JP7620205B2 - Fluororesin molded body and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、フッ素樹脂成形体及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a fluororesin molded body and a method for producing the same.
従来、各種の回転機器の金属回転軸の軸シールには、ラビリンスシールが採用されることが多い。ラビリンスシールは、回転軸外周面とこの面に対向するハウジング側に設けられる静止部との間の隙間を回転軸の軸方向に沿って流れる流体のシール構造の1つであり、例えば静止部側にフィンを設けることによって、回転軸と静止部の間に凹凸の隙間を複数段形成して、各段ごとに徐々に漏れ圧を下げて漏れ量を低減するものである。ラビリンスシールを構成する回転軸と静止部とがともに金属である場合、両者が接触すると金属同士の焼き付きが生じ、回転機器が破損する。これを回避するため、静止部を樹脂製にすることが検討されている。このような樹脂としては、例えば、フッ素樹脂が挙げられる。フッ素樹脂は耐熱性、耐薬品性、非粘着性、摺動性等の優れた特徴を有しており、各種のシール部材や摺動材等の用途に広く利用されているためである。しかし、フッ素樹脂を回転機器の金属回転軸のシール部材に用いた場合、フッ素樹脂の熱膨張係数が、回転軸に多用されているアルミや鋼などの一般的な金属の熱膨張係数より大きいため、高温になるに従い回転軸とシール部材との隙間が大きくなり、その隙間からの流体の漏出が起こり易くなる場合がある。 Conventionally, labyrinth seals are often used as shaft seals for metal rotating shafts of various rotating equipment. A labyrinth seal is one of the seal structures for the fluid that flows along the axial direction of the rotating shaft through the gap between the outer circumferential surface of the rotating shaft and the stationary part provided on the housing side facing this surface. For example, by providing fins on the stationary part side, uneven gaps are formed between the rotating shaft and the stationary part in multiple stages, and the leakage pressure is gradually reduced for each stage to reduce the leakage amount. If the rotating shaft and the stationary part that constitute the labyrinth seal are both made of metal, the metals will seize together when they come into contact with each other, causing damage to the rotating equipment. To avoid this, it has been considered to make the stationary part out of resin. For example, fluororesin is one such resin. This is because fluororesin has excellent characteristics such as heat resistance, chemical resistance, non-stickiness, and sliding properties, and is widely used for various sealing materials, sliding materials, etc. However, when fluororesin is used as a sealing material for the metal rotating shaft of a rotating device, the thermal expansion coefficient of fluororesin is greater than that of common metals such as aluminum and steel that are commonly used for rotating shafts, so as temperatures rise the gap between the rotating shaft and the sealing material becomes larger, and fluids can easily leak from this gap.
その改善策として、特許文献1では、10~60重量%のフッ素樹脂、37~60重量%の天然黒鉛粉末、及び2~30重量%の炭素繊維から成るフッ素樹脂組成物を成形して得られるシール材中の空隙に、熱硬化性樹脂を含浸し硬化させることにより該空隙を封孔したシール材を提案している。特許文献1に記載の発明では、このように熱硬化性樹脂を含浸させることで、従来のフッ素樹脂に黒鉛や炭素繊維を多量に添加することにより生ずる空隙から流体が浸透し漏れ出るのを防止したり、所定の変性ポリテトラフルオロエチレンに膨張黒鉛及び炭素繊維を添加してもなお生じる回転軸とシール部材との隙間の拡大を抑制したりすることができるとされている。 As an improvement, Patent Document 1 proposes a sealing material in which voids in a sealing material obtained by molding a fluororesin composition consisting of 10 to 60% by weight of fluororesin, 37 to 60% by weight of natural graphite powder, and 2 to 30% by weight of carbon fiber are impregnated with a thermosetting resin and cured to seal the voids. The invention described in Patent Document 1 claims that impregnating the thermosetting resin in this way can prevent fluids from penetrating and leaking from voids that occur when a large amount of graphite or carbon fiber is added to a conventional fluororesin, and can suppress the expansion of the gap between the rotating shaft and the sealing member that still occurs even when expanded graphite and carbon fiber are added to a specified modified polytetrafluoroethylene.
前述のシール部材や摺動材の用途ではなく、回路基板用材料に適用されるフッ素樹脂組成物においては、従来のポリイミド樹脂等に替えて低誘電率のフッ素樹脂を用いるべく、フッ素樹脂の高い熱膨張係数を改善するために、所定の充填材を用いることが提案されている(例えば、特許文献2~4)。 In fluororesin compositions used as circuit board materials, rather than as sealing or sliding materials as mentioned above, it has been proposed to use a specific filler to improve the high thermal expansion coefficient of fluororesin, in order to use a fluororesin with a low dielectric constant instead of conventional polyimide resins, etc. (for example, Patent Documents 2 to 4).
特許文献2には、溶融流動性を示すフッ素樹脂、及び、シリカを含有するフッ素樹脂組成物であって、フッ素樹脂は、カルボニル基含有官能基数が主鎖炭素数106個あたり25個以上であり、シリカは、球状シリカであり、線膨張係数が100ppm/℃以下であることを特徴とするフッ素樹脂組成物が開示されている。そして、このようなフッ素樹脂組成物は低誘電で線膨張係数が低く、密着性に優れるため、基板の反り抑制、耐ヒートサイクル性の向上が可能となる等とされている。 Patent Document 2 discloses a fluororesin composition containing a fluororesin exhibiting melt flowability and silica, the fluororesin having 25 or more carbonyl-containing functional groups per 106 main chain carbon atoms, the silica being spherical silica, and having a linear expansion coefficient of 100 ppm/° C. or less. Such a fluororesin composition is said to have low dielectric constant, low linear expansion coefficient, and excellent adhesion, thereby making it possible to suppress warping of substrates and improve heat cycle resistance.
特許文献3には、A.フッ素化ポリマー物質;及びB.約7μmより大きくない平均粒径を有しそしてシリカ、石英粒子、中空微小球及びそれらの混合物の群から選ばれる充填剤;から成り、繊維状充填剤を含まず、そして組成物中のA及びBの総量を基にして、Aの量は約50~約90重量%でありそしてBの量は約50~約10重量%である、低い誘電定数及び低い熱膨張係数を有する組成物が開示されている。そして、このようなフッ素樹脂組成物は、レーザードリリング(drilling)及び/又は機械的ドリリング及び/又はパンチング(punching)によって得られるビア(vias)をその中に含む基体を供給するのに好適であるとされている。 Patent Document 3 discloses a composition having a low dielectric constant and a low coefficient of thermal expansion, which is composed of A. a fluorinated polymer material; and B. a filler having an average particle size not greater than about 7 μm and selected from the group consisting of silica, quartz particles, hollow microspheres, and mixtures thereof, and does not contain a fibrous filler, and the amount of A is about 50 to about 90% by weight and the amount of B is about 50 to about 10% by weight, based on the total amount of A and B in the composition. And such a fluororesin composition is said to be suitable for providing a substrate containing vias therein obtained by laser drilling and/or mechanical drilling and/or punching.
特許文献4には、フルオロポリマー材料、低誘電率、低損失及び低熱膨張係数を有するセラミック充填材材料、2重量%以下の繊維強化材料を含有し、前記充填材材料が全基体材料の少なくとも約55重量%の量であり、前記セラミック充填材がシラン被覆で被覆されていることを特徴とする電気的基体材料が開示されている。そして、このような電気的基体材料は、従来よりも改良された電気的性能を示し、改良された表面取り付け及びめっきされた貫通孔信頼性を生ぜしめる比較的に高いコンプライアンス及び低い熱膨張係数を示すとされている。 Patent document 4 discloses an electrical substrate material that contains a fluoropolymer material, a ceramic filler material having a low dielectric constant, low loss and low coefficient of thermal expansion, and 2% or less by weight of a fiber reinforcement material, the filler material being in an amount of at least about 55% by weight of the total substrate material, and the ceramic filler being coated with a silane coating. Such an electrical substrate material is said to exhibit improved electrical performance over the prior art, and to exhibit relatively high compliance and a low coefficient of thermal expansion that results in improved surface mounting and plated through hole reliability.
しかし、特許文献1に記載のシール材に関する本発明者の検討結果によれば、例えばポリテトラフルオロエチレンのように溶融粘度が高く、溶融流動性を示さないフッ素樹脂をマトリックスとし、無機充填材を高充填した場合、予備成形を行って得られる予備成形体が形状を維持することは困難であることが判明した。つまり、予備成形を行って得られる予備成形体を加熱して焼結させて成形体を製造する一般的なフリーシンター法(特許文献1に記載のフリーベイキングに対応する。)では、成形体の製造が困難であることが判明した。 However, according to the inventor's investigation of the sealing material described in Patent Document 1, it was found that when a fluororesin that has a high melt viscosity and does not exhibit melt fluidity, such as polytetrafluoroethylene, is used as the matrix and is highly filled with inorganic filler, it is difficult for the preformed body obtained by preforming to maintain its shape. In other words, it was found that it is difficult to manufacture a molded body using the general free sintering method (corresponding to the free baking described in Patent Document 1), in which a preformed body obtained by preforming is heated and sintered to manufacture a molded body.
また、特許文献2に記載の主として回路基板用の組成物では、溶融流動性を示し、接着性を有するフッ素樹脂を実質的にマトリックスとして用いていることからシール部材や摺動部材として用いたとすれば改善の余地がある。特許文献3に記載の主として回路基板用の組成物は、コーティング用途としては使用可能であったとしても、特許文献1の場合と同様に成形体として形状を維持することは困難であると考えられる。特許文献4に記載の主として回路基板用の組成物では、無機充填材としてシラン被覆で被覆されたセラミック充填材を使用しているため、成形の際の加熱溶融時にシラン被覆に由来するボイドが成形体中に発生し、所望の線膨張係数を有する成形体が得られない場合がある。 In addition, the composition for circuit boards described in Patent Document 2, which shows melt flowability and uses a fluororesin having adhesive properties as the matrix, has room for improvement if it is used as a sealing material or a sliding material. Even if the composition for circuit boards described in Patent Document 3 can be used for coating purposes, it is considered difficult to maintain the shape of the molded product as in Patent Document 1. The composition for circuit boards described in Patent Document 4 uses a ceramic filler coated with a silane coating as the inorganic filler, so voids originating from the silane coating are generated in the molded product when it is heated and melted during molding, and a molded product having the desired linear expansion coefficient may not be obtained.
以上のように、例えばポリテトラフルオロエチレンのように溶融粘度が高く、溶融流動性を示さないフッ素樹脂の場合は、溶融粘度が低いものと比べて、加熱溶融時に無機充填材を高充填で均一に分散することは実際には困難である。その結果として、成形体の熱膨張を抑制することが困難である。また、溶融粘度が高いフッ素樹脂に無機充填材を高充填すると、このようなフッ素樹脂を用いた成形方法として量産性がより高く一般的なフリーシンター法で成形しようとすると、例えばシール材や摺動材の用途に用いる成形体において実用上許容可能な強度を有する成形体の形成が困難である。 As described above, in the case of fluororesins that have a high melt viscosity and do not exhibit melt fluidity, such as polytetrafluoroethylene, it is actually more difficult to uniformly disperse inorganic fillers at a high filling rate when heated and melted, compared to those with low melt viscosities. As a result, it is difficult to suppress the thermal expansion of the molded body. Furthermore, if inorganic fillers are highly filled into fluororesins with high melt viscosity, it is difficult to form molded bodies with practically acceptable strength for use as sealing materials or sliding materials when attempting to mold such fluororesins using the general free sintering method, which is more mass-producible.
そこで、本発明の目的は、線膨張係数が所定値以下で、実用上許容可能な強度を有するフッ素樹脂成形体を提供することである。また、このようなフッ素樹脂成形体を簡便に製造可能な製造方法を提供することである。 The object of the present invention is to provide a fluororesin molded article having a linear expansion coefficient of a predetermined value or less and a strength that is practically acceptable. It is also to provide a manufacturing method that can easily manufacture such a fluororesin molded article.
本発明者は、前述の課題解決のために、鋭意検討を行った。その結果、マトリックスとなる所定のフッ素樹脂に対して所定の粒子径の粒子状無機充填材を採用し、所定の製法を採用することで、線膨張係数が所定値以下で、実用上許容可能な強度を有するフッ素樹脂成形体を簡便に得ることが可能であることを見出した。本発明の要旨は以下のとおりである。 The present inventors have conducted extensive research to solve the above-mentioned problems. As a result, they have found that by using a particulate inorganic filler with a specified particle size for a specified fluororesin matrix and employing a specified manufacturing method, it is possible to easily obtain a fluororesin molded article with a linear expansion coefficient of a specified value or less and a strength that is acceptable for practical use. The gist of the present invention is as follows.
(1)無機充填材を含むフッ素樹脂組成物からなるフッ素樹脂成形体であって、前記フッ素樹脂組成物が、溶融粘度が1010Pa・sec以上であるフッ素樹脂をマトリックスとし、前記無機充填材が、D50粒子径が0.01~1μmの粒子状無機充填材を含み、前記粒子状無機充填材は、シラン被覆で被覆されておらず、前記フッ素樹脂組成物全体に対して40体積%以上70体積%以下含まれ、前記フッ素樹脂成形体の25℃~200℃における線膨張係数が30ppm(3.0×10-5)/K以下である、フッ素樹脂成形体。
(2)前記フッ素樹脂がポリテトラフルオロエチレンである、前項(1)記載のフッ素樹脂成形体。
(3)前記無機充填材が、繊維状無機充填材を含み、前記繊維状無機充填材は、前記フッ素樹脂組成物全体に対して10体積%以上30体積%以下含まれる、前項(1)又は(2)に記載のフッ素樹脂成形体。
(4)前記繊維状無機充填材がピッチ系炭素繊維の短繊維を含有する、前項(3)に記載のフッ素樹脂成形体。
(5)前記粒子状無機充填材が溶融シリカを含有する、前項(1)~(4)の何れか一項に記載のフッ素樹脂成形体。
(6)前記フッ素樹脂組成物は、マトリックスとなる前記フッ素樹脂以外に、添加剤としての接着性含フッ素共重合体を含有し、前記接着性含フッ素共重合体が、前記フッ素樹脂組成物全体に対して5体積%以上10体積%以下含まれる、前項(1)~(5)の何れか一項に記載のフッ素樹脂成形体。
(7)前記フッ素樹脂組成物を溶融状態で加圧し、加圧下で冷却固化するホットプレス成形を行う、前項(1)~(6)の何れか一項に記載のフッ素樹脂成形体の製造方法。
(1) A fluororesin molded product made of a fluororesin composition containing an inorganic filler, wherein the fluororesin composition has a matrix of a fluororesin having a melt viscosity of 10 10 Pa·sec or more, the inorganic filler contains a particulate inorganic filler having a D50 particle size of 0.01 to 1 μm, the particulate inorganic filler is not coated with a silane coating, and is contained in an amount of 40 to 70 volume % of the entire fluororesin composition, and the fluororesin molded product has a linear expansion coefficient of 30 ppm (3.0 × 10 -5 )/K or less at 25°C to 200°C.
(2) The fluororesin molded article according to the above (1), wherein the fluororesin is polytetrafluoroethylene.
(3) The fluororesin molded article according to the above item (1) or (2), wherein the inorganic filler comprises a fibrous inorganic filler, and the fibrous inorganic filler is contained in an amount of 10 vol % or more and 30 vol % or less based on the total volume of the fluororesin composition.
(4) The fluororesin molded article according to the above (3), wherein the fibrous inorganic filler contains short fibers of pitch-based carbon fibers.
(5) The fluororesin molded article according to any one of the above (1) to (4), wherein the particulate inorganic filler contains fused silica.
(6) The fluororesin molded product according to any one of the preceding items (1) to (5), wherein the fluororesin composition contains an adhesive fluorine-containing copolymer as an additive other than the fluororesin that serves as a matrix, and the adhesive fluorine-containing copolymer is contained in an amount of 5 vol% or more and 10 vol% or less based on the total volume of the fluororesin composition.
(7) The method for producing a fluororesin molded article according to any one of (1) to (6) above, further comprising hot-press molding in which the fluororesin composition is pressurized in a molten state and cooled and solidified under pressure.
本発明によれば、線膨張係数が所定値以下で、実用上許容可能な強度を有するフッ素樹脂成形体を提供することが可能である。また、このようなフッ素樹脂成形体を簡便に製造可能な製造方法を提供することが可能である。 According to the present invention, it is possible to provide a fluororesin molded article having a linear expansion coefficient of a predetermined value or less and a strength that is practically acceptable. It is also possible to provide a manufacturing method that can easily manufacture such a fluororesin molded article.
本発明の実施形態に係るフッ素樹脂成形体は、無機充填材を含むフッ素樹脂組成物からなる。このフッ素樹脂組成物は、溶融粘度が1010Pa・sec以上であるフッ素樹脂をマトリックスとする。そして、無機充填材は、D50粒子径が0.01~1μmの粒子状無機充填材を含む。この粒子状無機充填材は、シラン被覆で被覆されていないのが好ましい。粒子状無機充填材はフッ素樹脂組成物全体に対して40体積%以上70体積%以下含まれる。この含有率はフッ素樹脂成形体においても維持される。さらに、このフッ素樹脂成形体の25℃~200℃における線膨張係数が30ppm(3.0×10-5)/K以下である。ここで、フッ素樹脂組成物に含まれる成分の含有率として採用する体積%は、例えば、使用する成分の密度とその添加量から算出することができる。 The fluororesin molded article according to the embodiment of the present invention is made of a fluororesin composition containing an inorganic filler. This fluororesin composition has a matrix of a fluororesin having a melt viscosity of 10 10 Pa·sec or more. The inorganic filler contains a particulate inorganic filler having a D50 particle size of 0.01 to 1 μm. This particulate inorganic filler is preferably not coated with a silane coating. The particulate inorganic filler is contained in an amount of 40 volume % to 70 volume % of the entire fluororesin composition. This content is maintained in the fluororesin molded article. Furthermore, the linear expansion coefficient of this fluororesin molded article at 25° C. to 200° C. is 30 ppm (3.0×10 −5 )/K or less. Here, the volume % adopted as the content of a component contained in the fluororesin composition can be calculated, for example, from the density of the component used and the amount added.
このように所定の微細な粒子径の粒子状無機充填材を用いることで、1010Pa・sec以上と溶融粘度が高いフッ素樹脂を用いた場合でも、溶融成形する際にマトリックスであるフッ素樹脂中に高含有率で粒子状無機充填材を充填しても、フッ素樹脂成形体においてフッ素樹脂と粒子状無機充填材の接触する面積が増大し、熱膨張する際のフッ素樹脂の物理的な拘束が高くなって、線膨張係数を所定値以下とすることが可能になるとともに、実用上許容可能な強度をフッ素樹脂成形体に付与することが可能になると考えられる。また、粒子状無機充填材は、シラン被覆で被覆されていないことが好ましく、溶融成形時にシラン被覆に由来するガスによるボイドの発生を抑制することができる。この観点からも、低い線膨張係数と実用上許容可能な強度をフッ素樹脂成形体に付与が可能になると考えられる。 By using a particulate inorganic filler having a predetermined fine particle size, even if a fluororesin having a high melt viscosity of 10 10 Pa·sec or more is used, even if a particulate inorganic filler is filled in the matrix fluororesin at a high content during melt molding, the contact area between the fluororesin and the particulate inorganic filler in the fluororesin molded body increases, and the physical constraint of the fluororesin during thermal expansion increases, making it possible to make the linear expansion coefficient below a predetermined value and to impart a practically acceptable strength to the fluororesin molded body. In addition, it is preferable that the particulate inorganic filler is not coated with a silane coating, which can suppress the generation of voids due to gas derived from the silane coating during melt molding. From this perspective, it is also possible to impart a low linear expansion coefficient and a practically acceptable strength to the fluororesin molded body.
マトリックスを構成するフッ素樹脂は、溶融粘度が1010Pa・sec以上であるものを採用する。このようなフッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等が挙げられ、一般に摺動特性、耐薬品性等に優れており、高速で接触しても焼き付きが生じないという特性を有することから、PTFEが特に好ましい。PTFEはこのような特性を有することから、例えば、回転機器の金属回転軸のシール部材の構成材料として好適である。特に、金属回転軸のラビリンスシールを構成するマトリックス樹脂材料として好適である。PTFEは、公知の製法で得られたものを用いることが可能であり、例えば、乳化重合により製造されたファインパウダー(乳化重合品)、懸濁重合により製造されたモールディングパウダー(懸濁重合品)等が挙げられる。 The fluororesin constituting the matrix has a melt viscosity of 10 10 Pa·sec or more. Examples of such fluororesins include polytetrafluoroethylene (PTFE), etc., which is particularly preferred because it generally has excellent sliding properties, chemical resistance, etc., and does not burn even when in contact at high speed. Since PTFE has such properties, it is suitable as a constituent material of the seal member of the metal rotating shaft of a rotating device, for example. In particular, it is suitable as a matrix resin material constituting the labyrinth seal of the metal rotating shaft. PTFE can be obtained by a known manufacturing method, and examples of such PTFE include fine powder (emulsion polymerization product) produced by emulsion polymerization and molding powder (suspension polymerization product) produced by suspension polymerization.
溶融粘度が1010Pa・sec以上のフッ素樹脂のフッ素樹脂組成物全体中の含有率は、他の成分を考慮して、例えば、10~60体積%とすることができる。前記フッ素樹脂の含有率をこの範囲とすることで、より良好な強度、より低い線膨張率を有するフッ素樹脂組成物成形体を得ることができる。下限としては15体積%以上が好ましく、20体積%以上がより好ましく、25体積%以上がさらに好ましい。上限としては、55体積%以下が好ましく、45体積%以下がより好ましく、40体積%以下がさらに好ましい。 The content of the fluororesin having a melt viscosity of 10 10 Pa·sec or more in the entire fluororesin composition can be, for example, 10 to 60 volume %, taking into consideration other components. By setting the content of the fluororesin in this range, a fluororesin composition molded product having better strength and a lower linear expansion coefficient can be obtained. The lower limit is preferably 15 volume % or more, more preferably 20 volume % or more, and even more preferably 25 volume % or more. The upper limit is preferably 55 volume % or less, more preferably 45 volume % or less, and even more preferably 40 volume % or less.
マトリックスを構成するフッ素樹脂の溶融粘度は、例えば、ASTM D 1238に準拠し、フローテスター(株式会社島津製作所製)により測定することができる。 The melt viscosity of the fluororesin that constitutes the matrix can be measured, for example, using a flow tester (manufactured by Shimadzu Corporation) in accordance with ASTM D 1238.
無機充填材は、D50粒子径が0.01~1μmの粒子状無機充填材を含む。粒子状無機充填材とは、繊維状以外の無機充填材を意味する。粒子状無機充填材は、例えば、シリカ、黒鉛、マイカ、タルク、ガラス球、金属粒子、セラミック球等が挙げられる。このうち、成形体の線膨張係数を低下させる観点、フッ素樹脂中への均一分散性の観点等から、シリカが好ましい。シリカは、結晶性でも、非結晶性でもよいが、後述する球形状の粒子を得やすいため、非晶性シリカが好ましく、溶融シリカがより好ましい。粒子状無機充填材の形状は特に限定はないが、マトリックスとなるフッ素樹脂中への均一分散性、高充填性、成形体の熱膨張の等方性等の観点から、球形状が好ましい。球形状は、真球に近いものが好ましい。真球の基準としては、例えば、特許文献2に記載の球形度を採用することができる。具体的には、走査電子顕微鏡(SEM)で写真を撮り、その観察される粒子の面積と周囲長から、(球形度)={4π×(面積)÷(周囲長)2}で算出される。球形度が1に近づくほど真球に近い。球形度の算出に用いる面積と周囲長の値は、例えば、画像処理装置を用いて100個の粒子について測定した平均値を採用することができる。このようにして算出される球形度は、0.80以上であることが好ましく、0.85以上であることがより好ましく、0.90以上がさらに好ましく、0.95以上が最も好ましい。以上のように、所定の粒子径の粒子状無機充填材としては、球形状の溶融シリカが特に好適である。このような球状溶融シリカは市販のものを用いることができる。 The inorganic filler includes a particulate inorganic filler having a D50 particle size of 0.01 to 1 μm. The particulate inorganic filler means an inorganic filler other than a fibrous one. Examples of particulate inorganic fillers include silica, graphite, mica, talc, glass spheres, metal particles, and ceramic spheres. Among these, silica is preferred from the viewpoint of lowering the linear expansion coefficient of the molded body and from the viewpoint of uniform dispersion in the fluororesin. Silica may be crystalline or non-crystalline, but since it is easy to obtain spherical particles as described later, amorphous silica is preferred, and fused silica is more preferred. The shape of the particulate inorganic filler is not particularly limited, but a spherical shape is preferred from the viewpoints of uniform dispersion in the fluororesin matrix, high filling ability, and isotropy of thermal expansion of the molded body. The spherical shape is preferably close to a true sphere. For example, the sphericity described in Patent Document 2 can be used as a standard for a true sphere. Specifically, a photograph is taken with a scanning electron microscope (SEM), and the sphericity is calculated from the area and perimeter of the observed particles by (sphericity) = {4π x (area) ÷ (perimeter) 2 }. The closer the sphericity is to 1, the closer it is to a true sphere. The area and perimeter values used to calculate the sphericity can be average values measured for 100 particles using an image processing device, for example. The sphericity calculated in this way is preferably 0.80 or more, more preferably 0.85 or more, even more preferably 0.90 or more, and most preferably 0.95 or more. As described above, spherical fused silica is particularly suitable as a particulate inorganic filler with a predetermined particle size. Such spherical fused silica can be commercially available.
粒子状無機充填材は、例えば特許文献4に記載のようなシラン被覆で被覆されていないものが好ましい。これにより、前述のように、フッ素樹脂組成物を用いた溶融成形時にシラン被覆に由来するガスによるボイドの発生を抑制することができる。これにより、粒子状無機充填材による線膨張係数の低下作用が効果的に発揮される。以上のようにシラン被膜で被覆されていないことの意義は、溶融成形時に被膜に由来するガスの発生を防止することにある。したがって、シラン被膜以外でも、このようなガスが発生する原因となる成分を含む被膜が形成されていないものを用いるのが好ましい。また、逆に、ガスの原因物質を含まなければ、被膜が形成されていてもよい。尚、粒子状無機充填材は、シラン被覆で被膜されているものであっても、許容可能な場合はある。 The particulate inorganic filler is preferably not coated with a silane coating as described in Patent Document 4, for example. This makes it possible to suppress the generation of voids due to gas derived from the silane coating during melt molding using a fluororesin composition, as described above. This effectively reduces the linear expansion coefficient due to the particulate inorganic filler. As described above, the significance of not being coated with a silane coating is to prevent the generation of gas derived from the coating during melt molding. Therefore, it is preferable to use a filler that is not coated with a coating containing a component that causes such gas to be generated, even if it is not a silane coating. Conversely, a coating may be formed as long as it does not contain a substance that causes gas. Note that there are cases where a particulate inorganic filler that is coated with a silane coating is acceptable.
粒子状無機充填材の粒子径は、D50粒子径(メジアン径)が前述の所定範囲であればよい。また、このような粒子状無機充填材の含有率は、フッ素樹脂組成物全体に対して前述の所定範囲であればよい。粒子状無機充填材のD50粒子径は、例えば、レーザー回折・散乱法により測定することができる。 The particle diameter of the particulate inorganic filler may be such that the D50 particle diameter (median diameter) is within the above-mentioned range. The content of such particulate inorganic filler may be such that the content of the particulate inorganic filler is within the above-mentioned range relative to the entire fluororesin composition. The D50 particle diameter of the particulate inorganic filler may be measured, for example, by a laser diffraction/scattering method.
無機充填材には、成形体の強度を向上させる観点、摺動特性の観点から、繊維状無機充填材が含まれてもよい。繊維状無機充填材としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維、ウィスカ等が挙げられるが、マトリックスとなるフッ素樹脂と比重が近く、マトリックスとなるフッ素樹脂中への均一分散性の観点等から、炭素繊維が好ましい。炭素繊維の種類は、特に限定はなく、ピッチ系でもPAN系でもよいが、摺動特性をより向上させる観点からは、ピッチ系のものが好ましい。炭素繊維の大きさは、特に限定はないが、均一分散性の観点等から、平均繊維長が0.1~0.3mm、平均繊維径が5~20μmの短繊維が好ましい。以上のように、繊維状無機充填材としては、ピッチ系炭素繊維の短繊維が特に好ましい。 The inorganic filler may include a fibrous inorganic filler from the viewpoint of improving the strength of the molded body and from the viewpoint of sliding properties. Examples of fibrous inorganic fillers include carbon fiber, glass fiber, metal fiber, whisker, etc., but carbon fiber is preferred from the viewpoint of uniform dispersion in the fluororesin matrix, as it has a specific gravity close to that of the fluororesin matrix. There is no particular limitation on the type of carbon fiber, and it may be pitch-based or PAN-based, but pitch-based carbon fibers are preferred from the viewpoint of further improving sliding properties. There is no particular limitation on the size of the carbon fiber, but short fibers with an average fiber length of 0.1 to 0.3 mm and an average fiber diameter of 5 to 20 μm are preferred from the viewpoint of uniform dispersion, etc. As described above, short fibers of pitch-based carbon fibers are particularly preferred as fibrous inorganic fillers.
無機充填材は、マトリックスとなるフッ素樹脂中への均一分散性の観点等から、マトリックスとなるフッ素樹脂と比重が近いものが好ましい。つまり、粒子状無機充填材及び繊維状無機充填材の比重は、フッ素樹脂と比重が近いものが好ましく、比重の比が、0.7~1.5であるのが好ましい。 From the viewpoint of uniform dispersion in the fluororesin matrix, it is preferable that the inorganic filler has a specific gravity close to that of the fluororesin matrix. In other words, it is preferable that the specific gravity of the particulate inorganic filler and fibrous inorganic filler is close to that of the fluororesin, and the ratio of specific gravities is preferably 0.7 to 1.5.
粒子状無機充填材の含有率は、フッ素樹脂組成物全体に対して40体積%以上70体積%以下である。繊維状無機充填材を含有させる場合、成形体の強度の観点から、その含有率は、フッ素樹脂組成物全体に対して10体積%以上30体積%以下であるのが好ましい。また、無機充填材の含有率は、フッ素樹脂組成物全体に対して80体積%以下であるのが好ましい。つまり、粒子状無機充填材と繊維状無機充填材を含む場合は両者の合計が80体積%以下であるのが好ましい。成形体の線膨張係数及び強度の観点から、無機充填材の含有率は、40体積%以上であるのが好ましく、50体積%以上がより好ましい。粒子状無機充填材と繊維状無機充填材を含む場合は両者の合計が50体積%以上であるのが好ましい。 The content of the particulate inorganic filler is 40% by volume or more and 70% by volume or less with respect to the entire fluororesin composition. When a fibrous inorganic filler is contained, from the viewpoint of the strength of the molded body, the content is preferably 10% by volume or more and 30% by volume or less with respect to the entire fluororesin composition. In addition, the content of the inorganic filler is preferably 80% by volume or less with respect to the entire fluororesin composition. In other words, when a particulate inorganic filler and a fibrous inorganic filler are contained, the total of both is preferably 80% by volume or less. From the viewpoint of the linear expansion coefficient and strength of the molded body, the content of the inorganic filler is preferably 40% by volume or more, more preferably 50% by volume or more. When a particulate inorganic filler and a fibrous inorganic filler are contained, the total of both is preferably 50% by volume or more.
フッ素樹脂組成物には、前述の成分以外に、マトリックスである所定のフッ素樹脂に対する無機充填材の分散性を向上させる観点から、添加剤、特に分散助剤として、接着性含フッ素共重合体が含まれていてもよい。接着性含フッ素共重合体としては、例えば、接着性官能基が主鎖骨格中に導入された含フッ素共重合体が挙げられる。主鎖骨格を構成する含フッ素共重合体としては、例えば、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共重合体(PFA)、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)単位を有する共重合体(CTFE共重合体)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体(ECTFE)、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)、及びポリビニルフルオライド(PVF)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン・ビニリデンフロライド共重合体(THV)、テトラフルオロエチレン・ビニリデンフルオライド共重合体等が挙げられる。また、このような含フッ素共重合体に導入可能な接着性官能基としては、例えば、カルボニル基含有官能基が挙げられる。カルボニル基含有官能基としては、例えば、カーボネート基、カルボン酸ハライド基(ハロゲノホルミル基)、ホルミル基、カルボキシル基、エステル基〔-C(=O)O-〕、酸無水物基〔-C(=O)O-C(=O)-〕、イソシアネート基、アミド基、イミド基〔-C(=O)-NH-C(=O)-〕、ウレタン基〔-NH-C(=O)O-〕、カルバモイル基〔NH2-C(=O)-〕、カルバモイルオキシ基〔NH2-C(=O)O-〕、ウレイド基〔NH2-C(=O)-NH-〕、オキサモイル基〔NH2-C(=O)-C(=O)-〕等の化学構造上の一部分であるもの等が挙げられる。このような接着性含フッ素共重合体としては、例えば、特許文献1に記載のものや、特許第4424246号公報、特許第5365939号公報、特許第5263269号公報に記載の接着性官能基が導入されたPFA(接着性PFAとも称する)等が挙げられる。このうち、接着性PFAが好ましい。接着性PFAは、市販のものを使用できる。 In addition to the above-mentioned components, the fluororesin composition may contain an adhesive fluorine-containing copolymer as an additive, particularly as a dispersing aid, from the viewpoint of improving the dispersibility of inorganic filler in a specific fluorine resin matrix.As the adhesive fluorine-containing copolymer, for example, there is a fluorine-containing copolymer in which an adhesive functional group is introduced into the main chain skeleton.As the fluorine-containing copolymer constituting the main chain skeleton, for example, there are tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinyl ether copolymer (PFA), copolymer having chlorotrifluoroethylene (CTFE) unit (CTFE copolymer), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), chlorotrifluoroethylene-ethylene copolymer (ECTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), and polyvinyl fluoride (PVF), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene-vinylidene fluoride copolymer (THV), tetrafluoroethylene-vinylidene fluoride copolymer, etc. Examples of adhesive functional groups that can be introduced into such fluorine-containing copolymers include carbonyl group-containing functional groups. Examples of carbonyl group-containing functional groups include those that are part of a chemical structure, such as carbonate group, carboxylic acid halide group (halogenoformyl group), formyl group, carboxyl group, ester group [-C(=O)O-], acid anhydride group [-C(=O)O-C(=O)-], isocyanate group, amide group, imide group [-C(=O)-NH-C(=O)-], urethane group [-NH-C(=O)O-], carbamoyl group [NH 2 -C(=O)-], carbamoyloxy group [NH 2 -C(=O)O-], ureido group [NH 2 -C(=O)-NH-], and oxamoyl group [NH 2 -C(=O)-C(=O)-]. Examples of such adhesive fluorine-containing copolymers include those described in Patent Document 1, and PFAs (also called adhesive PFAs) having adhesive functional groups introduced therein described in Japanese Patent No. 4424246, Japanese Patent No. 5365939, and Japanese Patent No. 5263269. Among these, adhesive PFAs are preferred. Commercially available adhesive PFAs can be used.
接着性含フッ素共重合体の含有率は、フッ素樹脂組成物全体に対して5~10体積%が好ましい。また、マトリックスとなるフッ素樹脂(A)に対する接着性含フッ素共重合体(B)の比(A/B、体積基準)は、3/1~8/1が好ましい。 The content of the adhesive fluorine-containing copolymer is preferably 5 to 10% by volume of the entire fluororesin composition. The ratio of the adhesive fluorine-containing copolymer (B) to the matrix fluororesin (A) (A/B, by volume) is preferably 3/1 to 8/1.
フッ素樹脂組成物には、前述の各成分以外に、他の添加剤が添加されていてもよい。このような添加剤としては、例えば、着色剤等が挙げられる。このような添加剤の含有率は、5体積%以下とすることができる。 In addition to the above-mentioned components, other additives may be added to the fluororesin composition. Examples of such additives include colorants. The content of such additives may be 5% by volume or less.
フッ素樹脂組成物は、前述の各成分を所望の体積基準の含有率となるように混合し、ヘンシェルミキサー等の撹拌機で撹拌することで得ることができる。フッ素樹脂組成物の性状は各成分の性状や混合時の条件等に応じて適宜決定されるが、各成分の良好な混合状態を確保する観点、溶融成形時の各成分の均一な分散性の観点から、粉体状であるのが好ましい。このような粉体状のフッ素樹脂組成物を得る場合は、各成分は粉体状のものを用いるのが好ましく、撹拌時に各成分を粉体状に維持できるように温度を調整するのが好ましい。また、各成分は、比重が近い粉体状のものを用いるのが好ましい。尚、各成分の含有率は、前述のように各成分の添加する質量及び各成分の密度から算出することができる。また、フッ素樹脂組成物における各成分の体積基準の含有率は、成形体においても維持される。 The fluororesin composition can be obtained by mixing the above-mentioned components to a desired volumetric content and stirring with a stirrer such as a Henschel mixer. The properties of the fluororesin composition are appropriately determined depending on the properties of each component and the conditions during mixing, but it is preferable that the fluororesin composition is in a powder form from the viewpoint of ensuring a good mixing state of each component and from the viewpoint of uniform dispersion of each component during melt molding. When obtaining such a powdered fluororesin composition, it is preferable to use each component in a powder form, and it is preferable to adjust the temperature so that each component can be maintained in a powder form during stirring. It is also preferable to use each component in a powder form with a similar specific gravity. The content of each component can be calculated from the mass of each component added and the density of each component as described above. The volumetric content of each component in the fluororesin composition is also maintained in the molded product.
実施形態に係るフッ素樹脂成形体は、例えば前述のフッ素樹脂組成物を用いて成形された成形物である。そして、例えば後述する方法で製造することで、所定値以下の線膨張係数を有する成形体とすることができる。また、この成形体は、例えばシール材や摺動材等の用途において実用上許容可能な強度を有する。ここで、線膨張係数は、JIS K7197に準拠した方法で測定することができる。また、実用上許容可能な強度の基準としては、例えば、後述するように、JIS K7181に準拠して圧縮強度(圧縮速度5mm/min)を測定した時の5%圧縮強度が10MPa以上とすることができる。 The fluororesin molded article according to the embodiment is, for example, a molded article made using the above-mentioned fluororesin composition. By manufacturing the molded article by the method described below, for example, it is possible to obtain a molded article having a linear expansion coefficient of a predetermined value or less. Furthermore, this molded article has a strength that is practically acceptable for use in applications such as sealing materials and sliding materials. Here, the linear expansion coefficient can be measured by a method conforming to JIS K7197. Furthermore, the standard for practically acceptable strength can be, for example, a 5% compression strength of 10 MPa or more when the compression strength (compression speed 5 mm/min) is measured by JIS K7181, as described below.
フッ素樹脂成形体は、例えば以下のように前述のフッ素樹脂組成物を溶融状態で加圧し、加圧下で冷却固化する点に特徴を有するホットプレス成形により製造することができる。
先ず、前述の所望のフッ素樹脂組成物を例えば圧縮成形用金型に充填し、圧縮プレスを用いて、常温で、所定圧力で所定時間加圧した後、除圧する(予備成形工程)。フリーシンター法では、この後離型して加熱炉に予備成形物を設置するが、前述のようなフッ素樹脂組成物を用いた場合は、形状を維持することができないか、困難になる。そこで、以下の工程を行うことで、最終的に形状を維持することが可能であり、所望の線膨張係数と強度を付与可能であることが判明した。
The fluororesin molded article can be produced, for example, by hot press molding, which is characterized in that the above-mentioned fluororesin composition is pressurized in a molten state and then cooled and solidified under pressure as described below.
First, the desired fluororesin composition is filled into, for example, a compression molding die, and compressed at room temperature at a predetermined pressure for a predetermined time using a compression press, and then the pressure is released (premolding process). In the free sintering method, the premolded product is then released from the mold and placed in a heating furnace, but when the above-mentioned fluororesin composition is used, it is difficult or impossible to maintain the shape. Therefore, it has been found that the following process can finally maintain the shape and provide the desired linear expansion coefficient and strength.
予備成形工程の後、フッ素樹脂組成物が充填された状態の除圧後の圧縮成形用金型を、フッ素樹脂の融点以上の温度に加熱した加熱炉内に設置し、例えば、所定時間加熱し、圧縮金型内のフッ素樹脂を溶融状態にする(型内加熱溶融工程)。加熱炉は、金型を均一に加熱可能なものであればよく、例えば、熱風循環炉などを採用することができる。 After the preforming process, the compression molding die filled with the fluororesin composition and depressurized is placed in a heating furnace heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the fluororesin, and heated for a predetermined period of time to melt the fluororesin in the compression die (in-mold heating and melting process). Any furnace can be used as long as it can heat the die uniformly, and for example, a hot air circulating furnace can be used.
次いで、フッ素樹脂が溶融状態のまま加熱炉内から圧縮成形用金型を取り出し、直ちに圧縮プレスに設置して、常温で、予備成形工程時の圧力以上の大きさで加圧を開始し、金型温度が150℃以下になった後、除圧し、離型する(加圧成形工程)。常温に冷却後、必要に応じて機械加工により所望の形状に加工することができる。このように、溶融状態にした所定のフッ素樹脂が加圧下で冷却され、固化することで、フッ素樹脂が無機充填材を十分に濡らしてフッ素樹脂粒子と無機充填材の界面接着性が高くなり、実用上許容可能な強度を有し、形状の維持が可能な成形体が得られると考えられる。フッ素樹脂がPTFEの場合は、PTFEの粒子同士が良好に融着することで所望の成形体が得られると考えられる。 Next, the compression molding die is removed from the heating furnace while the fluororesin is still in a molten state, and is immediately placed in a compression press. At room temperature, pressure is started at a pressure equal to or greater than that used in the preforming process. After the die temperature reaches 150°C or less, the pressure is released and the die is demolded (compression molding process). After cooling to room temperature, it can be machined into the desired shape as necessary. In this way, the specified fluororesin in a molten state is cooled under pressure and solidified, and the fluororesin sufficiently wets the inorganic filler, increasing the interfacial adhesion between the fluororesin particles and the inorganic filler, resulting in a molded product that has practically acceptable strength and can maintain its shape. When the fluororesin is PTFE, it is believed that the desired molded product can be obtained by good fusion of the PTFE particles together.
以上のようなフッ素樹脂成形体は、所定値以下の低い線膨張係数を有するため、加熱による寸法変化を抑制可能なため、線膨張係数が低い部材と組み合わせて用いる各種の用途に適用可能である。特に、マトリックスとして所定のフッ素樹脂を含有するため、各種回転機器等のシール部材や摺動材等として好適である。特に、回転機器の金属回転軸のシール部材、とりわけ、ラビリンスシール又はアブレイダブルシールを構成するシール部材として好適である。アブレイダブルシールとは、被切削用のシール部材を静止部に有するシールであり、回転軸に形成されるフィンの回転よって、被切削用のシール部材が削られることにより、最適な距離を確保するものである。ラビリンスシールとは、アブレイダブルシールのような被切削用のシール部材を使用しないものであり、前述のように、例えば、静止部側にフィンを設け、回転軸と静止部の間に凹凸の隙間を複数段形成したものである。以上のような回転機器のラビリンスシールは、特に、ターボ圧縮機のシール部材として好適である。 The above-mentioned fluororesin molded body has a low linear expansion coefficient of less than a predetermined value, and thus can suppress dimensional changes due to heating, and can be applied to various applications in which it is used in combination with materials with a low linear expansion coefficient. In particular, since it contains a predetermined fluororesin as a matrix, it is suitable as a sealing material or sliding material for various rotating devices. In particular, it is suitable as a sealing material for metal rotating shafts of rotating devices, and in particular as a sealing material constituting a labyrinth seal or an abradable seal. An abradable seal is a seal having a seal material to be cut in the stationary part, and the seal material to be cut is cut by the rotation of the fins formed on the rotating shaft, thereby ensuring an optimal distance. A labyrinth seal is one that does not use a seal material to be cut, such as an abradable seal, and as described above, for example, a fin is provided on the stationary part side, and uneven gaps are formed between the rotating shaft and the stationary part in multiple stages. The above-mentioned labyrinth seal for rotating devices is particularly suitable as a sealing material for turbo compressors.
以下、実施例に基づき本発明に係る実施形態をより詳細に説明する。 The following describes the embodiment of the present invention in more detail based on the examples.
(実施例1)
<フッ素樹脂組成物の調製>
PTFE(ファイン)(三井・ケマーズフロロプロダクツ株式会社製、テフロン(登録商標)PTFE ファインパウダー 641-J、乳化重合品、平均粒子径:400μm、比重:2.17、融点:327℃、溶融粘度:1012Pa・sec)35体積%、粒子状無機充填材(デンカ株式会社製、UFP-35HH、溶融シリカ、D50粒子径:0.1μm、比重:2.2、形状:球状(球形状))40体積%、繊維状無機充填材(株式会社クレハ製、クレカチョップ KGF-200 M-201S、炭素繊維、ピッチ系、平均繊維長0.15mm、平均繊維径14.5μm、比重:1.60)20体積%、接着性含フッ素共重合体(AGC株式会社製、Fluon+ EA-2000 パウダー、比重:2.13、融点:310℃、溶融粘度:104Pa・sec、接着性官能基導入PFA)5体積%を混合し、実験用小型ブレンダーにて2分間攪拌し、フッ素樹脂組成物を得た。
Example 1
<Preparation of Fluororesin Composition>
PTFE (fine) (manufactured by Mitsui Chemours Fluoroproducts Co., Ltd., Teflon (registered trademark) PTFE Fine Powder 641-J, emulsion polymerized product, average particle size: 400 μm, specific gravity: 2.17, melting point: 327° C., melt viscosity: 10 12 Pa·sec) 35% by volume, particulate inorganic filler (manufactured by Denka Co., Ltd., UFP-35HH, fused silica, D50 particle size: 0.1 μm, specific gravity: 2.2, shape: spherical (spherical)) 40% by volume, fibrous inorganic filler (manufactured by Kureha Corporation, Kureka Chop KGF-200 M-201S, carbon fiber, pitch-based, average fiber length 0.15 mm, average fiber diameter 14.5 μm, specific gravity: 1.60) 20% by volume, adhesive fluorine-containing copolymer (manufactured by AGC Inc., Fluon+ EA-2000 Powder, specific gravity: 2.13, melting point: 310° C., melt viscosity: 10 4 Pa·sec, adhesive functional group-introduced PFA (5% by volume) was mixed and stirred for 2 minutes in a small laboratory blender to obtain a fluororesin composition.
<フッ素樹脂成形体の製造>
得られたフッ素樹脂組成物を用い、以下のようにホットプレス成形法によりフッ素樹脂成形体を得た。先ず、φ40mmの円柱状の空間を形成可能な圧縮成形金型に得られたフッ素樹脂組成物を投入し、圧縮プレスにて成形圧力10MPa、金型温度25℃で予備成形した後、該組成物の入った状態で該金型を加熱炉内で、360℃で加熱し、PTFEを溶融させた。次いで、該金型を加熱炉から取り出して、PTFEが溶融状態のままとなるようにして圧縮プレスに設置し、30MPaで加圧しながら、自然冷却した後、脱型してφ40mm×70mm高さのフッ素樹脂成形体を得た。得られたフッ素樹脂成形体を後述する評価に用いた。
<Production of fluororesin molded article>
The obtained fluororesin composition was used to obtain a fluororesin molded product by hot press molding as follows. First, the obtained fluororesin composition was put into a compression molding die capable of forming a cylindrical space of φ40 mm, and premolded in a compression press at a molding pressure of 10 MPa and a die temperature of 25 ° C., and then the die with the composition in it was heated in a heating furnace at 360 ° C. to melt PTFE. Next, the die was removed from the heating furnace and placed in a compression press so that PTFE remained in a molten state, and naturally cooled while being pressurized at 30 MPa, and then demolded to obtain a fluororesin molded product of φ40 mm x 70 mm in height. The obtained fluororesin molded product was used for the evaluation described below.
(実施例2)
PTFE(ファイン)を、PTFE(モールディング)(三井・ケマーズフロロプロダクツ株式会社製、テフロン(登録商標)PTFE モールディングパウダー 7-J、懸濁重合品、平均粒子径 30μm、比重2.17、融点:327℃、溶融粘度:1012Pa・sec)に変更した以外は、実施例1と同様にして、フッ素樹脂組成物を調製し、フッ素樹脂成形体を製造した。得られたフッ素樹脂成形体を後述する評価に用いた。
Example 2
A fluororesin composition was prepared and a fluororesin molded article was produced in the same manner as in Example 1, except that PTFE (fine) was changed to PTFE (molding) (manufactured by Mitsui-Chemours Fluoroproducts Co., Ltd., Teflon (registered trademark) PTFE molding powder 7-J, suspension polymerization product, average particle size 30 μm, specific gravity 2.17, melting point: 327° C., melt viscosity: 10 12 Pa·sec). The obtained fluororesin molded article was used for the evaluation described below.
(実施例3)
PTFEの含有率を表1に示す含有率とし、粒子状無機充填材として、デンカ株式会社製、SFP-30M(溶融シリカ、D50粒子径:0.7μm、比重:2.2、形状:球状(球形状))を用い、表1に示す含有率とした以外は、実施例1と同様にして、フッ素樹脂組成物を調製し、フッ素樹脂成形体を製造した。得られたフッ素樹脂成形体を後述する評価に用いた。
Example 3
A fluororesin composition was prepared and a fluororesin molded article was produced in the same manner as in Example 1, except that the PTFE content was set to the content shown in Table 1, and SFP-30M (fused silica, D50 particle size: 0.7 μm, specific gravity: 2.2, shape: spherical (spherical shape)) manufactured by Denka Company Ltd. was used as the particulate inorganic filler at the content shown in Table 1. The obtained fluororesin molded article was used for the evaluation described later.
(実施例4、5、比較例1~3)
成分組成を表1のようにした以外は、実施例1と同様にして、フッ素樹脂組成物を調製し、フッ素樹脂成形体を製造した。得られたフッ素樹脂成形体を後述する評価に用いた。尚、比較例2では、粒子状無機充填材として、マイカ(株式会社ヤマグチマイカ製、SJ-005、D50粒子径:5μm)を用いた。
(Examples 4 and 5, Comparative Examples 1 to 3)
A fluororesin composition was prepared and a fluororesin molded article was produced in the same manner as in Example 1, except that the component composition was as shown in Table 1. The obtained fluororesin molded article was used for the evaluations described below. In Comparative Example 2, mica (manufactured by Yamaguchi Mica Co., Ltd., SJ-005, D50 particle size: 5 μm) was used as the particulate inorganic filler.
(参考例1)
成分組成を表1のようにした以外は、実施例1と同様にして、フッ素樹脂組成物を調製した。このフッ素樹脂組成物を用いて、以下のようにフリーシンター成形法により、フッ素樹脂成形体の製造を試みた。先ず、φ40mmの円柱状の空間を形成可能なの圧縮成形金型に、得られたフッ素樹脂組成物を投入し、圧縮プレスにて成形圧力50MPa、金型温度25℃で予備成形した。その後、離型したところ、予備成形体は非常に脆くて形状を保持できず、加熱焼成できなかった。つまり、フリーシンター法により成形体を得ることができなかった。
(Reference Example 1)
A fluororesin composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the component composition was as shown in Table 1. Using this fluororesin composition, an attempt was made to manufacture a fluororesin molded body by the free sinter molding method as described below. First, the obtained fluororesin composition was placed in a compression molding die capable of forming a cylindrical space of φ40 mm, and premolded by a compression press at a molding pressure of 50 MPa and a die temperature of 25°C. When the premolded body was subsequently released from the die, it was found to be very brittle and unable to retain its shape, and therefore could not be sintered by heating. In other words, a molded body could not be obtained by the free sinter method.
(評価)
<線膨張係数測定>
JIS K7197に従い、線膨張係数を測定した。先ず、実施例1~5及び比較例1~3で得られたフッ素樹脂成形体から、φ5×10mmの試験片を機械加工により作製した。次いで、得られた各試験片について、熱機械測定装置(株式会社日立ハイテクサイエンス製、TMA/SS6100)を用いて、25℃~200℃の温度範囲で5℃/minで昇温し、平均線膨張係数を測定した。評価結果を表1に示す。
(evaluation)
<Measurement of linear expansion coefficient>
The linear expansion coefficient was measured according to JIS K7197. First, test pieces of φ5×10 mm were prepared by machining from the fluororesin molded bodies obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3. Next, the average linear expansion coefficient was measured for each of the obtained test pieces by increasing the temperature at 5° C./min in the temperature range of 25° C. to 200° C. using a thermomechanical measuring device (TMA/SS6100, manufactured by Hitachi High-Tech Science Corporation). The evaluation results are shown in Table 1.
<圧縮強度測定>
JIS K7181に準拠して圧縮特性を測定した。先ず、実施例1~5及び比較例1~3で得られたフッ素樹脂成形体から、φ8×20mmの試験片を機械加工により作製した。次いで、得られた各試験片について、島津製作所製、オートグラフAG-X plusにて、試験速度5mm/minにて圧縮強度を測定し、5%圧縮強度を求めた。評価結果を表1に示す。
<Compressive strength measurement>
Compression properties were measured in accordance with JIS K7181. First, test pieces of φ8×20 mm were prepared by machining from the fluororesin molded articles obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3. Next, the compression strength of each of the obtained test pieces was measured at a test speed of 5 mm/min using an Autograph AG-X plus manufactured by Shimadzu Corporation, and the 5% compression strength was calculated. The evaluation results are shown in Table 1.
表1に実施例1~5、比較例1~3、参考例1の成分組成、成形法、成形可否、評価結果を示す。表1中の項目「成形可否」は、採用した各成形法による成形が可能であったか否かを示したものであり、「○」は、問題なく成形体ができたこと、「×」は、予備成形体が形成できなかったことを示している。 Table 1 shows the component compositions, molding methods, moldability, and evaluation results for Examples 1 to 5, Comparative Examples 1 to 3, and Reference Example 1. The "Moldability" item in Table 1 indicates whether molding was possible using each molding method employed, with "○" indicating that a molded body was produced without any problems and "×" indicating that a preform could not be formed.
表1に示すように、所定の溶融粘度のフッ素樹脂をマトリックスとし、特定の粒子状無機充填材を所定の含有率で含むフッ素樹脂組成物の場合(実施例1~5)は、そのホットプレス成形により得られるフッ素樹脂成形体は所定の線膨張係数を有し、実用上許容可能な変形強度を有することが分かる。 As shown in Table 1, in the case of fluororesin compositions (Examples 1 to 5) that have a matrix of fluororesin with a specified melt viscosity and contain a specific particulate inorganic filler at a specified content, the fluororesin molded product obtained by hot press molding has a specified linear expansion coefficient and deformation strength that is practically acceptable.
Claims (6)
前記フッ素樹脂組成物が、溶融粘度が1010Pa・sec以上であるフッ素樹脂をマトリックスとし、
前記無機充填材が、D50粒子径が0.01~1μmの粒子状無機充填材を含み、
前記粒子状無機充填材は、シラン被覆で被覆されておらず、前記フッ素樹脂組成物全体に対して40体積%以上70体積%以下含まれ、
前記フッ素樹脂組成物は、マトリックスとなる前記フッ素樹脂以外に、添加剤としての接着性含フッ素共重合体を含有し、
前記接着性含フッ素共重合体が、前記フッ素樹脂組成物全体に対して5体積%以上10体積%以下含まれ、
前記フッ素樹脂成形体の25℃~200℃における線膨張係数が30ppm(3.0×10-5)/K以下である、フッ素樹脂成形体。 A fluororesin molded article made of a fluororesin composition containing an inorganic filler,
The fluororesin composition has a matrix of a fluororesin having a melt viscosity of 10 10 Pa·sec or more,
The inorganic filler comprises a particulate inorganic filler having a D50 particle size of 0.01 to 1 μm,
the particulate inorganic filler is not coated with a silane coating, and is included in the fluororesin composition in an amount of 40% by volume or more and 70% by volume or less based on the entire fluororesin composition;
The fluororesin composition contains an adhesive fluorine-containing copolymer as an additive in addition to the fluororesin that serves as a matrix,
the adhesive fluorine-containing copolymer is contained in an amount of 5% by volume or more and 10% by volume or less based on the entire fluororesin composition,
The fluororesin molded article has a linear expansion coefficient of 30 ppm (3.0×10 −5 )/K or less at 25° C. to 200° C.
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