成分の混合方法は以下の通りである。まず、ＰＰＳパウダーとＰＴＦＥパウダーをヘンシェルミキサーでドライブレンドした。二軸押し出し機にてメインフィーダーからＰＰＳとＰＴＦＥの混合パウダーを投入し、サイドフィーダーから炭素繊維を投入し、溶融混練しながら押し出し成形を行って、ペレットを得た。次にこれらペレットを射出成形により所定形状に成形し、本発明品(実施例１〜６)及び比較品(比較例１〜６)を得た。各成分の配合を表１−１及び表１−２に示す。
【００１５】
表１−１

【００１６】
表１−２

【００１７】
上記配合によって得られたサンプルの摩耗量及び相手材損傷量を測定した。摩耗量は重量変化から、また相手材損傷量は表面形状測定機による測定結果から求めた。試験条件を表２に示し、結果を表３に示す。
【００１８】
表２

【００１９】
表３

【００２０】
[結果]
表３から明らかなように、ＰＡＮ系炭素繊維、ＰＴＦＥ樹脂及びＰＰＳ樹脂からなるチップシール材料であっても、(a)チョップド型ＰＡＮ系炭素繊維、(b)懸濁重合法により製造されたＰＴＦＥ樹脂、及び(c)リニア型又はセミリニア型ＰＰＳ樹脂のうちいずれか二の材料の組み合わせを用いたスクロール型コンプレッサー用シール材料(実施例１〜６)は、(a)〜(c)のうちいずれか一のみ又は全く用いないチップシール材料（比較例１〜６）と比較して、耐摩耗性及び相手材損傷性において一定水準以上の優れた効果を示した。特に(a)〜(c)の全ての条件を満たすシール材料(実施例１〜３)は耐摩耗性及び相手材損傷性において非常に優れた効果を示した。
【００２１】
【発明の効果】
(a)チョップド型ＰＡＮ系炭素繊維、(b)懸濁重合法により製造されたポリテトラフルオロエチレン樹脂、及び(c)リニア型又はセミリニア型ポリフェニレンサルファイド樹脂のうち少なくとも二の材料を用いる、ＰＡＮ系炭素繊維、ＰＴＦＥ樹脂及びＰＰＳ樹脂を含むスクロール型コンプレッサー用シール材料により、高い耐摩耗性及び低い相手材損傷性を有するチップシール材料が提供される。

Claims (3)

1. ＰＡＮ系炭素繊維、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、及びポリフェニレンサルファイド樹脂を含み、該ＰＡＮ系炭素繊維がチョップド型炭素繊維であり、該ポリテトラフルオロエチレン樹脂が懸濁重合法により製造された樹脂であり、及び該ポリフェニレンサルファイド樹脂がリニア型又はセミリニア型樹脂であるスクロール型コンプレッサー用シール材料。
2. ＰＡＮ系炭素繊維を５〜２０重量部、ポリテトラフルオロエチレン樹脂を１〜１５重量部、及びポリフェニレンサルファイド樹脂を９４〜６５重量部の割合で含む、請求項１記載のスクロール型コンプレッサー用シール材料。
3. 該ポリテトラフルオロエチレン樹脂が低分子量ポリテトラフルオロエチレン樹脂である、請求項１または２記載のスクロール型コンプレッサー用シール材料。