KR20160034331A - 내이로젼성 재료 및 터빈 블레이드 - Google Patents

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다카시 하라카와
겐이치 야마자키
히로아키 조
나오키 시부카와
다다유키 하시다테
요시히로 효도
아키라 다나카
마사미츠 사쿠마
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Abstract

내(耐)이로젼성 재료는 연속부 및 불연속부를 갖는다. 연속부는 연속한 구조를 갖는다. 불연속부는 연속부의 내부에 불연속인 구조로 되도록 배치되어 있다. 당해 불연속부는 평균 입경 1㎛ 이하의 입자로 이루어진다. 또한, 당해 불연속부는 연속부보다도 표면 경도 및 영률이 높은 재료로 이루어진다.

Description

내이로젼성 재료 및 터빈 블레이드{EROSION RESISTANT MATERIAL AND TURBINE BLADE}
본 발명의 실시형태는, 내이로젼성 재료 및 터빈 블레이드에 관한 것이다.
종래, 고체 또는 액체로 이루어지는 입자가 고속으로 충돌하는 환경 하에 있어서 금속 재료가 이용되고 있다. 한편, 항공기, 자동차, 철도 등의 수송용 기기에 있어서, 에너지 절약화를 목적으로 하는 경량화를 위해, 카본 섬유, 유리 섬유 등에 의해 강화된 섬유 강화 플라스틱이 이용되고 있다.
섬유 강화 플라스틱에 대해서는 경량화가 가능해진다. 그러나, 고체 또는 액체로 이루어지는 입자가 고속으로 충돌했을 때, 섬유 또는 플라스틱이 침식을 받아 특성이 저하되기 쉽다. 그래서, 침식을 받는 표면에 금속 재료, 세라믹스 재료 등의 강화 재료를 배치하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
일본국 특개2008-169844호 공보
그러나, 강화 재료를 표면에 배치하는 방법의 경우, 경량화가 희생된다. 또한, 표면의 강화 재료가 침식되면 특성의 저하가 진행되기 쉽다. 본 발명의 실시형태는, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서 경량이며 또한 내이로젼성이 양호한 재료의 제공을 목적으로 한다.
제 1 실시형태의 내이로젼성 재료는 연속부 및 불연속부를 갖는다. 연속부는 연속한 구조를 갖는다. 불연속부는 연속부의 내부에 불연속인 구조로 되도록 배치되어 있다. 당해 불연속부는 평균 입경 1㎛ 이하의 입자로 이루어진다. 또한, 당해 불연속부는 연속부보다도 표면 경도 및 영률이 높은 재료로 이루어진다.
제 2 실시형태의 내이로젼성 재료는 연속부 및 불연속부를 갖는다. 연속부는 연속한 구조를 갖는다. 불연속부는 연속부의 내부에 불연속인 구조로 되도록 배치되어 있다. 당해 불연속부는 평균 입경 20㎛ 이하의 입자로 이루어진다. 또한, 당해 불연속부는 연속부보다도 표면 경도 및 영률이 낮은 재료로 이루어진다.
제 3 실시형태의 내이로젼성 재료는 수지 재료부를 갖는다. 당해 수지 재료부를 구성하는 수지 재료는 친수성기를 갖는다. 또한, 당해 수지 재료부를 구성하는 수지 재료는 표면의 수적(水滴) 접촉각이 80도 이하이다.
도 1은 제 1 실시형태의 내이로젼성 재료의 일례를 나타내는 단면도.
도 2는 제 1 실시형태의 내이로젼성 재료의 변형예를 나타내는 단면도.
도 3은 제 1 실시형태의 내이로젼성 재료의 다른 변형예를 나타내는 단면도.
도 4는 제 2 실시형태의 내이로젼성 재료의 일례를 나타내는 단면도.
도 5는 제 3 실시형태의 내이로젼성 재료의 일례를 나타내는 단면도.
도 6은 불연속부(산화텅스텐 입자)의 함유 비율과 이로젼량의 관계를 나타내는 도면.
도 7은 불연속부를 구성하는 입자의 형상과 이로젼량의 관계를 나타내는 도면.
도 8은 불연속부(고무 입자)의 함유 비율과 이로젼량의 관계를 나타내는 도면.
도 9는 표면의 수적 접촉각과 이로젼량의 관계를 나타내는 도면.
도 10은 불연속부의 구성과 이로젼량의 관계를 나타내는 도면.
이하, 내이로젼성 재료의 실시형태에 대해 도면을 참조해서 설명한다.
우선, 제 1 실시형태의 내이로젼성 재료에 대해 설명한다.
도 1은 제 1 실시형태의 내이로젼성 재료의 일례를 나타내는 단면도이다.
또, 도 1에는 내이로젼성 재료(10)에 충돌하는 충돌 입자(40)를 아울러서 도시하고 있다.
제 1 실시형태의 내이로젼성 재료(10)는 연속부(11) 및 불연속부(12)를 갖는다. 연속부(11)는 연속한 구조를 갖는 것이며 내이로젼성 재료(10)의 매트릭스로 되는 것이다. 연속부(11)의 내부에는 불연속부(12)가 배치되어 있다.
불연속부(12)는 연속부(11)의 내부에 불연속인 구조로 되도록 배치되어 있다. 당해 불연속부(12)는 평균 입경 1㎛ 이하의 입자로 구성되어 있다. 또한, 당해 불연속부(12)는 연속부(11)보다도 표면 경도 및 영률이 높은 재료로 구성되어 있다.
여기에서, 불연속인 구조란, 입자끼리가 접촉해 있지 않은 것을 의미한다. 그러나, 반드시 모든 입자가 서로 접촉해 있지 않을 필요까지는 없다. 예를 들면, 일부의 입자에 대해서는 서로 접촉해 있어도 된다. 이와 같은 불연속인 구조는 입자가 분산해서 배치되며 이들 입자간에 연속부(11)가 개재하는 것에 의해 형성되어 있다.
본 실시형태의 내이로젼성 재료(10)에 의하면, 상기한 연속부(11)와 불연속부(12)를 갖는 것에 의해 경량화가 가능해짐과 함께 내이로젼성이 양호해진다.
예를 들면, 일반적인 수지 재료의 경우 표면 경도 및 영률이 낮다. 상기 수지 재료의 경우 충돌 입자의 입사각이 클 때에는 영률이 낮기 때문에 충돌 입자의 충격이 흡수되어 침식이 억제된다. 그러나, 충돌 입자의 입사각이 작을 때에는 표면 경도가 낮기 때문에 긁힌 것과 같이 침식되기 쉽다. 여기에서 충돌 입자의 입사각이 큰 경우란, 표면에 수직에 가까운 각도로 충돌 입자가 입사하는 경우를 의미한다. 또한, 충돌 입자의 입사각이 작은 경우란, 표면을 스치도록 충돌 입자가 입사하는 경우를 의미한다.
반대로, 표면 경도 및 영률이 높은 재료의 경우, 충돌 입자의 입사각이 작을 때에는 표면 경도가 높기 때문에 긁힌 것과 같은 침식이 억제된다. 그러나, 충돌 입자의 입사각이 클 때에는 영률이 높기 때문에 충격이 충분히 흡수되지 않으므로 침식되기 쉽다.
본 실시형태의 내이로젼성 재료(10)에 의하면, 표면 경도 및 영률이 상대적으로 낮은 재료로 이루어지는 연속부(11)와, 표면 경도 및 영률이 상대적으로 높은 재료로 이루어지는 불연속부(12)가 적절히 배치된다. 이것에 의해 충돌 입자(40)의 입사각의 대소에 상관없이 침식이 억제된다.
예를 들면, 충돌 입자(40)의 입사각이 작을 경우, 충돌 입자(40)가 불연속부(12)를 스치도록 충돌한다. 여기에서, 불연속부(12)는 표면 경도 및 영률이 상대적으로 높은 재료로 이루어지는 것이다. 이것에 의해 긁힌 것과 같은 침식이 억제된다. 한편, 충돌 입자(40)의 입사각이 클 경우, 충돌 입자(40)가 불연속부(12)에 충돌했다고 해도, 이 불연속부(12)에 가해진 충격은 연속부(11)에 의해 흡수된다. 여기에서, 연속부(11)는 표면 경도 및 영률이 상대적으로 낮은 재료로 이루어지는 것이다. 이것에 의해, 충돌 입자(40)의 입사각이 작을 때의 긁힌 것과 같은 침식, 및 충돌 입자(40)의 입사각이 클 때의 충격에 의한 침식의 쌍방이 억제된다. 즉, 충돌 입자(40)의 입사각의 대소에 상관없이 침식이 억제된다.
여기에서, 충격을 흡수하는 효과는 충돌 입자(40)에 비해 불연속부(12)를 구성하는 입자의 입경이 충분히 작을 때에 현저해진다. 충돌 입자(40)로서 고체 또는 액체를 들 수 있다. 충돌 입자(40)의 대표예로서 평균 입경이 200㎛ 정도인 수적(水滴)을 들 수 있다. 본 실시형태의 내이로젼성 재료(10)에서는 불연속부(12)를 구성하는 입자의 평균 입경을 1㎛ 이하로 충분히 작게 함으로써 충격에 의한 침식이 효과적으로 억제된다. 불연속부(12)를 구성하는 입자의 평균 입경은 500㎚ 이하가 바람직하며, 300㎚ 이하가 보다 바람직하다. 평균 입경의 하한값은 반드시 제한되지 않지만 통상 1㎚ 정도이다.
또한, 충격을 흡수하는 효과는 불연속부(12)를 구성하는 입자끼리가 접촉해 있지 않은 것에 의해 얻어진다. 본 실시형태의 내이로젼성 재료(10)에서는 입자끼리가 접촉해 있지 않은 불연속인 구조로 함으로써 충격에 의한 침식이 효과적으로 억제된다. 이론적으로는, 연속부(11)와 불연속부(12)에 있어서의 연속부(11)의 체적에서의 비율이 1/3 이상으로 되면, 불연속부(12)를 구성하는 입자가 서로 접촉하지 않는 불연속인 상태로 된다.
또한, 본 실시형태의 내이로젼성 재료(10)에 의하면, 연속부(11)의 구성 재료로서 수지 재료를 이용할 수 있다. 이것에 의해 경량화를 도모할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 내이로젼성 재료(10)에 의하면, 연속부(11)와 불연속부(12)를 전체적으로 갖는다. 이것에 의해, 가령 충돌 입자(40)가 충돌해서 표면(10a)이 깎였다고 해도, 마찬가지의 구조를 갖는 표면이 차례로 나타나 내이로젼성의 저하가 억제된다.
또, 평균 입경, 표면 경도, 영률은 이하와 같이 해서 측정할 수 있다. 평균 입경은 레이저 회절법에 의해 측정할 수 있다. 표면 경도는 각 부를 구성하는 재료로 이루어지는 벌크품에 대해 측정할 수 있다. 표면 경도의 측정에서는 재료에 따른 경도계를 이용할 수 있다. 예를 들면, 연속부(11)를 구성하는 재료와 같이 유연한 재료에 대해서는 로크웰 경도계를 이용할 수 있다. 불연속부(12)를 구성하는 재료와 같이 단단한 재료에 대해서는 비커즈 경도계를 이용할 수 있다. 고무 재료에 대해서는 듀로미터를 이용할 수 있다. 영률은 인장 시험기를 이용해서 JISG0567J에 규정되는 시험편을 이용해 측정할 수 있다.
연속부(11)를 구성하는 재료의 표면 경도는 로크웰 경도(M스케일)가 130 이하인 것이 바람직하며, 120 이하인 것이 보다 바람직하고, 110 이하인 것이 더 바람직하고, 100 이하인 것이 특히 바람직하다. 연속부(11)를 구성하는 재료의 표면 경도의 하한값은 반드시 제한되지 않지만, 통상적으로 로크웰 경도(M스케일)가 60 정도이다.
연속부(11)를 구성하는 재료의 영률은 20㎬ 이하가 바람직하며, 10㎬ 이하가 보다 바람직하고, 5㎬ 이하가 더 바람직하다. 영률이 상기 범위 내일 경우, 충돌 입자(40)에 의해 불연속부(12)에 가해지는 충격이 흡수되어 내이로젼성이 양호해진다. 연속부(11)를 구성하는 재료의 영률의 하한값은 반드시 제한되지 않지만, 통상 100㎫ 정도이다.
연속부(11)를 구성하는 재료로서는 수지 재료가 바람직하다. 수지 재료로서는, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지, 및 폴리에스테르이미드 수지에서 선택되는 적어도 1종을 함유하는 것이 바람직하다. 수지 재료로서는 특히 에폭시 수지를 함유하는 것이 바람직하다. 또, 수지 재료에는 필요에 따라 경화제, 분산매, 레벨링제, 소포제, 안료 등이 함유되어도 된다.
에폭시 수지로서는, 예를 들면 에피클로로히드린과 비스페놀류 등의 다가(多價) 페놀류나 다가 알코올과의 축합에 의해서 얻어지는 것을 들 수 있다. 구체적으로는, 비스페놀A형 에폭시 수지, 브롬화비스페놀A형 에폭시 수지, 수첨(水添) 비스페놀A형 에폭시 수지, 비스페놀F형 에폭시 수지, 비스페놀S형 에폭시 수지, 비스페놀AF형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 플루오렌형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, 오르토크레졸노볼락형 에폭시 수지, 트리스(히드록시페닐)메탄형 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 또한, 테트라페닐올에탄형 에폭시 수지 등의 글리시딜에테르형 에폭시 수지나, 에피클로로히드린과 카르복시산의 축합에 의해 얻어지는 글리시딜에스테르형 에폭시 수지, 트리글리시딜이소시아네이트나 에피클로로히드린과 히단토인류의 반응에 의해서 얻어지는 히단토인형 에폭시 수지와 같은 복소환식(複素環式) 에폭시 수지 등을 들 수 있다.
연속부(11)를 구성하는 수지 재료는 표면의 수적 접촉각이 80도 이하인 것이 바람직하다. 수지 재료의 표면의 수적 접촉각이 80도 이하인 경우, 내이로젼성이 더 양호해진다. 이와 같은 수적 접촉각은 예를 들면 수지 재료가 친수성기를 갖는 것에 의해 얻어진다. 친수성기로서는, 예를 들면 수산기, 아미노기, 카르복시기, 설포기, 아미드기를 들 수 있다. 이와 같은 효과는 특히 충돌 입자(40)가 수적일 때에 발휘된다.
수지 재료에의 친수성기의 도입은, 예를 들면 수지 재료의 제조에 이용되는 수지로서 친수성기를 갖는 수지를 이용하는 것에 의해 행해진다. 친수성기를 갖는 수지로서는, 분자 내에 친수성기를 적어도 1개 갖고 있으면 되지만, 분자 내에 반복 단위를 가질 경우, 각각의 반복 단위에 친수성기를 적어도 1개 갖는 것이 바람직하다.
내이로젼성 재료(10)에 있어서는, 또한 충돌 입자(40)가 충돌하는 표면(10a)의 수적 접촉각이 80도 이하인 것이 바람직하다. 표면(10a)의 수적 접촉각이 80도 이하로 됨으로써 내이로젼성이 더 양호해진다. 여기에서, 표면(10a)은 연속부(11) 및 불연속부(12)를 갖는 표면이다.
불연속부(12)를 구성하는 재료의 표면 경도는 비커즈 경도로 700 이상이 바람직하며, 1000 이상이 보다 바람직하다. 불연속부(12)를 구성하는 재료의 표면 경도가 높을수록 충돌 입자(40)의 입사각이 작을 때의 긁힌 것과 같은 침식이 억제된다. 불연속부(12)를 구성하는 재료의 표면 경도의 상한값은 반드시 제한되지 않지만, 통상 2500 정도이다.
불연속부(12)를 구성하는 재료의 영률은 50㎬ 이상이 바람직하며, 100㎬ 이상이 보다 바람직하고, 300㎬ 이상이 더 바람직하다. 불연속부(12)를 구성하는 재료의 영률의 상한값은 반드시 제한되지 않지만, 통상 500㎬ 정도이다.
불연속부(12)의 구성 재료로서는 금속 재료, 세라믹스 재료, 또는 이들의 복합 재료가 바람직하다. 금속 재료로서는 철, 구리, 알루미늄, 티타늄, 및 텅스텐에서 선택되는 적어도 1종으로 이루어지는 것이 바람직하다. 세라믹스 재료로서는 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화텅스텐, 및 층상(層狀) 규산염 광물에서 선택되는 적어도 1종으로 이루어지는 것이 바람직하다.
불연속부(12)의 함유 비율은 연속부(11)와 불연속부(12)의 합계 중 1체적% 이상이 바람직하다. 불연속부(12)의 함유 비율이 1체적% 이상일 경우, 입사각이 작은 충돌 입자(40)에 의한 긁힌 것과 같은 침식이 효과적으로 억제된다. 불연속부(12)의 함유 비율은 긁힌 것과 같은 침식이 억제되므로 5체적% 이상이 보다 바람직하며, 10체적% 이상이 한층 더 바람직하고, 15체적% 이상이 더 바람직하고, 20체적% 이상이 한층 더 바람직하고, 25체적% 이상이 특히 바람직하다.
한편, 불연속부(12)의 함유 비율이 높아지면, 입사각이 작은 충돌 입자(40)에 의한 긁힌 것과 같은 침식이 그 이상 억제되지 않고, 반대로 입사각이 큰 충돌 입자(40)의 충격에 의해 침식되기 쉽다. 이 때문에, 불연속부(12)의 함유 비율은 연속부(11)와 불연속부(12)의 합계 중 40체적% 이하가 바람직하며, 35체적% 이하가 보다 바람직하고, 30체적% 이하가 더 바람직하다.
도 2는 내이로젼성 재료(10)의 변형예를 나타내는 단면도이다.
내이로젼성 재료(10)는 섬유(13)를 함유해도 된다. 예를 들면, 구조 부재의 경우, 그 자체로 충분한 기계적 강도를 갖는 것이 바람직하다. 이 때문에, 내이로젼성 재료(10)를 구조 부재로서 이용할 경우, 기계적 강도를 확보하기 위해 섬유(13)를 함유시키는 것이 바람직하다. 섬유(13)는 예를 들면 직포 또는 부직포로 이루어지는 기재(基材)의 상태로 함유된다. 섬유(13)를 구성하는 재료로서는 예를 들면 유리 섬유, 카본 섬유, 폴리머 섬유를 들 수 있다. 섬유(13)의 길이는 재료의 크기 등에 따라 적절히 변경할 수 있다.
섬유(13)를 함유할 경우, 그 함유 비율은 요구되는 기계적 강도 등에 따라 적절히 선택할 수 있다. 통상적으로 섬유(13)의 함유 비율은 내이로젼성 재료(10)의 전체 중 50체적% 이상이 바람직하며, 60체적% 이상이 보다 바람직하고, 70체적% 이상이 더 바람직하다. 한편, 섬유(13)의 함유 비율이 증가하면, 연속부(11) 및 불연속부(12)의 함유 비율이 상대적으로 저하되어 내이로젼성이 저하된다. 이 때문에, 섬유(13)의 함유 비율은 내이로젼성 재료(10)의 전체 중 99체적% 이하가 바람직하며, 95체적% 이하가 보다 바람직하다.
또, 내이로젼성 재료(10)에 함유되는 연속부(11), 불연속부(12), 섬유(13)의 각각의 체적으로의 비율은, 내이로젼성 재료(10)에 함유되는 연속부(11), 불연속부(12), 섬유(13)의 각각의 질량에서의 비율을 각각의 비중으로 나눈 것에 의해 구해진다.
도 3은 내이로젼성 재료(10)의 다른 변형예를 나타내는 단면도이다.
불연속부(12)를 구성하는 입자는, 반드시 구상(球狀)의 것에 한하지 않으며, 평판상(平板狀), 주상(柱狀) 등의 평균 애스팩트비가 1보다 높은 것이어도 된다. 평균 애스팩트비가 1보다 높은 입자의 경우, 연속부(11)와 불연속부(12) 사이의 결합력이 향상되므로, 특히 충돌 입자(40)의 입사각이 클 때의 충격에 의한 침식이 억제된다.
불연속부(12)를 구성하는 입자의 평균 애스팩트비는 5 이상이 바람직하며, 10 이상이 보다 바람직하다. 또, 불연속부(12)를 구성하는 입자의 평균 애스팩트비는 SEM 및 TEM 관찰에 의해 구해진다.
다음으로, 제 2 실시형태의 내이로젼성 재료에 대해 설명한다.
도 4는 제 2 실시형태의 내이로젼성 재료(20)의 일례를 나타내는 단면도이다.
제 2 실시형태의 내이로젼성 재료(20)는, 연속부(21)와 불연속부(22)에 있어서의 표면 경도 및 영률의 대소 관계가 역전되어 있는 것을 제외하고, 제 1 실시형태의 내이로젼성 재료(10)와 거의 마찬가지인 구조를 갖는다.
즉, 내이로젼성 재료(20)는 연속부(21) 및 불연속부(22)를 갖는다. 연속부(21)는 연속한 구조를 갖는 것으로서 내이로젼성 재료(20)의 매트릭스로 되는 것이다. 불연속부(22)는 연속부(21)의 내부에 있어서 불연속인 구조로 되도록 배치되어 있다. 당해 불연속부(22)는 평균 입경 20㎛ 이하의 입자로 구성되어 있다. 또한, 당해 불연속부(22)는 연속부(21)보다도 표면 경도 및 영률이 낮은 재료로 이루어진다.
이와 같이 불연속부(22)가 연속부(21)보다도 표면 경도 및 영률이 낮은 재료로 이루어지는 경우에 대해서도, 불연속부(22)가 연속부(21)보다도 표면 경도 및 영률이 높은 재료로 이루어지는 경우와 마찬가지로 내이로젼성이 양호해진다.
연속부(21)를 구성하는 재료의 표면 경도는 로크웰 경도(M스케일)가 80 이상인 것이 바람직하며, 90 이상인 것이 보다 바람직하고, 100 이상인 것이 더 바람직하다. 연속부(21)를 구성하는 재료의 표면 경도의 상한값은 반드시 제한되지 않지만, 통상적으로 로크웰 경도(M스케일)가 130 정도이다.
연속부(21)를 구성하는 재료의 영률은 1㎬ 이상이 바람직하며, 2㎬ 이상이 보다 바람직하고, 3㎬ 이상이 더 바람직하고, 10㎬ 이상이어도 된다. 연속부(21)를 구성하는 재료의 영률의 상한값은 반드시 제한되지 않지만, 통상 50㎬ 정도이다.
연속부(21)를 구성하는 재료로서는 수지 재료가 바람직하다. 수지 재료로서는 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지, 및 폴리에스테르이미드 수지에서 선택되는 적어도 1종을 함유하는 것이 바람직하며, 수지 재료로서는 특히 에폭시 수지를 함유하는 것이 바람직하다. 또, 이와 같은 수지 재료에는 필요에 따라 경화제, 분산매, 레벨링제, 소포제, 안료 등이 함유되어도 된다.
에폭시 수지로서, 예를 들면 에피클로로히드린과 비스페놀류 등의 다가 페놀류나 다가 알코올과의 축합에 의해 얻어지는 것을 들 수 있다. 구체적으로는, 비스페놀A형 에폭시 수지, 브롬화비스페놀A형 에폭시 수지, 수첨 비스페놀A형 에폭시 수지, 비스페놀F형 에폭시 수지, 비스페놀S형 에폭시 수지, 비스페놀AF형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 플루오렌형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, 오르토크레졸노볼락형 에폭시 수지, 트리스(히드록시페닐)메탄형 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 또한, 테트라페닐올에탄형 에폭시 수지 등의 글리시딜에테르형 에폭시 수지나, 에피클로로히드린과 카르복시산의 축합에 의해 얻어지는 글리시딜에스테르형 에폭시 수지, 트리글리시딜이소시아네이트나 에피클로로히드린과 히단토인류의 반응에 의해 얻어지는 히단토인형 에폭시 수지와 같은 복소환식 에폭시 수지 등을 들 수 있다.
연속부(21)를 구성하는 수지 재료는 표면의 수적 접촉각이 80도 이하인 것이 바람직하다. 수지 재료의 표면의 수적 접촉각이 80도 이하일 경우, 내이로젼성이 더 양호해진다. 이와 같은 수적 접촉각은 예를 들면 수지 재료가 친수성기를 갖는 것에 의해 얻어진다. 친수성기로서는 예를 들면 수산기, 아미노기, 카르복시기, 설포기, 아미드기를 들 수 있다.
수지 재료에의 친수성기의 도입은, 예를 들면 수지 재료의 제조에 이용되는 수지로서 친수성기를 갖는 수지를 이용하는 것에 의해 행해진다. 친수성기를 갖는 수지로서는 분자 내에 친수성기를 적어도 1개 갖고 있으면 되지만, 분자 내에 반복 단위를 가질 경우, 각각의 반복 단위에 친수성기를 적어도 1개 갖는 것이 바람직하다.
내이로젼성 재료(20)에 있어서는, 또한 충돌 입자(40)가 충돌하는 표면(20a), 즉 연속부(21) 및 불연속부(22)를 갖는 표면(20a)의 수적 접촉각이 80도 이하인 것이 바람직하다. 표면(20a)의 수적 접촉각이 80도 이하로 됨으로써 내이로젼성이 더 양호해진다.
불연속부(22)를 구성하는 입자의 평균 입경은 10㎛ 이하가 바람직하며, 7㎛ 이하가 보다 바람직하고, 6㎛ 이하가 더 바람직하고, 0.5㎛ 이하가 특히 바람직하다. 평균 입경의 하한값은 특히 제한되지 않지만, 통상 10㎚ 정도이다.
불연속부(22)를 구성하는 재료의 표면 경도는 로크웰 경도(M스케일)가 130 이하인 것이 바람직하며, 100 이하인 것이 보다 바람직하다.
불연속부(22)를 구성하는 재료의 영률은 100㎫ 이하가 바람직하며, 10㎫ 이하가 보다 바람직하고, 5㎫ 이하가 더 바람직하고, 3㎫ 이하가 특히 바람직하다. 불연속부(22)를 구성하는 재료의 영률의 하한값은 반드시 제한되지 않지만, 통상 0.1㎫ 정도이다.
불연속부(22)의 구성 재료는 고무 탄성을 갖는 재료가 바람직하며, 코어-쉘 고무, 고형(固形) 고무, 액상 고무 등이 바람직하다.
불연속부(22)의 함유 비율은 연속부(21)와 불연속부(22)의 합계 중 1체적% 이상이 바람직하며, 5체적% 이상이 보다 바람직하고, 10체적% 이상이 더 바람직하고, 15체적% 이상이 특히 바람직하다. 또한, 불연속부(22)의 함유 비율은 연속부(21)와 불연속부(22)의 합계 중 40체적% 이하가 바람직하며, 35체적% 이하가 보다 바람직하고, 30체적% 이하가 더 바람직하다.
또한 불연속부(22)로서, 평균 입경 1㎛ 이하의 입자로 이루어지며, 연속부(21)보다도 표면 경도 및 영률이 높은 제 1 재료(제 1 실시형태의 내이로젼성 재료(10)의 불연속부(12)), 및 평균 입경 20㎛ 이하의 입자로 이루어지며, 연속부(21)보다도 표면 경도 및 영률이 낮은 제 2 재료(제 2 실시형태의 내이로젼성 재료(20)의 불연속부(22))의 양쪽을 함유시켜도 된다. 이 경우, 제 1 재료는 5∼30체적%, 제 2 재료는 5∼30체적%로 해서 함유시키는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 제 1 재료는 5∼20체적%, 제 2 재료는 5∼20체적%로 해서 불연속부 전체를 40체적% 이하로 하는 것이 바람직하다.
내이로젼성 재료(20)는 도시하지 않지만, 제 1 실시형태의 내이로젼성 재료(10)와 마찬가지로 섬유를 함유할 수 있다. 섬유를 함유할 경우에 대한 섬유의 종류, 섬유의 함유 비율 등은 제 1 실시형태의 내이로젼성 재료(10)의 경우와 마찬가지이다.
제 1, 제 2 실시형태의 내이로젼성 재료는 예를 들면 이하와 같이 해서 제조할 수 있다. 우선, 연속부를 구성하는 수지, 불연속부를 구성하는 입자, 필요에 따라 경화제, 레벨링제, 소포제, 안료, 분산매 등을 혼합해서 원료 혼합물을 조제한다. 그 후, 이것을 경화시킨다. 이것에 의해 제 1, 제 2 실시형태의 내이로젼성 재료를 제조할 수 있다. 또한, 당해 원료 혼합물을 직포 또는 부직포로 이루어지는 기재에 함침시키고 나서 경화시켜도 된다. 이것에 의해 연속부의 내부에 섬유를 갖는 것을 제조할 수 있다.
예를 들면, 에폭시 수지를 이용할 경우, 에폭시 수지용 경화제로서, 아민계 경화제, 산 무수물계(無水物系) 경화제, 이미다졸계 경화제, 폴리메르캅탄계 경화제, 페놀계 경화제, 루이스산계 경화제, 이소시아네이트계 경화제 등이 이용된다.
아민계 경화제로서, 예를 들면 에틸렌디아민, 1,3-디아미노프로판, 1,4-디아미노부탄, 헥사메틸렌디아민, 디프로필렌디아민, 폴리에테르디아민, 2,5-디메틸헥사메틸렌디아민, 트리메틸헥사메틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 이미노비스프로필아민, 비스(헥사메틸)트리아민, 트리에틸렌테트라민, 테트라에틸렌펜타민, 펜타에틸렌헥사민, 아미노에틸에탄올아민, 트리(메틸아미노)헥산, 디메틸아미노프로필아민, 디에틸아미노프로필아민, 메틸이미노비스프로필아민, 멘센디아민, 이소포론디아민, 비스(4-아미노-3-메틸디시클로헥실)메탄, 디아미노디시클로헥실메탄, 비스(아미노메틸)시클로헥산, N-아미노에틸피페라진, 3,9-비스(3-아미노프로필)2,4,8,10-테트라옥사스피로(5,5)운데칸, m-자일렌디아민, 메타페닐렌디아민, 디아미노디페닐메탄, 디아미노디페닐설폰, 디아미노디에틸디페닐메탄, 디시안디아미드, 유기산 디히드라지드 등을 들 수 있다.
산 무수물계 경화제로서, 예를 들면 도데세닐 무수 숙신산, 폴리아디프산 무수물, 폴리아젤라산 무수물, 폴리세바스산 무수물, 폴리(에틸옥타데칸이산) 무수물, 폴리(페닐헥사데칸이산) 무수물, 메틸테트라히드로 무수 프탈산, 메틸헥사히드로 무수 프탈산, 무수 메틸하이믹산, 헥사히드로 무수 프탈산, 테트라히드로 무수 프탈산, 트리알킬테트라히드로 무수 프탈산, 메틸시클로헥센디카르복시산 무수물, 무수 프탈산, 무수 트리멜리트산, 무수 피로멜리트산, 벤조페논테트라카르복시산, 에틸렌글리콜비스트리멜리테이트, 글리세롤트리스트리멜리테이트, 무수 헤트산, 테트라브로모 무수 프탈산, 무수 나딕산, 무수 메틸나딕산, 무수 폴리아젤라산 등을 들 수 있다.
이미다졸계 경화제로서, 예를 들면 2-메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸 등을 들 수 있다. 또한, 폴리메르캅탄계 경화제의 구체예로서, 폴리설파이드, 티오에스테르 등을 들 수 있다.
에폭시 수지용 경화제의 배합량은, 경화제의 종류 등에 따라 유효량의 범위 내에서 적절히 설정되지만, 일반적으로는 에폭시 수지의 에폭시 당량에 대해 1/2∼2당량이 바람직하다. 1/2당량 미만의 경우 에폭시 수지의 경화 반응이 충분히 진행되지 않을 우려가 있다. 한편, 2당량을 초과할 경우 내이로젼성 재료(10)의 내열성 등이 저하될 우려가 있다.
또한, 에폭시 수지의 경화 반응을 촉진 혹은 제어하기 위해 에폭시 수지용 경화 촉진제를 이용할 수 있다. 예를 들면, 산 무수물계 경화제를 이용할 경우, 그 경화 반응이 아민계 경화제 등의 다른 경화제와 비교해 느리므로, 에폭시 수지용 경화 촉진제를 이용하는 것이 바람직하다. 산 무수물계 경화제용의 경화 촉진제로서, 삼급아민 또는 그 염, 사급암모늄 화합물, 이미다졸, 알칼리 금속 알콕시드 등을 들 수 있다.
또한, 분산매로서 반응성 용매, 비반응성 용매를 이용할 수 있다. 반응성 용매는 에폭시 수지용 경화제에 대해 반응성을 갖는 용매이며, 1분자당 1개 이상의 에폭시기를 갖는 유기 화합물 등을 들 수 있다. 반응성 용매에 의하면, 에폭시 수지용 경화제와 반응해서 에폭시 수지 경화물 중에 도입되므로 내열성 등의 저하가 억제된다.
반응성 용매로서, 예를 들면 부틸글리시딜에테르, 알킬렌모노글리시딜에테르, 알킬페놀모노글리시딜에테르, 폴리프로필렌글리콜디글리시딜에테르, 알킬렌디글리시딜에테르 등을 들 수 있다.
비반응성 용매로서, 예를 들면 톨루엔, 자일렌, 벤젠, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 프로필알코올, 이소프로필알코올, 헥산, 시클로헥산, 시클로펜탄, N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭시드, 아세트산에틸, 아세토니트릴, 디에틸에테르, 테트라히드로퓨란, 사염화탄소, 디클로로메탄, 클로로포름, 클로로벤젠 등을 들 수 있다.
분산매의 배합량은 예를 들면 에폭시 수지 100질량부에 대해 1∼100질량부가 바람직하다. 1질량부 이상의 경우 불연속부(12)로 되는 충전재의 분산성을 충분히 높일 수 있다. 한편, 100질량부 이하의 경우 내열성 등을 확보할 수 있다.
다음으로, 제 3 실시형태의 내이로젼성 재료에 대해 설명한다.
도 5는 제 3 실시형태의 내이로젼성 재료의 일례를 나타내는 단면도이다.
제 3 실시형태의 내이로젼성 재료(30)는 수지 재료부(31)를 갖는다. 당해 수지 재료부(31)를 구성하는 수지 재료는 친수성기를 갖는다. 또한, 당해 수지 재료부(31)를 구성하는 수지 재료는 표면의 수적 접촉각이 80도 이하이다.
내이로젼성 재료(30)에 의하면, 친수성기를 갖는 것에 의해 표면의 수적 접촉각이 80도 이하로 되는 수지 재료를 가지므로 내이로젼성이 양호해진다. 친수성기로서는 예를 들면 수산기, 아미노기, 카르복시기, 설포기, 아미드기를 들 수 있다. 수적 접촉각은 내이로젼성이 양호해지므로 75도 이하가 바람직하며, 70도 이하가 보다 바람직하다. 수적 접촉각의 하한값은 특히 제한되지 않으며 0도여도 되지만, 통상적으로는 60도 정도이면 충분하다.
수지 재료로서는 친수성기를 갖는 수지를 함유하는 것이 바람직하다. 친수성기를 갖는 수지로서는, 친수성기를 갖는 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지, 및 폴리에스테르이미드 수지에서 선택되는 적어도 1종이 바람직하다. 친수성기를 갖는 수지로서는 특히 친수성기를 갖는 에폭시 수지가 바람직하다. 친수성기를 갖는 수지로서는 분자 내에 친수성기를 적어도 1개 갖고 있으면 되지만, 분자 내에 반복 단위를 가질 경우, 각각의 반복 단위에 친수성기를 적어도 1개 갖는 것이 바람직하다. 또, 수지 재료에는 필요에 따라 경화제, 분산매, 레벨링제, 소포제, 안료 등이 함유되어도 된다.
내이로젼성 재료(30)는 수지 재료부(31)만으로 이루어지는 것이어도 되며, 도시하지 않지만 수지 재료부(31)의 내부에 섬유를 함유하는 것이어도 된다. 섬유를 구성하는 재료로서는 예를 들면 유리 섬유, 카본 섬유, 폴리머 섬유를 들 수 있다.
섬유를 함유할 경우, 내이로젼성 재료(30)의 전체 중 50체적% 이상이 바람직하며, 60체적% 이상이 보다 바람직하고, 70체적% 이상이 더 바람직하다. 한편, 섬유의 함유 비율이 증가하면 내이로젼성이 저하되기 쉬우므로, 섬유의 함유 비율은 내이로젼성 재료(30)의 전체 중 99체적% 이하가 바람직하며, 95체적% 이하가 보다 바람직하다.
내이로젼성 재료(30)는, 수지 재료부(31)의 내부에 제 1 실시형태의 내이로젼성 재료(10)에 있어서와 같은 불연속부(12)를 함유해도 된다. 이 경우, 내이로젼성 재료(30)는 제 1 실시형태의 내이로젼성 재료(10)와 마찬가지의 구조로 된다. 즉, 수지 재료부(31)가 제 1 실시형태의 내이로젼성 재료(10)에 있어서의 연속부(11)로 된다. 불연속부(12)를 함유할 경우의 불연속부(12)의 바람직한 특성, 구성 재료, 함유 비율 등은 제 1 실시형태의 내이로젼성 재료(10)의 경우와 마찬가지이다.
또한, 내이로젼성 재료(30)는, 수지 재료부(31)의 내부에 제 2 실시형태의 내이로젼성 재료(20)에 있어서와 같은 불연속부(22)를 함유해도 된다. 이 경우, 내이로젼성 재료(30)는 제 2 실시형태의 내이로젼성 재료(20)와 마찬가지의 구조로 된다. 즉, 수지 재료부(31)가 제 2 실시형태의 내이로젼성 재료(20)에 있어서의 연속부(21)로 된다. 불연속부(22)를 함유할 경우의 불연속부(22)의 바람직한 특성, 구성 재료, 함유 비율 등은 제 2 실시형태의 내이로젼성 재료(20)의 경우와 마찬가지이다.
제 1 실시형태의 내이로젼성 재료(10)에 있어서와 같은 불연속부(12), 또는 제 2 실시형태의 내이로젼성 재료(20)에 있어서와 같은 불연속부(22)를 함유할 경우에 대해서도, 표면(30a)의 수적 접촉각이 80도 이하로 되는 것이 바람직하다. 여기에서, 표면(30a)은 내이로젼성 재료(30)에 있어서 충돌 입자(40)가 충돌하는 표면(30a)이다. 즉, 표면(30a)은 수지 재료부(31)와 불연속부(12) 또는 불연속부(22)를 갖는 표면이다. 표면(30a)의 수적 접촉각이 80도 이하로 됨으로써 내이로젼성이 더 양호해진다.
내이로젼성 재료(30)는 예를 들면 이하와 같이 해서 제조할 수 있다. 우선, 친수성기를 갖는 수지, 필요에 따라 경화제, 레벨링제, 소포제, 안료, 분산매 등을 혼합해서 원료 혼합물을 조제한다. 그 후, 이것을 경화시킨다. 이것에 의해 내이로젼성 재료(30)를 제조할 수 있다. 또한, 당해 원료 혼합물을 직포 또는 부직포로 이루어지는 기재에 함침시키고 나서 경화시켜도 된다. 이것에 의해, 섬유를 함유하는 내이로젼성 재료(30)를 제조할 수 있다. 또, 경화제 등의 성분에 대해서는 이미 설명한 것을 이용할 수 있다.
각 실시형태의 내이로젼성 재료는 충돌 입자가 고속으로 충돌할 우려가 있는 것에 특별히 제한되지 않고 이용된다. 충돌 입자로서는 고체, 액체 중 무엇으로 이루어지는 것이어도 된다. 이와 같은 각 실시형태의 내이로젼성 재료가 이용되는 것으로서는, 예를 들면 터빈 발전기, 원자력 기기 등의 산업용 기기, 항공기, 자동차, 철도 등의 수송용 기기, 건축물 등을 구성하는 각종 구조 부재를 들 수 있다. 각 실시형태의 내이로젼성 재료는 이와 같은 구조 부재의 전체 또는 일부로서 이용된다. 구조 부재의 일부로서 이용될 경우, 예를 들면 표면을 피복해서 보호하는 코팅으로서 이용된다.
예를 들면, 증기 터빈의 저압 터빈에 있어서의 최종 단락 부근에 있어서는 증기 압력의 저하 때문에 수적이 발생하기 쉽다. 이 수적은 증기류에 의해 터빈 블레이드에 충돌해서 터빈 블레이드를 침식시킨다. 이와 같은 터빈 블레이드의 전체 또는 일부에 각 실시형태의 내이로젼성 재료를 이용함으로써 경량화하면서 수적의 충돌에 의한 침식을 억제할 수 있다.
[실시예]
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조해서 상세히 설명한다.
(실시예 1)
연속부가 비스페놀A형 에폭시 수지의 경화물(표면 경도 : 로크웰 경도(M스케일) 100, 영률 : 3㎬)로 이루어지고, 불연속부가 산화텅스텐 입자(표면 경도 : 비커즈 경도 1300, 영률 : 500㎬)로 이루어지고, 연속부와 불연속부에 있어서의 불연속부의 비율이 5∼40체적%의 범위로 변경된 평가용 재료를 제조했다. 이 평가용 재료는 제 1 실시형태의 내이로젼성 재료의 구성을 갖는 것이다.
또, 평가용 재료는 연속부와 불연속부로 이루어지며 섬유를 포함하지 않는 것이다. 불연속부를 구성하는 산화텅스텐 입자의 입경은 100㎚ 정도이다. 비스페놀A형 에폭시 수지는 비스페놀A와 에피클로로히드린의 축합 반응에 의해 제조되는 것이며, 비스페놀A와 에피클로로히드린으로 이루어지는 반복 단위를 갖고, 이 반복 단위 중에 친수성기로서의 수산기를 갖는다.
또한, 연속부를 구성하는 재료의 표면의 수적 접촉각을 측정한 바, 88도였다. 여기에서, 수적 접촉각의 측정은 이하와 같이 해서 행했다. 우선, 평가용 재료를 100㎜ 사각으로 절단한 후, 습도 50%, 온도 55℃의 환경에서 12시간 유지 후, 같은 습도이며 온도 25℃인 환경에서 12시간 유지했다. 그 후, 이 평가용 재료를 교와가이멘가가쿠제 접촉각계(CA-2형)에 설치하고, 평가용 재료의 표면에 2㎕의 물을 적하해서 수적의 접촉각을 측정했다.
이와 같은 평가용 재료에 대해 내이로젼성을 평가했다. 평가는, 평가용 재료에 충돌 입자로서 입경 200㎚ 정도의 다수의 유리 비드를 가스압 0.5㎫로 충돌시켰다. 그리고, 평가용 재료의 용적(질량을 비중으로 나눠서 산출)의 감량을 이로젼량으로서 계측했다. 또, 평가는 충돌 입자의 입사각을 30도 및 90도로 한 2종류에 대해 행했다. 입사각은 평가용 재료의 표면과 평행한 경우를 0도로 하고, 평가용 재료의 표면에 수직인 경우를 90도로 했다. 결과를 도 6에 나타낸다.
도 6으로부터 자명한 바와 같이, 입사각이 30도일 경우 불연속부의 함유 비율의 증가에 수반해 이로젼량이 저하된다. 그러나, 함유 비율이 30체적%를 초과하면 이로젼량은 그 이상 저하되지 않게 된다. 한편, 입사각이 90도일 경우 불연속부의 함유 비율이 30체적%를 초과하면 급속하게 이로젼량이 증가한다.
상기 결과는 이하와 같은 이유에 의한 것으로 추측된다.
입사각이 작을 경우 긁힌 것과 같은 침식이 주체로 된다. 불연속부의 함유 비율이 증가하면 평가용 재료의 표면에 나타나는 불연속부가 많아져, 이 표면에 나타난 불연속부에 의해 이로젼량이 저하되는 것으로 추측된다. 그러나, 불연속부의 함유 비율이 30체적%를 초과하면 평가용 재료의 표면에 나타나는 불연속부가 그 이상 많아지지 않는다. 이 때문에 이로젼량이 그 이상 저하되지 않게 되는 것으로 추측된다.
한편, 입사각이 클 경우 불연속부에 가해진 충격이 연속부에 흡수된다. 이것에 의해 이로젼량이 저감되는 것으로 추측된다. 그러나, 불연속부의 함유 비율이 30체적%를 초과하면, 불연속부를 구성하는 입자끼리의 간격이 짧아져 이들 사이에 개재되는 연속부가 적어진다. 이 때문에, 충격이 충분히 흡수되지 않아 결과적으로 충격에 약한 구조로 되는 것으로 추측된다.
입자가 이어지는 것을 퍼컬레이션 현상이라 부른다. 입자가 이어질 때의 체적 비율, 즉 퍼컬레이션 문턱값은 랜덤계의 경우 이론적으로는 31% 정도이다. 입사각이 클 때의 이로젼량은 이 값과 호응해 있을 가능성이 있다.
이러한 점에서, 연속부와 불연속부에 있어서의 불연속부의 함유 비율은 40체적% 이하가 바람직한 것을 알 수 있다. 이것에 의해 입사각이 작을 때의 긁힘에 의한 이로젼량을 저감할 수 있다. 또한, 입사각이 클 때의 충격에 의한 이로젼량을 저감할 수 있다. 또한, 긁힘에 강한 부분과 충격에 강한 부분이 구조 재료의 전체에 걸쳐서 적정하게 배치되어 구조 재료의 전체에 대해 내이로젼성이 양호해진다.
(실시예 2)
실시예 1의 결과로부터도 자명한 바와 같이, 불연속부의 함유 비율이 증가하면 입사각이 클 때의 이로젼량이 증가한다. 그 요인의 하나로서, 연속부와 불연속부 사이의 결합력이 약해 이들의 계면에서 파괴되는 것이 추측된다. 그래서, 연속부와 불연속부의 결합력을 높이기 위해, 불연속부를 구성하는 입자의 애스팩트비를 변경해서 계면의 면적을 증가시킴으로써 이로젼량의 저감을 시도했다.
평가용 재료로서, 연속부가 비스페놀A형 에폭시 수지의 경화물(표면 경도 : 로크웰 경도(M스케일) 100, 영률 : 3㎬)로 이루어지고, 불연속부가 입경 100㎚ 정도의 구상 산화텅스텐 입자(표면 경도 : 비커즈 경도 1300, 영률 : 500㎬), 두께 수 ㎚ 정도이며 반경이 100㎚ 정도인 편평상 실리케이트 입자(표면 경도 : 비커즈 경도 500, 영률 : 100㎬), 또는 직경 15㎚ 정도이며 길이가 20∼100㎚ 정도인 주상 산화티타늄 입자(표면 경도 : 비커즈 경도 1600, 영률 : 300㎬)로 이루어지고, 연속부와 불연속부에 있어서의 불연속부의 함유 비율이 20체적%인 것을 제조했다. 또, 평가용 재료는, 입자의 종류에 따라 구상 산화텅스텐 복합 수지, 편평상 실리케이트 복합 수지, 주상 산화티타늄 복합 수지의 3종을 제작했다.
이러한 평가용 재료에 대해 내이로젼성을 평가했다. 평가는, 평가용 재료에 충돌 입자로서 입경 100㎛ 정도의 다수의 유리 비드(고체) 또는 입경 180㎛ 정도의 다수의 수적(액체)을 가스압 0.5㎫, 충돌 입자의 입사각을 90도로 해서 충돌시켰다. 그리고, 평가용 재료의 질량의 감량을 이로젼량으로서 계측했다. 또한, 비교를 위해 불연속부를 함유하지 않는 연속부만으로 이루어지는 것(비복합 수지)에 대해 마찬가지의 계측을 행했다. 결과를 도 7에 나타낸다.
도 7로부터 자명한 바와 같이, 불연속부를 구성하는 입자의 애스팩트비가 큰 편평상 실리케이트 복합 수지 및 주상 산화티타늄 복합 수지의 경우, 비복합 수지 또는 구상 산화텅스텐 복합 수지에 비해 입사각이 클 때의 이로젼량이 저하된다.
(실시예 3)
연속부가 비스페놀A형 에폭시 수지의 경화물(표면 경도 : 로크웰 경도(M스케일) 100, 영률 : 3㎬)로 이루어지고, 불연속부가 코어-쉘 고무 입자(표면 경도 : 쇼어A 경도 60, 영률 : 1㎫)로 이루어지고, 연속부와 불연속부에 있어서의 불연속부의 함유 비율이 5∼40체적%의 범위로 변경된 평가용 재료를 복수 제조했다. 이 평가용 재료는 제 2 실시형태의 내이로젼성 재료의 구성을 갖는 것이다. 또, 평가용 재료는 연속부와 불연속부로 이루어지며 섬유를 포함하지 않는 것이다. 또한, 불연속부를 구성하는 입자는 입경 500㎚ 정도이다.
이와 같은 평가용 재료에 대해 내이로젼성을 평가했다. 평가는, 평가용 재료에 충돌 입자로서 입경 180㎛ 정도의 다수의 수적을 약 240m/sec로 충돌시켰다. 그리고, 평가용 재료의 질량의 감량을 이로젼량으로서 계측했다. 평가는 충돌 입자의 입사각을 30∼90도로 해서 행했다. 결과를 도 8에 나타낸다. 또, 도 8에는 연속부만으로 이루어지며 불연속부를 갖지 않는 것에 대한 결과도 아울러서 나타낸다.
도 8로부터 자명한 바와 같이, 불연속부가 연속부보다도 표면 경도 및 영률이 낮은 재료로 이루어지는 경우에 대해서도, 불연속부가 연속부보다도 표면 경도 및 영률이 높은 재료로 이루어지는 경우와 마찬가지로 내이로젼성이 양호해진다. 특히, 도 8로부터 자명한 바와 같이, 불연속부가 연속부보다도 표면 경도 및 영률이 낮은 재료로 이루어질 경우, 입사각이 75도 또는 90도와 같이 고각도측일 때에 내이로젼성이 양호해진다.
(실시예 4∼7, 비교예 1∼2)
실시예 4의 평가용 재료로서, 친수성기로서 적어도 수산기를 갖는 에스테르-아크릴 모노머 수지를 경화시켜서 얻어진 것으로서, 표면의 수적 접촉각이 47도인 것을 제작했다.
실시예 5의 평가용 재료로서, 친수성기로서 적어도 수산기를 갖는 에폭시-페놀 수지를 경화시켜서 얻어진 것으로서, 표면의 수적 접촉각이 61도인 것을 제작했다.
실시예 6의 평가용 재료로서, 친수성기로서 적어도 수산기를 갖는 에폭시-산 무수물-아크릴 모노머 수지를 경화시켜서 얻어진 것으로서, 표면의 수적 접촉각이 67도인 것을 제작했다.
실시예 7의 평가용 재료로서, 친수성기로서 적어도 수산기를 갖는 에폭시-에스테르-아크릴 모노머 수지를 경화시켜서 얻어진 것으로서, 표면의 수적 접촉각이 66.5도인 것을 제작했다.
비교예 1의 평가용 재료로서, 친수성기를 갖지 않는 에폭시-아민 수지를 경화시켜서 얻어진 것으로서, 표면의 수적 접촉각이 71.5도인 것을 제작했다.
비교예 2의 평가용 재료로서, 친수성기를 갖지 않는 에폭시-산 무수물 수지를 경화시켜서 얻어진 것으로서, 표면의 수적 접촉각이 88도인 것을 제작했다.
또, 실시예 4∼7의 평가용 재료는 제 3 실시형태의 내이로젼성 재료의 구성을 갖는 것이다.
다음으로, 실시예 4∼7 및 비교예 1∼2의 평가용 재료에 대해 내이로젼성을 평가했다. 평가는, 평가용 재료에 충돌 입자로서 입경 200㎛ 정도의 다수의 수적을 약 240m/초의 속도로 20분간 충돌시켰다. 그리고, 평가용 재료의 질량의 감량을 이로젼량으로서 계측했다. 또, 평가는 충돌 입자의 입사각을 75도로 해서 행했다. 결과를 도 9에 나타낸다.
도 9로부터 자명한 바와 같이, 친수성기를 가지며 또한 수지 재료의 표면의 수적 접촉각이 80도 이하로 될 경우 이로젼량이 저하된다. 또한, 수지 재료의 표면의 수적 접촉각이 80도 이하로 되는 범위에서는 수적 접촉각이 작아질수록 이로젼량이 저하된다. 이러한 점에서, 표면의 수적 접촉각이 80도 이하인 수지 재료를 갖는 것에 의해 양호한 내이로젼성이 얻어지는 것을 알 수 있다.
도 10은 충돌 각도를 90도로 했을 때의 이로젼량의 시간 변화를 나타낸다. BR은 비교예인 에폭시 수지뿐이다. LS10은 연속부로서 에폭시 수지를 이용하고, 불연속부로서 편평상 실리케이트를 10질량% 분산시킨 것이다. 또한, RPLS10은 연속부로서 젖음성이 좋은 에폭시-페놀 수지를 이용하고, 불연속부로서 편평상 실리케이트를 10질량%, 및 코어-쉘 고무 입자를 10질량% 복합한 것이다. 도면으로부터 자명한 바와 같이, 실리케이트, 코어-쉘 고무 입자를 젖음성이 높은 수지에 분산시킨 RPLS10이 가장 내이로젼성이 높다.
또, 상기 에폭시 수지의 비중은 1.1∼1.2, 상기 편평상 실리케이트의 비중은 1.2, 상기 코어-쉘 고무 입자의 비중은 1.0∼1.1이다. 이와 같이, 각 성분의 비중은 거의 동등하므로 각 성분의 질량에서의 비율은 체적에서의 비율에 거의 동등해진다. 즉, 상기 LS10은 불연속부로서 편평상 실리케이트를 10체적% 정도 함유한다. 또한, RPLS10은 편평상 실리케이트를 10체적% 정도, 코어-쉘 고무 입자를 10체적% 정도 함유한다.
이상, 본 발명의 몇 가지 실시형태를 설명했지만 이 실시형태들은 예로서 제시한 것이며 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규인 실시형태는 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하며 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 각종 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시형태나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께 특허청구범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.
10 : 내이로젼성 재료 11 : 연속부
12 : 불연속부 13 : 섬유
20 : 내이로젼성 재료 21 : 연속부
22 : 불연속부 30 : 내이로젼성 재료
31 : 수지 재료부 40 : 충돌 입자

Claims (16)

  1. 연속한 구조를 갖는 연속부와,
    상기 연속부의 내부에 불연속인 구조로 되도록 배치되며, 평균 입경 1㎛ 이하의 입자로 이루어지고, 상기 연속부보다도 표면 경도 및 영률이 높은 재료로 이루어지는 불연속부
    를 갖는 것을 특징으로 하는 내(耐)이로젼성 재료.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입자의 평균 애스팩트비가 5 이상인 것을 특징으로 하는 내이로젼성 재료.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 불연속부는, 금속 재료, 세라믹스 재료, 또는 이들의 복합 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내이로젼성 재료.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 금속 재료는, 철, 구리, 알루미늄, 티타늄, 및 텅스텐에서 선택되는 적어도 1종으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내이로젼성 재료.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 세라믹스 재료는, 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화텅스텐, 및 층상(層狀) 규산염 광물에서 선택되는 적어도 1종으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내이로젼성 재료.
  6. 연속한 구조를 갖는 연속부와,
    상기 연속부의 내부에 불연속인 구조로 되도록 배치되며, 평균 입경 20㎛ 이하의 입자로 이루어지고, 상기 연속부보다도 표면 경도 및 영률이 낮은 재료로 이루어지는 불연속부
    를 갖는 것을 특징으로 하는 내이로젼성 재료.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 불연속부는, 고무 탄성을 갖는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내이로젼성 재료.
  8. 연속한 구조를 갖는 연속부와,
    상기 연속부의 내부에 불연속인 구조로 되도록 배치되며, 평균 입경 1㎛ 이하의 입자로 이루어지고, 상기 연속부보다도 표면 경도 및 영률이 높은 제 1 재료, 및 평균 입경 20㎛ 이하의 입자로 이루어지고, 상기 연속부보다도 표면 경도 및 영률이 낮은 제 2 재료로 이루어지는 불연속부
    를 갖는 것을 특징으로 하는 내이로젼성 재료.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불연속부를, 상기 연속부와 상기 불연속부의 합계 중, 1체적% 이상 40체적% 이하 함유하는 내이로젼성 재료.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연속부가 수지 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내이로젼성 재료.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 수지 재료는, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지, 및 폴리에스테르이미드 수지에서 선택되는 적어도 1종으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내이로젼성 재료.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 수지 재료는, 친수성기를 가지며, 또한 표면의 수적(水滴) 접촉각이 80도 이하인 것을 특징으로 하는 내이로젼성 재료.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연속부의 내부에 섬유를 함유하는 것을 특징으로 하는 내이로젼성 재료.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 섬유는, 유리 섬유, 카본 섬유, 및 폴리머 섬유에서 선택되는 적어도 1종으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내이로젼성 재료.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 연속부, 상기 불연속부, 및 상기 섬유의 합계 중, 상기 섬유를 1체적% 이상 40체적% 이하 함유하는 내이로젼성 재료.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 기재된 내이로젼성 재료를 적어도 표면에 갖는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
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