(57)【要約】【課題】剛性が高すぎず、耐摩耗性に優れたシール部材を提供すること。【解決手段】ポリフェニレンサルファイド１００重量部、炭素繊維２〜１５重量部、およびポリテトラフルオロエチレン粉末５〜２５重量部を含有する樹脂組成物から、剛性が高すぎず、且つ耐摩耗性に優れたシール部材を得ることができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリフェニレンサルファイド１００重量部、
炭素繊維２〜１５重量部、および
ポリテトラフルオロエチレン粉末５〜２５重量部
を含有する樹脂組成物。
【請求項２】
さらにグラファイト粉末を含有する請求項１に記載の樹脂組成物。
【請求項３】
さらにエラストマーを含有する請求項１または２に記載の樹脂組成物。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の樹脂組成物を成形して得られるシール部材。
【請求項５】
曲げ弾性率が、４，０００ＭＰａ未満である請求項４に記載のシール部材。
【請求項６】
シールリングである請求項４または５に記載のシール部材。
【請求項７】
シールリングが、角リングまたはＵシールである請求項６に記載のシール部材。
【請求項８】
シールリングが、エアコンディショナー用スクロールコンプレッサーに用いられるものである請求項６または７に記載のシール部材。
【請求項９】
ダストシールである請求項４または５に記載のシール部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂組成物およびそれから得られるシール部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂組成物から得られるシール部材として、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂を切削加工により成形したＵシールやシールリング（特許文献１）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂とアモルファス状カーボン粉を主要構成成分として、射出成形により成形されてなるシールリング（特許文献２）、液晶ポリマー、フッ素樹脂、および１００００ｋｇｆ／ｍｍ２以下の引張り弾性率を有する炭素繊維よりなる摺動性組成物が成形されてなるチップシール（特許文献３）等が提案されている。さらに、スクロール圧縮機において、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミドまたは液晶ポリマーを基材とする合成樹脂が成形されてなるチップシールが使用されることが知られている（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２０９９２５号公報
【特許文献２】特開平１１−３４３４８０号公報
【特許文献３】特開平６−２５６４５号公報
【特許文献４】特開２０００−２１３４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
炭素繊維等を添加することによって、シール部材の剛性を高めて、耐摩耗性を向上させることがある。しかし、剛性が高すぎるシール部材では漏れ量が多くなるという問題が生ずる。この問題は、剛性が高すぎるシール部材では、密封装置の稼働時に受けた圧力に対する変形が生じ難く、密封装置への密着性が低くなることが原因であると考えられる。この漏れに対処するために剛性を低める（即ち、柔軟性を高める）と、シール部材の耐摩耗性が低下する。
【０００５】
本発明は上記のような事情に着目してなされたものであって、その目的は、剛性が高すぎず、且つ耐摩耗性に優れたシール部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らが上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、ポリフェニレンサルファイド（polyphenylenesulfide、以下「ＰＰＳ」と略称することがある）に、炭素繊維およびポリテトラフルオロエチレン（以下「ＰＴＦＥ」と略称することがある）粉末を特定量で添加して得られる樹脂組成物から、柔軟性および耐摩耗性のバランスに優れたシール部材が得られることを見出した。この知見に基づく本発明は以下の通りである。
【０００７】
［１］  ポリフェニレンサルファイド１００重量部、
炭素繊維２〜１５重量部、および
ポリテトラフルオロエチレン粉末５〜２５重量部
を含有する樹脂組成物。
［２］  さらにグラファイト粉末を含有する前記［１］に記載の樹脂組成物。
［３］  さらにエラストマーを含有する前記［１］または［２］に記載の樹脂組成物。
［４］  前記［１］〜［３］のいずれか一つに記載の樹脂組成物を成形して得られるシール部材。
［５］  曲げ弾性率が、４，０００ＭＰａ未満である前記［４］に記載のシール部材。
［６］  シールリングである前記［４］または［５］に記載のシール部材。
［７］  シールリングが、角リングまたはＵシールである前記［６］に記載のシール部材。
［８］  シールリングが、エアコンディショナー用スクロールコンプレッサーに用いられるものである前記［６］または［７］に記載のシール部材。
［９］  ダストシールである前記［４］または［５］に記載のシール部材。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の樹脂組成物から、剛性が高すぎず、且つ耐摩耗性に優れたシール部材を製造することができる。また、本発明の樹脂組成物は射出成形等の溶融加工が可能であり、量産性および製造コストの面で優れている。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の樹脂組成物はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を含有する。ＰＰＳは１種のみを使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１０】
ＰＰＳのメルトフローレート（以下「ＭＦＲ」と略称することがある）は、好ましくは１５〜５００ｇ／１０ｍｉｎ、より好ましくは３０〜３００ｇ／１０ｍｉｎである。このＭＦＲが１５ｇ／１０ｍｉｎ以上であると、射出成形時の金型内においてスムーズな樹脂の流れを確保することができ、５００ｇ／１０ｍｉｎ以下であると金型内での過剰なバリの生成を抑制することができる。このＭＦＲは、ＪＩＳ  Ｋ  ７２１０：１９９９に従って測定される。
【００１１】
ＰＰＳとしては市販品を使用することができる。市販品としては、例えば、ＤＩＣ株式会社のＦＺ−２１００、東レ株式会社のトレリナＡ−９００、ポリプラスチックス株式会社の０２２０Ａ９等が挙げられる。
【００１２】
本発明の樹脂組成物は、ＰＰＳ１００重量部に対して、２〜１５重量部の炭素繊維を含有する。なお本発明において、各成分（炭素繊維等）の重量部数は、それぞれ、ＰＰＳ１００重量部に対する値である。炭素繊維の含有量は、好ましくは３〜１３重量部、より好ましくは５〜１２重量部である。炭素繊維は１種のみを使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１３】
炭素繊維は、シール部材の剛性を高めて、その耐摩耗性を高めるために使用される。シール部材の分野において、高い耐摩耗性が求められるシール部材を製造するためには、多量の炭素繊維が用いられる。しかし、本発明者らが検討を重ねた結果、ポリフェニレンサルファイドに炭素繊維を多量に添加すると、得られるシール部材の剛性は向上するが、驚くべきことに、かえって耐摩耗性が劣ることを見出した。そこで、本発明では、炭素繊維量を上述の範囲に制限すると共に、炭素繊維に加えてＰＴＦＥ粉末も使用することによって、シール部材にある程度の柔軟性を付与しながら、耐摩耗性を向上させることを特徴とする。
【００１４】
炭素繊維は、例えば、ピッチ系炭素繊維、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維など、従来公知の種々の炭素繊維を使用することができる。これらの中でも、ピッチ系炭素繊維が好ましく、黒鉛化したピッチ系炭素繊維がより好ましい。ピッチ系炭素繊維は、例えば、不活性気体中で２，０００〜３，０００℃の熱処理を行うことで黒鉛化される。
【００１５】
炭素繊維の平均繊維長は、好ましくは０．１〜２．０ｍｍである。この平均繊維長が０．１ｍｍ以上であると、シール部材に良好な耐摩耗性を付与することができ、２．０ｍｍ以下であると、混練する際の樹脂組成物のフィード性が良好になる。
炭素繊維のアスペクト比（＝繊維長／繊維径）は、好ましくは１０〜２００、より好ましくは２５〜１３０である。
炭素繊維の平均繊維長およびアスペクト比は、炭素繊維の分野で通常行われる画像解析法によって測定することができる。
【００１６】
炭素繊維としては市販品を使用することができる。市販品としては、例えば、大阪ガスケミカル株式会社のＳ−２４２、Ｓ−２４７、三菱樹脂株式会社のＫ２２３ＱＭ、Ｋ６３７１Ｍ等を挙げることができる。
【００１７】
本発明の樹脂組成物は、ＰＰＳ１００重量部に対して、５〜２５重量部のＰＴＦＥ粉末を含有する。ＰＴＦＥ粉末の含有量は、好ましくは８〜２０重量部、より好ましくは８〜１８重量部である。ＰＴＦＥ粉末は１種のみを使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１８】
ＰＴＦＥ粉末を使用することにより、樹脂組成物から得られるシール部材の摩耗係数を低減させて、その耐摩耗性を向上させることができる。また摩耗係数の低減により、シール部材の摺動時における摩擦熱を抑制することができる。この摩擦熱の抑制も耐摩耗性向上に寄与すると考えられる。
【００１９】
ＰＴＦＥ粉末の平均粒子径は、樹脂組成物中における分散性の観点から、好ましくは０．０１〜６５０μｍ、より好ましくは０．０５〜２００μｍ、さらに好ましくは１〜１００μｍ、特に好ましくは３〜３０μｍである。この平均粒子径は、ＪＩＳ  Ｚ  ８８２５−１：２００１に従うレーザー回折法により測定される。
【００２０】
ＰＴＦＥ粉末としては、良好な分散性を得る観点から、直接重合法、熱分解法、放射線分解法等によって固体潤滑油用に製造されたものが好ましい。また、ＰＴＦＥ粉末のＢＥＴ比表面積は、好ましくは１．３〜８．２ｍ２／ｇである。ＰＴＦＥ粉末は、未変性品または変性品のいずれでもよいが、未変性のＰＴＦＥ粉末が好ましい。未変性のＰＴＦＥ粉末の表面エネルギーは、好ましくは１７０〜１９５μＮ／ｃｍである。この表面エネルギーは、液滴接触角測定に基づく静滴法によって測定される。
【００２１】
ＰＴＦＥ粉末としては市販品を使用することができる。市販品としては、例えば、旭硝子株式会社のフルオンＬ１６９Ｅ、フルオンＬ１６９Ｊ、フルオンＬ１７３Ｊ等が挙げられる。
【００２２】
本発明の樹脂組成物は、さらにグラファイト粉末を含有していてもよい。グラファイト粉末は１種のみを使用してもよく、２種以上を併用してもよい。グラファイト粉末を使用することによって、樹脂組成物から得られるシール部材の摩擦係数を低下させ、且つその耐摩耗性を向上させることができる。
【００２３】
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。品質の安定性の観点から、合成グラファイトが好ましく、シール部材の潤滑性の観点から、合成の鱗状または鱗片状グラファイトがより好ましく、合成の鱗片状グラファイトがさらに好ましい。
【００２４】
グラファイト粉末の平均粒子径は、好ましくは１〜２５０μｍ、より好ましくは３〜１００μｍ、さらに好ましくは５〜５０μｍである。この平均粒子径は、ＪＩＳ  Ｚ  ８８２５−１：２００１に従うレーザー回折法により測定される。
【００２５】
グラファイト粉末のモース硬度は、１〜２であることが好ましい。モース硬度が１未満であると、グラファイト添加による耐摩耗性の改善効果が得られにくく、２を超えると圧力を受けた時に被シール部材（特にアルミニウム等の軟質材）を損傷するおそれがある。
【００２６】
グラファイト粉末を使用する場合、樹脂組成物中のその含有量は、ＰＰＳ１００重量部に対して、好ましくは２〜１０重量部、より好ましくは２〜５重量部である。この含有量が２重量部以上であると、シール部材に良好な耐摩耗性を付与することができ、１０重量部以下であると、混練する際の樹脂組成物のフィード性が良好になる。
【００２７】
グラファイト粉末としては市販品を使用することができる。市販品としては、例えば、日本黒鉛工業株式会社の特ＣＰ、ＣＢ−１５０、ＵＰ−３５Ｎ等が挙げられる。
【００２８】
本発明の樹脂組成物は、さらにエラストマーを含有していてもよい。エラストマーは１種のみを使用してもよく、２種以上を併用してもよい。エラストマーを使用することによって、樹脂組成物から得られるシール部材の柔軟性を高めることができる。
【００２９】
樹脂組成物の成形性を損なわないようにするため、エラストマーは熱可塑性エラストマー（以下「ＴＰＥ」と略称することがある）であることが好ましい。ＴＰＥとしては、例えば、ポリスチレン系ＴＰＥ、スチレン−ブタジエン（ＳＢ）系ＴＰＥ、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン（ＳＥＢＳ）系ＴＰＥ、ポリ塩化ビニル系ＴＰＥ、ポリオレフィン系ＴＰＥ、ポリウレタン系ＴＰＥ、ポリエステル系ＴＰＥ、ポリアミド系ＴＰＥ、低結晶性１，２−ポリブタジエン系ＴＰＥ、塩素化ポリマー系ＴＰＥ、フッ素系ＴＰＥ、イオン架橋ＴＰＥ等が例示される。これらの中で、特にポリオレフィン系ＴＰＥが好ましい。
【００３０】
エラストマーを使用する場合、樹脂組成物中のその含有量は、ＰＰＳ１００重量部に対して、好ましくは１０〜４０重量部、より好ましくは２０〜３０重量部である。この含有量が１０重量部以上であると、樹脂組成物から得られるシール部材に柔軟性を付与することができ、４０重量部以下であると、耐熱性、機械特性といったシール部材の長所を損なうことなく柔軟性を付与することができる。
【００３１】
本発明の樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、他の添加剤を含有していてもよい。他の添加剤としては、例えば、ＰＴＦＥ粉末以外のフッ素樹脂粉末、架橋ゴム粉末、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維、顔料、充填剤等が挙げられる。
【００３２】
本発明の樹脂組成物は、ＰＰＳ、炭素繊維およびＰＴＦＥ粉末、並びに必要に応じてグラファイト粉末、エラストマーおよび他の添加剤を混合および混練することによって製造することができる。混合および混練に特に制限は無く、該分野で公知の方法を使用することができる。混合および混練には、例えばロール、ニーダー、バンバリーミキサー、タンブルミキサー、二軸押出機等を使用することができる。本発明の樹脂組成物は、以下の実施例で示すように、タンブルミキサーを用いて各成分をドライブレンドし、次いで二軸押出機等を用いて加熱溶融混練することによって製造することが好ましい。加熱溶融混練の温度は、通常２９０〜３４０℃程度、好ましくは３００〜３２０℃であり、その時間は、通常１分〜１０分程度である。
【００３３】
本発明の樹脂組成物は、溶融加工が可能であり、射出成形、注入成形等の溶融加工によって成形することができる。量産性の観点から射出成形が好ましい。射出成形では、シール部材の形状に対応する金型を用い、加熱溶融した樹脂組成物を金型に充填して固化または硬化させる。射出成形の温度は、通常２９０〜３４０℃程度、好ましくは３００〜３２０℃であり、金型の温度は、通常１００〜１６０℃程度、好ましくは１２０〜１５０℃であり、固化または硬化の時間は、通常１０秒〜１分程度である。また、形状に対応する金型が無いシール部材は、例えば、本発明の樹脂組成物のロッドを作成し、該ロッドを切削することによって得ることができる。
【００３４】
本発明は、上述の樹脂組成物を成形して得られるシール部材も提供する。本発明のシール部材は、ある程度の柔軟性を有し、密封装置からの漏れを防止することができる。本発明の曲げ弾性率は、好ましくは４，０００ＭＰａ未満、より好ましくは３，９００ＭＰａ未満、さらに好ましくは３，８００ＭＰａ未満である。この曲げ弾性率は、ＡＳＴＭ  Ｄ７９０：２００２に従って測定される。
【００３５】
本発明のシール部材としては、例えば、ダストシール、シールリング等が挙げられる。ダストシールとしては、例えば、外部からの塵埃の侵入を保護してパッキンや軸受を保護するスクレーパ等が挙げられる。
【００３６】
シールリングとしては、例えば、角リング、Ｕシール等が挙げられる。
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。
Ｕシールは、断面形状がＵ字形の環状シールである。Ｕシールが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且つシールリングの円周方向に沿って張出部を有する。Ｕシールの使用中、バネをより外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、Ｕシール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、且つＵシールの円周方向に沿ってリップ部を設けることが好ましい。
本発明のシーリングは、好ましくは、エアコンディショナー用スクロールコンプレッサーに用いられる。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、上記・下記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００３８】
１．原料
実施例および比較例で使用した原料は、次の通りである。
（１）ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）
「トレリナＡ−９００」（東レ株式会社製）、ＭＦＲ：３５ｇ／１０ｍｉｎ
（２）炭素繊維
「Ｓ−２４２」（大阪ガスケミカル株式会社製）、ピッチ系炭素繊維、平均繊維長：０．３７ｍｍ、アスペクト比：２８
「Ｓ−２４７」（大阪ガスケミカル株式会社製）、ピッチ系炭素繊維、平均繊維長：１．７ｍｍ、アスペクト比：１３０
（３）ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粉末
「フルオンＬ１６９Ｅ」（旭硝子株式会社製）、平均粒子径：１７μｍ、ＢＥＴ比表面積：２ｍ２／ｇ
（４）グラファイト粉末
「特ＣＰ」（日本黒鉛工業株式会社製）：合成の鱗状グラファイト、平均粒子径：１５μｍ
（５）エラストマー
グリシジルメタアクリル酸２．５重量％、アクリル酸メチル６０重量％、エチレン３７．５重量％からなるグリシジル基含有オレフィン系共重合体
【００３９】
２．樹脂組成物の調製
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、タンブル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３００〜３２０℃で押出して造粒し、各樹脂組成物を調製した。
なお、上記各樹脂組成物（造粒物）は、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。
【００４０】
３．評価
得られた樹脂組成物を用いて、シリンダー２８０〜３１０℃、ヘッド３２０℃、金型温度１５０℃の条件で射出成形して、以下の各試験（ＡＳＴＭ  Ｄ６３８：１９９５、ＡＳＴＭ  Ｄ７９０：２００２、ピンオンディスク摩耗試験）で用いる試験片を作製した。以下に記載の方法によって該試験片の引張特性、曲げ特性および耐摩耗性を評価した。結果を下記表１および２に示す。
【００４１】
（１）引張特性
ＡＳＴＭ  Ｄ６３８：１９９５に従って引張試験を実施し、引張特性（引張強さおよび引張破壊ひずみ）を測定した。引張破壊ひずみが５％以上であるものを引張特性に優れると判定した。
【００４２】
（２）曲げ特性
ＡＳＴＭ  Ｄ７９０：２００２に従って曲げ試験を実施し、柔軟性の指標として曲げ特性（曲げ弾性率および曲げ強さ）を測定した。曲げ弾性率が４，０００ＭＰａ未満であるものを柔軟性に優れると判定した。
【００４３】
（３）耐摩耗性
ディスク（Ｓ４５Ｃ鋼板、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１で測定される表面粗さ：Ｒａ＝０．８）を用いて、空気雰囲気、雰囲気温度：１２０℃、ディスクの回転速度：３ｍ／秒の条件下で試験片（直径５ｍｍ×長さ１２ｍｍの円柱）を研磨するピンオンディスク摩耗試験を行い、耐摩耗性の指標として耐久時間を測定した。
詳しくは、まず２ＭＰａの研磨圧力で３時間、次いで３ＭＰａの研磨圧力で３時間、最後に４ＭＰａの研磨圧力で３時間、ディスクで試験片（円柱）の円形である面を研磨し、試験片の摩耗量が０．７ｍｍとなった時点で試験を終了し、その時間を耐久時間として測定した。９時間のディスク摩耗試験終了後にも試験片の摩耗量が０．７ｍｍとならないもの（即ち、耐久時間が９時間であるもの）を耐摩耗性に優れると判定した。
また、この試験片は、少し大きめに射出成形した試験片を切削加工することによって調製した。
【００４４】
【表１】
2015010225.tif 000002
【００４５】
【表２】
2015010225.tif 000003
【００４６】
本願発明の要件を満たす組成物を用いた実施例１〜８では、曲げ弾性率が４，０００ＭＰａ未満であり、且つ耐久時間が９時間である、柔軟性および耐摩耗性のバランスに優れた試験片（成形品）が得られた。
一方、炭素繊維およびＰＴＦＥ粉末を使用しない比較例１、並びに炭素繊維を使用しない比較例３および５では、曲げ弾性率が４，０００ＭＰａ未満であり、ある程度の柔軟性を確保した試験片が得られたが、これらは耐摩耗性に劣っていた。
また、炭素繊維を過剰に使用する比較例２および４、並びにグラファイトを過剰に使用する比較例６では、剛性（曲げ弾性率）が高い試験片が得られた。これらの試験片は剛性が高いにもかかわらず、耐摩耗性に劣っていた。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の樹脂組成物から、剛性が高すぎず、且つ耐摩耗性に優れたシール部材を製造することができる。本発明のシール部材は、シールリング（特に、エアコンディショナー用スクロールコンプレッサーに用いられるシーリング）、ダストシール等に有用である。