JP5876007B2 - 樹脂組成物およびそれを用いたシール部材 - Google Patents
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Description
一方、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂は溶融粘度が高く、射出成形などの溶融加工によって加工することが困難であり、一般的に、予備成形、焼成、ならびに、旋盤およびフライス盤等の機械による切削加工の作業を要するため、生産速度すなわち量産性、製造コストの点では不利である。
(b)層状結晶構造を有する化合物の粉末1重量部〜7重量部、および
(c)樹脂粉末8重量部〜27重量部
を含有する、樹脂組成物。
[2](b)層状結晶構造を有する化合物の粉末がグラファイト粉末である、上記[1]に記載の樹脂組成物。
[3](c)樹脂粉末が、フッ素樹脂、ポリイミド、高密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、ポリエーテルエーエルケトン、ポリアセタール、フェノール樹脂、エポキシ樹脂からなる群より選ばれる1種または2種以上の樹脂の粉末である、上記[1]または[2]に記載の樹脂組成物。
[4](c)樹脂粉末がフッ素樹脂粉末である、上記[1]または[2]に記載の樹脂組成物。
[5]フッ素樹脂粉末がポリテトラフルオロエチレン粉末である、上記[4]に記載の樹脂組成物。
[6]上記[1]〜[5]のいずれかに記載の樹脂組成物を成形してなる、樹脂シール部材。
[7]シールリングである、上記[6]に記載の樹脂シール部材。
[8]シールリングが角リングである、上記[7]に記載の樹脂シール部材。
[9]シールリングがUシールである、上記[7]に記載の樹脂シール部材。
[10]エアコンディショナー用スクロールコンプレッサーのシールリングである、上記[7]〜[9]のいずれかに記載の樹脂シール部材。
[11]ダストシールである、上記[6]に記載のシール部材。
また、本発明の樹脂シール部材は、角リング、Uシール等のシールリング、ダストシール等として好適に用いることができ、特に高温の環境下で用いられるシールリングとして好適である。
さらに、本発明の樹脂組成物は、射出成形等の溶融成形が可能であり、生産速度すなわち量産性および製造コストの面で有利である。
グラファイトは、炭素からなる元素鉱物であり、六方晶系、六角板状結晶構造を有し、一方向に完全なへき開性を示す。グラファイト粉末として、天然または合成の鱗状グラファイト、鱗片状グラファイト、土状グラファイト等を用いることができるが、品質の安定性の観点から合成グラファイトが好ましく、樹脂組成物の成形により得られる樹脂シール部材が潤滑性に優れることから、合成鱗状または鱗片状グラファイトがより好ましく、鱗片状グラファイトがさらに好ましい。
なお、ここでいう「平均粒子径」は、日本工業規格(JIS) Z 8825−1:2001に従い、レーザー回折法により測定される。すなわち、レーザー回折法によって求めた粒度分布における積算値50%での粒子径(メジアン径)を意味する。
まず、樹脂シール部材の周方向に対して垂直な面を3カ所切り出し、各々研磨して平滑とした後、以下の条件で走査型電子顕微鏡により観察する。確認された層状結晶構造を有する化合物の粉末粒子について、各々長軸の長さを計測し、それらのうち最大値を、樹脂シール部材中における(b)層状結晶構造化合物粉末の最大粒子径とする。
<観察条件>
走査型電子顕微鏡:「JSM−5600LV」(日本電子株式会社製)
真空モード:低真空モード
加速電圧:15kV
倍率:500倍
また、ポリテトラフルオロエチレン粉末は、未変性のもの、変性したもののいずれをも使用することができるが、未変性のポリテトラフルオロエチレン粉末が好ましい。本発明の樹脂組成物に好適な未変性のポリテトラフルオロエチレンの表面エネルギーは、通常170μN/cm〜195μN/cmである。
なお、上記(c)樹脂粉末の平均粒子径は、JIS Z 8825−1:2001に従い、レーザー回折法により測定される。
なお、樹脂シール部材中における(c)樹脂粉末の上記最大粒子径も、樹脂シール部材中における(b)層状結晶構造を有する化合物の粉末の最大粒子径と同様に、走査型電子顕微鏡観察により確認される樹脂粉末の長軸の長さを計測し、それらのうちの最大値により表される。
(b)層状結晶構造化合物粉末を添加することにより、樹脂組成物に適度な補強効果が付与されて、耐摩耗性が向上すると考えられる。また、(c)樹脂粉末を添加することにより、樹脂組成物の摩擦係数が低下し、耐摩耗性が向上する。摺動時における摩擦による発熱の抑制も、耐摩耗性の向上に寄与していると考えられる。
平均繊維長が40μm以上の(d)無機繊維を用いると、樹脂組成物に特に良好な耐摩耗性を付与することができ、平均繊維長が500μm以下の(d)無機繊維を用いると、樹脂組成物に混練する際のフィード性が良好である。
(d)無機繊維の平均繊維長は、たとえば、当技術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することができる。
また、本発明において用いる(d)無機繊維のアスペクト比(繊維径に対する繊維長の比の平均値)は、通常0.5〜5であり、好ましくは0.5〜3である。
従って、本発明の樹脂組成物における(d)無機繊維の含有量は、通常1質量%未満であり、好ましくは0.5質量%未満であり、より好ましくは0.3質量%未満である。(d)無機繊維の含有量が1質量%未満であると、破断伸びおよび曲げ弾性率により表される機械物性を損なわない範囲で、耐摩耗性を向上させることができる。一方、耐摩耗性の観点からは、(d)無機繊維を若干添加することが好ましく、0.1質量%以上添加することがより好ましい。
従って、本発明の樹脂組成物における(e)エラストマーの含有量は、通常7.5質量%未満であり、好ましくは5質量%未満であり、より好ましくは3質量%未満である。(e)エラストマーの含有量が7.5質量%未満であると、耐摩耗性および破断伸びにより表される機械物性を損なわない範囲で、曲げ弾性率を低下させることができる。一方、曲げ弾性率を低下させる観点からは、(e)エラストマーを若干添加することが好ましく、より好ましくは0.1質量%以上、さらに好ましくは1質量%以上含有させる。
(1)常態物性:破断伸びが5%以上である。また、引張降伏強度が20MPa以上であることが好ましい。
(2)柔軟性:曲げ弾性率が3000MPa以下である。
(3)耐摩耗性:耐久時間が6時間以上であることが好ましい。また、摩耗量が0.7mm以下であることが好ましい。
本発明の樹脂組成物は、上記特性を有することから、シール部材の成形に好適に用いることができる。
角リングは、断面形状が矩形の環状シールであって、一般的に合口と呼ばれる切断部を有する。
また、Uシールは、断面形状がU字形の環状シールである。バネを溝に収容した状態で使用される場合には、そのバネがはずれないようにするため、U字状の溝の二つの上端部のうち少なくとも一つの上端部に、前記溝の内側に向かって、かつシールリングの円周方向に沿って張出部を有する。シールリングの使用中、バネをよりはずれにくくするためには、前記張出部は二つの上端部において、シールリングの全周にわたって設けることが好ましい。また、シール機能を向上させるためには、U字状の溝の二つの上端部に、前記溝の外側に向かって、かつシールリングの円周方向に沿ってリップ部を設けることが好ましい。
本発明のシールリングは、シール性に優れることから、エアコンディショナー用スクロールコンプレッサーのシールリングとして、特に有用である。
以下に示す実施例および比較例において使用した原料は、次の通りである。
(i)ウルトラゾーン(Ultrason) E2010(ビーエーエスエフ(BASF)社製):MVR=70cm3/10min、VN=56cm3/g
(ii)ウルトラゾーン(Ultrason) E3010(ビーエーエスエフ(BASF)社製):MVR=35cm3/10min、VN=66cm3/g
なお、上記原料のメルトボリュームレイト(MVR)および粘度数(VN)は、上述したように、ISO 1133およびISO 1628に従って測定された値である。
(i)「特CP」(日本黒鉛工業株式会社製):鱗形状、平均粒子径=15μm
(ii)「J−CPB」(日本黒鉛工業株式会社製):鱗形状、平均粒子径=5μm
なお、上記原料の平均粒子径は、上述したように、JIS Z 8825−1:2001に従い、レーザー回折法により測定された値である。
(i)「フルオンL169J」(旭硝子株式会社製):平均粒子径=17μm、BET法による比表面積=2m2/g
(ii)「フルオンL173J」(旭硝子株式会社製):平均粒子径=7μm、BET法による比表面積=8.2m2/g
なお、上記原料の平均粒子径は、上述したように、JIS Z 8825−1:2001に従い、レーザー回折法により測定された値である。
実施例および比較例の各樹脂組成物の組成を、下記表1および表2に示す。表中の各成分を秤り取り、ミキサーを用いてドライブレンドし、その後二軸押出機を用いて330℃〜370℃で押出して造粒し、各樹脂組成物を調製した。なお、表1および表2中の各成分の含有量は、重量部により示した。
上記各樹脂組成物(造粒物)について、それぞれ射出成形機に投入して加熱溶融後、所定の各種金型に射出し、次いで冷却して、所望の形状に成形できることを確認した。
上記2.において調製した実施例1〜11および比較例1〜6の各樹脂組成物について、以下の評価を行った。
ASTM規格 D638:1995に従って引張試験を実施し、引張降伏強度および破断伸びを測定した。
上記したように、本発明の目的には、破断伸びは5%以上であることを要し、引張降伏強度が20MPa以上であることが好ましい。
柔軟性の指標として、ASTM規格 D790に従って曲げ試験を実施し、曲げ弾性率および曲げ強度を測定した。
本発明の目的には、上記の通り、曲げ弾性率は3000MPa以下であることを要する。
樹脂組成物の流動性を表す指標として、JIS K 7210:1999に従って、メルトフローレイトを測定した。
耐衝撃性を評価するため、ISO 179/eAに従い、ノッチ有りシャルピー衝撃試験を実施し、シャルピー衝撃値を求めた。
なお、本発明の目的には、シャルピー衝撃値は5KJ/m2以上であることが好ましい。
耐熱変形性の指標として、ISO 75−2に従い、加熱変形温度を測定した。
なお、本発明の目的には、加熱変形温度は190℃〜220℃であることが好ましい。
耐摩耗性を評価するため、以下の条件下にピンディスク摩耗試験を実施し、耐久時間、摺動面温度、摩耗係数、動摩擦係数および摩耗量を測定した。
本発明の目的には、上記の通り、耐久時間が6時間以上であることが好ましく、摩耗量が0.7mm以下であることが好ましい。また、摺動面温度は220℃以下であることが好ましく、摩耗係数および動摩擦係数については、それぞれ低い方が好ましい。
<試験条件>
圧力:2、3、4MPa(各3時間ずつ加圧)
雰囲気温度:120℃
回転速度:3m/秒
また、本発明により、耐摩耗性に優れ、十分な伸張性を有し、装着性およびシール性が良好で、角リング、Uシール等の環状の樹脂シール部材として好適に用いることができ、特に高温の環境下で用いられるシールリングとして好適な樹脂シール部材を提供することができる。
Claims (11)
- (a)ポリエーテルサルフォン100重量部に対して、
(b)層状結晶構造を有する化合物の粉末1重量部〜7重量部、および
(c)未変性のポリテトラフルオロエチレン粉末8重量部〜27重量部
を含有する、シール部材用樹脂組成物。 - (b)層状結晶構造を有する化合物の粉末がグラファイト粉末である、請求項1に記載
の樹脂組成物。 - ASTM規格 D790に従って測定される曲げ弾性率が3000MPa以下である、請求項1または2に記載の樹脂組成物。
- 雰囲気温度=120℃、回転速度=3m/秒の条件下に、ピンディスク摩耗試験により測定される耐久時間が6時間以上であり、摩耗量が0.7mm以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
- 雰囲気温度=120℃、回転速度=3m/秒の条件下に、ピンディスク摩耗試験により測定される3MPaの加圧時の摺動面温度が220℃以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の樹脂組成物の成形体からなる、樹脂シール部材。
- シールリングである、請求項6に記載の樹脂シール部材。
- シールリングが角リングである、請求項7に記載の樹脂シール部材。
- シールリングがUシールである、請求項7に記載の樹脂シール部材。
- エアコンディショナー用スクロールコンプレッサーのシールリングである、請求項7〜9のいずれか1項に記載の樹脂シール部材。
- ダストシールである、請求項6に記載の樹脂シール部材。
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