氟樹脂制密封環(huán)的制作方法
【專利摘要】對形成密封環(huán)的不連續(xù)處的接縫部的至少一面以等離子體照射時的壓力條件為10～500Pa、使用非聚合性氣體進行了等離子體改性處理的PTFE樹脂制密封環(huán)。該PTFE樹脂制密封環(huán)由于接縫面進行了低壓等離子體處理，表面部分的CF鍵的狀態(tài)發(fā)生了變化，因此即使是在高溫下施加一定負荷的狀態(tài)過后其接縫部也不產生固著，可以發(fā)揮確保加壓下的密封性和常壓下的滑動性的優(yōu)異效果，可以有效地用作在例如包括汽車自動變速器(A/T)、無級變速器(CVT)等的液壓回路的旋轉或往復運動中使用的密封材料。
【專利說明】氟樹脂制密封環(huán)

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及氟樹脂制密封環(huán)，更詳細地涉及可以防止氟樹脂制部件之間熔接的氟 樹脂制密封環(huán)。

【背景技術】
[0002] 現(xiàn)在樹脂制密封環(huán)被用在例如包括汽車自動變速器（A/T)、無級變速器（CVT)等 的液壓回路的旋轉或往復運動中。所述樹脂制密封環(huán)為了確保安裝到環(huán)形槽中的安裝性、 加壓下的密封性和常壓下的滑動性，一般在環(huán)的一部分具有構成不連續(xù)處的接縫部，被設 定成在安裝密封環(huán)時在接縫部產生圓周方向上的微小間隙(接縫間隙)。密封流體的溫度上 升時密封環(huán)發(fā)生熱膨脹，接縫部的間隙慢慢變窄，形成接縫部的切割面相互對接的狀態(tài)。另 夕卜，例如在直切（straight cut)的情況下接縫間隙變成零時密封流體不漏出，從而發(fā)揮良 好的密封性。
[0003] 但是，密封流體的溫度進一步上升、密封環(huán)的膨脹增大時，有壓縮應力作用于接縫 部分。這樣在高溫下被施加一定負荷的狀態(tài)下，在比引起塑性屈服的應力低的應力下就發(fā) 生壓縮永久變形，隨著時間推移接縫部變形(蠕變）甚至會固著。已知這種現(xiàn)象不僅僅是密 封流體的溫度，在加壓條件下的液壓裝置的振動等導致接縫面之間互相摩擦時，由于該摩 擦熱而更加容易發(fā)生。接縫部蠕變，并且進一步在該狀態(tài)下固著時，隨后即使是密封流體的 溫度降低蠕變或固著了的部分的形狀也不會恢復為原狀，因此給密封環(huán)的安裝狀態(tài)帶來不 良影響，引起低溫運轉時的密封性降低。
[0004] 為了應對上述問題，本 申請人:在專利文獻1中提出了往氟樹脂中填充了石油焦炭 和碳纖維的密封環(huán)材料。但是，由該材料制造的密封環(huán)雖然抗蠕變性提高，但在加壓下產生 摩擦熱的條件下氟樹脂之間仍然有固著的可能性。為了防止氟樹脂之間的固著，可考慮用 液體涂布劑對氟樹脂表面進行處理，但液體涂布劑一般與氟樹脂的密合性差，并且涂膜本 身因摩擦熱而融化、熔接的可能性高。
[0005] 現(xiàn)有技術文獻 專利文獻 專利文獻1日本特開2003-035367號公報 專利文獻2日本特開2010-203546號公報 專利文獻3日本特開2010-249219號公報 專利文獻4日本特開2003-182615號公報 專利文獻 5 W02007/043622 專利文獻6日本特開2006-176544號公報 專利文獻7日本特開2005-232196號公報 專利文獻8日本特開2002-317089號公報 專利文獻9日本特開2001-294720號公報 專利文獻10日本特開2007-154170號公報 專利文獻11日本特開2000-9228號公報 專利文獻12日本特開2002-161181號公報 專利文獻13日本特開平10-45989號公報 專利文獻14日本特開昭62-109844號公報 專利文獻15日本特開平2-32146號公報 專利文獻16日本特開2000-1589號公報 專利文獻17日本特開2003-261698號公報。


【發(fā)明內容】

[0006] 發(fā)明所要解決的課題 本發(fā)明的目的是提供一種PTFE樹脂制密封環(huán)，其即使是在高溫下被施加了一定負荷 的狀態(tài)過后在形成密封環(huán)的不連續(xù)處的接縫部表面也不會發(fā)生固著。
[0007] 解決課題的技術手段 本發(fā)明的目的通過PTFE樹脂制密封環(huán)達到，所述PTFE樹脂制密封環(huán)為對形成密封環(huán) 的不連續(xù)處的接縫部的至少一面以等離子體照射時的壓力條件為10?500Pa、使用非聚合 性氣體進行了等離子體改性處理的PTFE樹脂制密封環(huán)。
[0008] 發(fā)明效果 本發(fā)明涉及的PTFE樹脂制密封環(huán)由于接縫面進行了低壓等離子體處理，表面部分的 CF鍵狀態(tài)發(fā)生了變化，因此即使是在高溫下被施加了一定負荷的狀態(tài)過后，其接縫部也不 發(fā)生固著，發(fā)揮確保加壓下的密封性和常壓下的滑動性的優(yōu)異效果，可以有效地用作用于 例如包括汽車自動變速器（A/T)、無級變速器（CVT)等的液壓回路的旋轉或往復運動中的 密封材料。

【具體實施方式】
[0009] 作為密封環(huán)，優(yōu)選使用可以在-200?+260°C這樣寬的溫度范圍中連續(xù)使用、耐熱 性、耐寒性優(yōu)異、摩擦系數(shù)為0. 04?0. 3這樣非常低的值、耐摩擦性也優(yōu)異的PTFE樹脂制 密封環(huán)。PTFE當然可以使用均聚PTFE (homo-PTFE)，也可以使用通過氟烷基乙烯基醚、六 氟丙烯等含有多氟烷基的單體、乙烯等進行了部分改性（數(shù)mol %以下）的PTFE。
[0010] 已知可以使PTFE含有各種填充劑從而用于各種用途，本發(fā)明中雖然因填充劑的 種類及其性狀而異，但一般可以在與PTFE的總量中以約70重量％以下、優(yōu)選約1?30重 量％的程度含有填充劑。作為PTFE中可以含有的填充劑，可以列舉以下物質，這些填充劑 也可以兩種以上并用。
[0011] 玻璃纖維：參照專利文獻4?5 一般使用平均纖維直徑為約1?50 μ m、優(yōu)選為約5?15 μ m、平均纖維長度為約10? 1000 μ m、優(yōu)選為約50?200 μ m的玻璃纖維。這些玻璃纖維優(yōu)選預先用硅烷偶聯(lián)劑等進行 表面處理后使用。
[0012] 碳纖維：參照專利文獻1、5?9 使用浙青系、人造絲系、聚丙烯腈系的碳纖維等，優(yōu)選浙青系、特別優(yōu)選高度石墨化的 浙青系碳纖維，一般使用平均纖維直徑為約1?50 μ m、優(yōu)選為約5?20 μ m、特別優(yōu)選為約 7?15 μ m、平均纖維長度為約10?1000 μ m、優(yōu)選為約20?500 μ m、特另|J優(yōu)選為約50? 200 μ m的上述碳纖維。
[0013] 陶瓷纖維或陶瓷粉末：參照專利文獻10 使用SiC、A1203、WC、Y203、MgO、Si0 2、Si3N4、ZrO^的纖維或粉末，一般使用平均粒徑為 約0. 4?100 μ m、優(yōu)選為約0. 7?30 μ m的上述纖維或粉末。
[0014] 石墨粉末：參照專利文獻9、11、15 可以使用天然石墨（土狀、塊狀、粉末狀等）或人造石墨中的任意一種。其平均粒徑取 決于其性狀，但一般使用30 μ m以下的石墨粉末。
[0015] 焦炭：參照專利文獻1、7?8、14 使用煤焦炭、石油焦炭等，一般使用平均粒徑為約1?200 μ m、優(yōu)選10?50 μ m、特別 優(yōu)選為約3?30 μ m的上述焦炭。
[0016] 碳珠 （carbon beads):參照專利文獻8、12?13 優(yōu)選使用以芳香族聚合物為原料得到的碳珠，一般使用平均粒徑為約3?30 μ m、優(yōu)選 為約10?20 μ m的碳珠。
[0017]炭黑： 使用算術平均粒徑為約70?90nm的科琴黑7 ^ 1 7 7夕）、熱級炭黑 (thermal grade carbon black)等。
[0018] 青銅粉末：參照專利文獻15?16 使用往Cu中添加了 2?35重量％的Sn的合金，該合金具有例如Cu 85?98重量％、 優(yōu)選88?92重量％、Sn 2?15重量％、優(yōu)選8?12重量％的組成，或者Cu和Cr的比例 為約9 :1，一般平均粒徑為約10?50 μ m。
[0019] 等離子體改性處理是使用低壓等離子體裝置對密封環(huán)接縫部的至少一面進行。具 體地，將密封環(huán)以接縫面不合攏的方式放入真空室內，將室內（真空槽）排氣達到規(guī)定的真 空度、一般為5?IOOPa或其以下后，導入非聚合性氣體，使用規(guī)定頻率的高頻電源施加一 定時間的規(guī)定的電力來進行。這里密封環(huán)的接縫部是指設在環(huán)的一部分上的不連續(xù)處，其 面是指接縫部的相對的面,其形狀有直切、階梯狀的階梯切割（階段狀?又于7/力7卜)、 特殊階梯切割（特殊卜）、傾斜的斜切（斜幻狀卜）等,例如,直切 的例子可以列舉專利文獻1中記載的例子，特殊階梯切割的例子可以列舉專利文獻2?3 中記載的例子。
[0020] 低壓等離子體裝置使用例如在真空槽內下側電極和上側電極處于相互對置的位 置、至少任意一個電極與高頻電源或微波電源相連的低壓等離子體裝置。
[0021] 等離子體照射例如如下進行：用真空泵將系統(tǒng)內減壓至5?IOOPa或其以下后，導 入氬、氦、氮等非活性氣體、氧等活性氣體等非聚合性氣體以使真空室內的壓力達到10? 500Pa、優(yōu)選20?lOOPa，使用頻率為40kHz或13. 56MHz等的高頻電源或頻率為2. 45GHz的 微波電源供給約10?30000W的電力1?30分鐘。非聚合性氣體使用例如氬時，聚四氟乙 烯的表面結構改性，進行表面腐蝕。在以上的條件中，對壓力以外的條件、即所使用氣體的 種類、電源等離子體激發(fā)電場頻率、電力、照射時的溫度條件、照射時間沒有特別限定。但等 離子體照射在上述以外的壓力下進行時，將不能穩(wěn)定地產生等離子體。
[0022] 在具有各種形狀的接縫部的僅僅表面適用等離子體照射處理是在將密封環(huán)打開 的狀態(tài)下進行，以對密封環(huán)接縫部的相對面的僅僅至少一方適用等離子體照射處理。
[0023] 僅對密封環(huán)接縫部的一個面適用等離子體照射處理時，必須預先將另一面用膜等 覆蓋。為了避免這樣繁雜的方法，優(yōu)選對接縫部的相對的兩個面適用等離子體照射處理。
[0024] 專利文獻17中雖然公開了對以氟樹脂為主成分的成型物在1. 5?25Pa的壓力下 進行等離子體照射處理的表面改性方法，但進行了該處理的氟樹脂成型物被認為可以牢固 地接合到其它部件上，因此該文獻完全沒有防止氟樹脂部件彼此固著的技術思想。
[0025] 進行了等離子體處理的面雖然不會像以確保接合性為目的的專利文獻2那樣變 化到通過脫氫氟酸而發(fā)現(xiàn)有機官能團，但CF鍵的狀態(tài)發(fā)生了變化，該狀態(tài)通過XPS (X射線 光電子能譜）來確認。 實施例
[0026] 以下通過實施例說明本發(fā)明。
[0027] 實施例1 用混合機將PTFE (旭硝子產品G163) 68重量％、玻璃纖維（日東紡績產品 CSX-3J-451S)30重量％和油焦（中越黑鉛工業(yè)產品，平均粒徑20μπι)2重量％混合后，用 壓縮成型機在10?20MPa下壓縮成型，然后在煅燒爐中在熔點以上進行煅燒，從而制作立 方體形狀（4X4X4mm)的試驗片。
[0028] 將所得的試驗片靜置在低壓等離子體處理裝置的真空槽內的下側電極上，將真空 槽內排氣至真空度為l〇Pa。在達到該真空度的時間點導入氬氣，在將真空槽內的壓力保持 在約60Pa的同時，由頻率為13. 56MHz的高頻電源對上側電極供給200W的電力5分鐘，將 氬氣等離子體化從而進行PTFE表面的改性處理。
[0029] 這里低壓等離子體處理裝置使用如下的裝置：在外部側面具有氣體供給部和氣體 排氣裝置的真空槽的內部上側和下側以對置的方式分別配置上側電極和下側電極、上側電 極與配置在真空槽外部的高頻電源連接、具有從下側電極到真空槽外部的地線。
[0030] 使用進行了等離子體處理的試驗片進行下述的兩種抗固著性評價。
[0031] 抗固著性評價A :將試驗片的進行了等離子體改性處理的PTFE面（4X4mm)和沒 有進行等離子體改性處理的PTFE面（4X4mm)重疊用夾具夾持后，在室溫條件下施加表面 壓力為3MPa的負荷的同時以200Hz的頻率施加微振動30秒，卸下夾具后相對于接合面垂 直地進行牽拉，用自動繪圖儀測定固著強度。
[0032] 抗固著性評價B :將試驗片的進行了等離子體改性處理的上述PTFE面和沒有進 行等離子體改性處理的上述PTFE面各自的兩端部以上述長度重疊并用夾具夾持后，施加 表面壓力為7MPa的負荷的同時在160°C保持1小時，冷卻后，卸下夾具后相對于接合面垂直 地進行牽拉，用自動繪圖儀測定固著強度。
[0033] 實施例2 在實施例1中使用將試驗片的進行了等離子體改性處理的PTFE面彼此重疊并用夾具 夾持的試驗片進行兩種抗固著性評價。
[0034] 實施例3 在實施例1中對將高頻電力的供給時間變更為10分鐘而進行了等離子體改性處理的 試驗片進行兩種抗固著性評價。
[0035] 實施例4 在實施例3中使用將試驗片的進行了等離子體改性處理的PTFE面彼此重疊并用夾具 夾持的試驗片進行兩種抗固著性評價。
[0036] 實施例5 在實施例1中對將高頻電力的供給時間變更為20分鐘而進行了等離子體改性處理的 試驗片進行兩種抗固著性評價。
[0037] 實施例6 在實施例5中使用將試驗片的進行了等離子體改性處理的PTFE面彼此重疊并用夾具 夾持的試驗片進行兩種抗固著性評價。
[0038] 實施例7 在實施例1中對使用氮氣代替氬氣進行了等離子體改性處理的試驗片進行兩種抗固 著性評價。
[0039] 實施例8 在中使用將試驗片的進行了等離子體改性處理的PTFE面彼此重疊并用夾具夾持的試 驗片進行兩種抗固著性評價。
[0040] 比較例1 在實施例1的抗固著性評價中，使用將試驗片的任意表面均未進行等離子體改性處理 的面彼此重疊并用夾具夾持的試驗片進行兩種抗固著性評價。
[0041] 以上實施例1?8和比較例1中所得結果如下表1所示。

【權利要求】
1. PTFE樹脂制密封環(huán)，其是對形成密封環(huán)的不連續(xù)處的接縫部的至少一面以等離子體 照射時的壓力條件為10?500Pa、使用非聚合性氣體進行了等離子體改性處理的PTFE樹脂 制密封環(huán)。
2. 根據權利要求1所述的PTFE樹脂制密封環(huán)，其中非聚合性氣體是氬、氦、氮或氧。
3. 根據權利要求1所述的PTFE樹脂制密封環(huán)，其中PTFE樹脂是含有填充劑的PTFE樹 脂。
4. 根據權利要求3所述的PTFE樹脂制密封環(huán)，其中含有填充劑的PTFE樹脂是含有 玻璃纖維、碳纖維、陶瓷纖維、陶瓷粉末、石墨粉末、焦炭粉末、碳珠、炭黑或青銅粉末的PTFE 樹脂。
【文檔編號】C08J7/00GK104508334SQ201380039279
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2013年7月18日 優(yōu)先權日:2012年7月25日
【發(fā)明者】深澤清文, 古賀晶子, 鈴木昭寬, 栗山秀樹 申請人:Nok株式會社