(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023181207
(43)【公開日】2023-12-21
(54)【発明の名称】シール用樹脂組成物およびシール
(51)【国際特許分類】
C09K 3/10 20060101AFI20231214BHJP
H01M 8/04 20160101ALI20231214BHJP
F16J 9/28 20060101ALI20231214BHJP
【ＦＩ】
C09K3/10 Z
H01M8/04 J
F16J9/28
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023173276
(22)【出願日】2023-10-04
(62)【分割の表示】P 2023021929の分割
【原出願日】2023-02-15
(31)【優先権主張番号】P 2022022749
(32)【優先日】2022-02-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000102692
【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100174090
【弁理士】
【氏名又は名称】和気 光
(74)【代理人】
【識別番号】100100251
【弁理士】
【氏名又は名称】和気 操
(74)【代理人】
【識別番号】100205383
【弁理士】
【氏名又は名称】寺本 諭史
(72)【発明者】
【氏名】安田 健
(57)【要約】
【課題】高温かつ高圧のガス中で使用可能なシール用樹脂組成物およびシールを提供する。
【解決手段】シール用樹脂組成物は、ガスを密封するためのピストンリング１に用いられる樹脂組成物であって、シール用樹脂組成物の成形体を圧力８２ＭＰａ、温度２００℃のガス中に１９２時間曝露したとき、曝露前を基準とした寸法変化率が±１．０％以下であり、かつ、曝露前の引張強さを１００％としたときの保持率が８０％以上であり、また、シール用樹脂組成物の成形体の引張強さが、ＡＳＴＭ Ｄ６３８準拠の測定方法で１００ＭＰａ以上である。
【選択図】図１
【解決手段】シール用樹脂組成物は、ガスを密封するためのピストンリング１に用いられる樹脂組成物であって、シール用樹脂組成物の成形体を圧力８２ＭＰａ、温度２００℃のガス中に１９２時間曝露したとき、曝露前を基準とした寸法変化率が±１．０％以下であり、かつ、曝露前の引張強さを１００％としたときの保持率が８０％以上であり、また、シール用樹脂組成物の成形体の引張強さが、ＡＳＴＭ Ｄ６３８準拠の測定方法で１００ＭＰａ以上である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガスを密封するためのシールに用いられるシール用樹脂組成物であって、
前記シール用樹脂組成物の成形体を圧力８２ＭＰａ、温度２００℃の前記ガス中に１９２時間曝露したとき、曝露前を基準とした寸法変化率が±１．０％以下であることを特徴とするシール用樹脂組成物。
前記シール用樹脂組成物の成形体を圧力８２ＭＰａ、温度２００℃の前記ガス中に１９２時間曝露したとき、曝露前を基準とした寸法変化率が±１．０％以下であることを特徴とするシール用樹脂組成物。
【請求項2】
前記シール用樹脂組成物の成形体を圧力８２ＭＰａ、温度２００℃の前記ガス中に１９２時間曝露したとき、曝露前の引張強さを１００％としたときの保持率が８０％以上であることを特徴とする請求項１記載のシール用樹脂組成物。
【請求項3】
前記シール用樹脂組成物の成形体の引張強さが、ＡＳＴＭ Ｄ６３８準拠の測定方法で１００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のシール用樹脂組成物。
【請求項4】
前記シール用樹脂組成物の主成分であるベース樹脂のガス透過度が、ＪＩＳ Ｋ７１２６－１準拠の測定方法で４．０×１０－１２ｍｏｌ／（ｍ２・ｓ・Ｐａ）以下であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のシール用樹脂組成物。
【請求項5】
前記ベース樹脂が、芳香族ポリエーテルケトン樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、またはポリアミドイミド樹脂であることを特徴とする請求項４記載のシール用樹脂組成物。
【請求項6】
前記シール用樹脂組成物の成形体は、硫黄原子の含有量が２５０ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のシール用樹脂組成物。
【請求項7】
前記ガスが水素ガスであることを特徴とする請求項１または請求項２記載のシール用樹脂組成物。
【請求項8】
請求項１または請求項２記載のシール用樹脂組成物の成形体からなることを特徴とするシール。
【請求項9】
上記シールが、水素ガスを圧縮する往復式圧縮機のピストンリングであることを特徴とする請求項８記載のシール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、高圧のガス中で使用され、ガスを密封するためのシールに用いられるシール用樹脂組成物およびシールに関するものであり、特に、水素ガス用往復式圧縮機のピストンリングに用いられる樹脂組成物およびピストンリングに関する。
【背景技術】
【0002】
水素ステーションでは、水素ガス用往復式圧縮機、水素ガスを貯蔵するための蓄圧器、燃料電池自動車（ＦＣＶ）に水素ガスを供給するためのディスペンサーなどにおいて、水素を密封するためのシールが多数使用されている。また、ＦＣＶでは、高圧水素タンク内の水素を減圧し、減圧したガスを燃料電池に供給するための減圧弁などにシールが使用されている。そのため、水素ガスの密封性が高く、高圧の水素ガス中で長期間使用可能なシールが要求されている。
【0003】
特に水素ステーションの水素ガス用往復式圧縮機でシールとして使用されるピストンリングは、高温かつ高圧の過酷環境に耐える必要があり、このような環境に長期間曝露しても寸法変化しにくく、物性変化も小さいことが要求される。代表的な水素ガス用往復式圧縮機は、ピストンとシリンダーを含む構造であり、シリンダーに対してピストンが往復動することによって、水素ガスを圧縮する仕組みである。このような往復式圧縮機では、ピストンとシリンダーとの間の隙間において水素ガスをシールする目的で、従来から環状のピストンリングが使用されている。ピストンリングはピストンに設けられた環状溝に装着される。この場合、ピストンリングの外周面がシリンダーの内周面と接触し、かつ、ピストンリングの側面が環状溝の側面と接触することにより、水素ガスがシールされる。使用されるピストンリングには、高温かつ高圧の過酷環境でのさらなる耐摩耗性の向上が求められている。水素ステーションにおいて、圧縮機の使用温度は、例えば、非特許文献１では約１５０℃～２００℃とされている。
【0004】
水素ガス用往復式圧縮機としては、例えば特許文献１が開示されている。特許文献１には、ピストン部材およびシリンダライナの一方の部材に設けられ、他方の部材（被摺動部材）に対して相対的に摺動する樹脂製のリング状の摺動部材が記載されている。特許文献１では、摺動部材および被摺動部材の両方の摺動面に、非晶質炭素膜を形成することで、摺動部材の摩耗による交換寿命を伸ばすことができるとしている。なお、非晶質炭素膜は、表面部分の方がその内側の部分よりも炭素の含有量が多くなっている。この非晶質炭素膜は硫黄を含まないことが好ましいとされている。また、摺動部材は、例えば、圧縮機に組み込む前に水素雰囲気で曝露する処理をした脱硫処理部材であることが好ましいとされている。
【0005】
非特許文献２では、水素耐性を有する樹脂開発について報告されており、側鎖１，２ジオールやエチレンを分子鎖に導入したポリビニルアルコール系樹脂にナイロン１１、ナイロン６／６６、フッ素樹脂のいずれかを所定比率配合したポリマーアロイについて、高圧水素曝露／脱圧の繰り返しサイクル下での耐ブリスタ性（樹脂内残留水素の気泡化による内部破壊）が評価されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特許第６５３３６３１号公報
【非特許文献】
【0007】
【非特許文献1】７０ＭＰａ水素スタンド技術基準検討委員会報告書、高圧ガス保安協会、２０１２年２月
【非特許文献2】渋谷光夫「高圧水素ガスバリア材の開発」、日本ゴム協会誌、第８８巻、２０１５、ｐ．３３６－３４１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
上記特許文献１では、摺動部材に用いる樹脂について、高圧の水素ガスに対する耐性には言及されていない。また、上記非特許文献２のポリマーアロイは、ナイロン１１、ナイロン６／６６、フッ素樹脂のいずれかを所定比率配合しているが、これらの樹脂は高温下の機械的強度が低く、高温かつ高圧の水素ガス中で用いると変形を生じる可能性がある。
【0009】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、高温かつ高圧のガス中、特に水素ガス中で使用可能なシール用樹脂組成物およびシールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明のシール用樹脂組成物は、ガスを密封するためのシールに用いられる樹脂組成物であって、上記シール用樹脂組成物の成形体を圧力８２ＭＰａ、温度２００℃の上記ガス中に１９２時間曝露したとき、曝露前を基準とした寸法変化率が±１．０％以下であることを特徴とする。なお、本明細書における「成形体」とは、射出成形、圧縮成形、押し出し成形などの周知の方法により成形された成形体、もしくは、これらの成形体を機械加工したものを指し、シール製品（ピストンリング、弁体、弁座、グランドパッキン、リップシールなど）も含まれる。また、本明細書における「ガス」とは一般的な気体を意味する概念であり、気体燃料なども含まれる。例えば、水素、天然ガス、アンモニアなどのガスであってもよい。
【0011】
上記シール用樹脂組成物の成形体を圧力８２ＭＰａ、温度２００℃の上記ガス中に１９２時間曝露したとき、曝露前の引張強さを１００％としたときの保持率が８０％以上であることを特徴とする。
【0012】
上記シール用樹脂組成物の成形体の引張強さが、ＡＳＴＭ Ｄ６３８準拠の測定方法で１００ＭＰａ以上であることを特徴とする。
【0013】
上記シール用樹脂組成物の主成分であるベース樹脂のガス透過度が、ＪＩＳ Ｋ７１２６－１準拠の測定方法で４．０×１０－１２ｍｏｌ／（ｍ２・ｓ・Ｐａ）以下であることを特徴とする。
【0014】
上記ベース樹脂が、芳香族ポリエーテルケトン樹脂、熱可塑性ポリイミド（ＰＩ）樹脂、または、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂であることを特徴とする。
【0015】
上記シール用樹脂組成物の成形体は、硫黄原子の含有量が２５０ｐｐｍ以下であることを特徴とする。
【0016】
上記ガスが水素ガスであることを特徴とする。
【0017】
本発明のシールは、上記シール用樹脂組成物の成形体からなることを特徴とする。また、上記シールが、水素ガスを圧縮する往復式圧縮機のピストンリングであることを特徴とする。
【発明の効果】
【0018】
本発明のシール用樹脂組成物は、該樹脂組成物の成形体を圧力８２ＭＰａ、温度２００℃のガス中に１９２時間曝露したとき、曝露前を基準とした寸法変化率が±１．０％以下である（さらに好ましくは、曝露前の引張強さを１００％としたときの保持率が８０％以上である）ので、高温かつ高圧のガス中でシールとして長時間使用することができ、特に水素ガスを圧縮する往復式圧縮機のピストンリングとして好適である。
【0019】
シール用樹脂組成物の主成分であるベース樹脂のガス透過度が、ＪＩＳ Ｋ７１２６－１準拠の測定方法で４．０×１０－１２ｍｏｌ／（ｍ２・ｓ・Ｐａ）以下であるので、高温かつ高圧のガス中における成形体の寸法変化や物性変化を小さくしやすくなる。
【0020】
例えば、往復式圧縮機で圧縮した水素ガスをＦＣＶに充填する場合、水素ガス中に硫黄成分が混入されると、燃料電池の性能低下を引き起こすおそれがあるところ、上記シール用樹脂組成物の成形体は、硫黄原子の含有量が２５０ｐｐｍ以下であるので、水素ガス中への硫黄成分の混入を低減でき、ＦＣＶにおける燃料電池の性能低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【発明を実施するための形態】
【0022】
本発明者は、樹脂組成物の成形体を所定の条件に曝露したときの寸法変化、さらには物性変化を所定の範囲内とすることで、高温かつ高圧のガス中での使用に好適なシール用樹脂組成物となることを見出した。さらに、本発明者は、高圧のガス中に曝露した際に寸法変化や物性変化が少ない樹脂組成物とするには、樹脂組成物の内部にガスが侵入し難いことが必要と考え、具体的な特性値としてＪＩＳ Ｋ７１２６－１準拠のガス透過度に着目し、ガス透過度が４．０×１０－１２ｍｏｌ／（ｍ２・ｓ・Ｐａ）以下の樹脂を主成分に用いることで、高温かつ高圧のガス中での使用により好適な樹脂組成物となることを見出した。本発明はこのような知見に基づくものである。
【0023】
本発明のシール用樹脂組成物は、その樹脂組成物の成形体を圧力８２ＭＰａ、温度２００℃のガス中に１９２時間曝露したとき、曝露前を基準とした寸法変化率が±１．０％以下である。寸法変化率が±１．０％を超えると、上記シール用樹脂組成物からなるシールを高温かつ高圧のガス中で使用した場合に、所定のシール性を満足できないおそれがある。
【0024】
上記寸法変化率は、ＡＳＴＭ Ｄ６３８準拠のダンベル試験片を用いて測定することができる。具体的には、曝露前後のダンベル試験片の厚さ、中央部の幅、全長などの任意の一方向における長さを測定し、求めることができる。また、シール用樹脂組成物からなるシールを用いて求めてもよい。例えば、ピストンリングの場合、厚さ（径方向長さ）、幅（軸方向長さ）などの任意の一方向における長さを測定し、求めることができる。上記寸法変化率は、±０．５％以下であることがより好ましく、±０．２％以下であることがさらに好ましい。
【0025】
また、シール用樹脂組成物の成形体は、圧力８２ＭＰａ、温度２００℃のガス中に１９２時間曝露したとき、曝露前の引張強さを１００％としたときの保持率が８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましい。保持率が８０％未満となると、上記シール用樹脂組成物からなるシールを高温かつ高圧のガス中で使用した場合に、シールが変形などしやすくなるおそれがある。
【0026】
上記の引張強さの保持率は、ＡＳＴＭ Ｄ６３８準拠のダンベル試験片を用いて測定することができ、具体的には、曝露前後の引張強さを測定し、求めることができる。
【0027】
さらに、シール用樹脂組成物の成形体の引張強さは、ＡＳＴＭ Ｄ６３８準拠の測定方法で５０ＭＰａ以上であることが好ましく、８０ＭＰａ以上であることがより好ましく、１００ＭＰａ以上であることがさらに好ましい。特に、引張強さが１００ＭＰａ以上であると、上記シール用樹脂組成物からなるシールを例えば、圧力６５ＭＰａ以上の高圧のガス中で使用した場合に変形などを防止しやすくなる。一方、引張強さを極端に大きくするには炭素繊維などの繊維状充填剤を多量に配合する必要が生じるため、摩擦摩耗特性との両立の観点から、成形体の引張強さは２２０ＭＰａ以下であることが好ましく、１８０ＭＰａ以下であってもよい。
【0028】
以下には、本発明のシール用樹脂組成物の具体的な組成について説明する。
【0029】
本発明のシール用樹脂組成物は、ベース樹脂を主成分としている。このベース樹脂の種類は必ずしも限定されないが、ベース樹脂単体の成形体がＪＩＳ Ｋ７１２６－１準拠のガス透過度が４．０×１０－１２ｍｏｌ／（ｍ２・ｓ・Ｐａ）以下を満足することが好ましい。この数値を満足する樹脂として、例えば、芳香族ポリエーテルケトン樹脂、熱可塑性ＰＩ樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂を用いることができる。一方、ガス透過度が４．０×１０－１２ｍｏｌ／（ｍ２・ｓ・Ｐａ）を超えるベース樹脂を用いると、高温かつ高圧の水素ガス中で上記樹脂組成物の成形体の寸法変化や物性変化が大きくなるおそれがある。上記ガス透過度は、１．０×１０－１２ｍｏｌ／（ｍ２・ｓ・Ｐａ）～３．５×１０－１２ｍｏｌ／（ｍ２・ｓ・Ｐａ）がより好ましい。なお、上記ガス透過度は、例えば水素ガス透過度である。
また、上記ベース樹脂は射出成形可能な樹脂であることがより好ましい。射出成形可能であると、設計自由度が高くなり、様々な形状のシールに対応できる。
また、上記ベース樹脂は射出成形可能な樹脂であることがより好ましい。射出成形可能であると、設計自由度が高くなり、様々な形状のシールに対応できる。
【0030】
芳香族ポリエーテルケトン樹脂は、ベンゼン環をエーテル基とケトン基で結合した樹脂の総称であり、ポリアリールエーテルケトン樹脂とも呼称されている。芳香族ポリエーテルケトン樹脂として、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）樹脂、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）樹脂、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ）樹脂などが挙げられる。芳香族ポリエーテルケトン樹脂を用いる場合、芳香族ポリエーテルケトン樹脂の中で比較的安価なＰＥＥＫ樹脂であってもよい。ＰＥＥＫ樹脂は下記の式（１）に示す化学構造であり、本発明では平均分子量、分子量分布などは限定されずに使用することができる。ＰＥＥＫ樹脂のせん断速度１０００／ｓ、温度４００℃における溶融粘度は特に限定されないが、例えば、ピストンリングの場合、該溶融粘度は、ＩＳＯ １１４４３準拠の測定方法において２００Ｐａ・ｓ～５５０Ｐａ・ｓであることが好ましい。この範囲内とすることで、射出成形による成形加工を可能としながら、耐摩耗性を十分に確保しやすくなる。上記溶融粘度は、３００Ｐａ・ｓ～５００Ｐａ・ｓがより好ましい。
【0031】
【化1】
【0032】
高温下、特に温度１５０℃～２００℃における耐摩耗性を考慮すると、ＰＥＥＫ樹脂よりガラス転移点が高い芳香族ポリエーテルケトン樹脂がより好ましく、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）によって測定されるガラス転移点が１５０℃以上の芳香族ポリエーテルケトン樹脂が特に好ましい。具体的には、ＰＥＫ樹脂（ガラス転移点１６０℃）、ＰＥＫＫ樹脂（ガラス転移点１６０～１６５℃）、ＰＥＫＥＫＫ樹脂（ガラス転移点１７０℃）などを使用できる。例えば、ＰＥＫ樹脂は、下記の式（２）に示す化学構造である。
【0033】
【化2】
【0034】
芳香族ポリエーテルケトン樹脂のＤＳＣによって測定されるガラス転移点が１５０～１６０℃である場合、せん断速度１０００／ｓ、温度４００℃における溶融粘度がＩＳＯ １１４４３準拠の測定方法において１００Ｐａ・ｓ～５５０Ｐａ・ｓであってもよい。この範囲内とすることで、射出成形による成形加工を可能としながら、例えば往復式圧縮機に用いるピストンリングとしての耐摩耗性を十分に確保しやすくなる。また、芳香族ポリエーテルケトン樹脂のＤＳＣによって測定されるガラス転移点が１６０～１７０℃である場合、せん断速度１０００／ｓ、温度４２０℃における溶融粘度が１００Ｐａ・ｓ～５５０Ｐａ・ｓであってもよい。この範囲内とすることで、射出成形による成形加工を可能としながら、例えば往復式圧縮機に用いるピストンリングとしての耐摩耗性を十分に確保しやすくなる。
【0035】
本発明の樹脂組成物には、種類、溶融粘度の異なる複数の芳香族ポリエーテルケトン樹脂を混合して使用することもできる。芳香族ポリエーテルケトン樹脂には、上記式（１）、式（２）に示すように分子構造に硫黄原子は含まれていないが、重合時に使用される溶媒（例えばジフェニルスルホンなど、分子構造に硫黄原子を含む溶媒）を不純物として含有している場合がある。
【0036】
ＰＥＥＫ樹脂の具体的な市販品として、ビクトレックスジャパン株式会社製：ＰＥＥＫ ９０Ｐ、ＰＥＥＫ １５０Ｐ、ＰＥＥＫ ３８０Ｐ、ＰＥＥＫ ４５０Ｐ、ＰＥＥＫ ６５０Ｐ、ポリプラ・エボニック株式会社製：ＶＥＳＴＡＫＥＥＰ １０００Ｐ、ＶＥＳＴＡＫＥＥＰ ２０００Ｐ、ＶＥＳＴＡＫＥＥＰ ３０００Ｐ、ＶＥＳＴＡＫＥＥＰ ４０００Ｐ、ＶＥＳＴＡＫＥＥＰ ５０００Ｐなどを使用することができる。また、ＰＥＥＫ樹脂であっても、一般的なガラス転移点１４３℃のＰＥＥＫ樹脂よりも耐熱性の高い特殊なＰＥＥＫ樹脂を用いることができる。このような市販品として、ガラス転移点１７０℃であるソルベイスペシャルティポリマーズジャパン株式会社製：キータスパイア（登録商標）ＰＥＥＫ ＸＴ－９２０ ＦＰなどが挙げられる。
【0037】
ＰＥＫ樹脂の具体的な市販品として、ビクトレックスジャパン株式会社製：ＨＴ Ｐ２２を用いることができ、ＰＥＫＥＫＫ樹脂としてビクトレックスジャパン株式会社製：ＳＴ Ｐ４５を用いることができ、ＰＥＫＫ樹脂としてアルケマ株式会社製：Ｋｅｐｓｔａｎ（登録商標）ＰＥＫＫ ６０００シリーズ、７０００シリーズ、８０００シリーズを用いることができる。
【0038】
ジフェニルスルホンの沸点が３７９℃であるため、芳香族ポリエーテルケトン樹脂をベースとしたシール用樹脂組成物を射出成形する成形工程において、射出成形機のノズル内またはシリンダー内の最高温度を、樹脂温度の実測値で３８０℃以上としてジフェニルスルホンを除去しやすくすることが好ましい。樹脂温度の実測値は３８０℃～４２０℃であることがより好ましく、３９５℃～４２０℃であることがさらに好ましい。３９５℃～４２０℃とするには、ＰＥＥＫ樹脂（融点３４３℃）よりも高融点のＰＥＫ樹脂（融点３７３℃）、ＰＥＫＫ樹脂（融点３５８℃（上記８０００シリーズ））、ＰＥＫＥＫＫ樹脂（融点３８７℃）をベース樹脂に用いたほうが射出成形条件をより調整し易いことから好ましい。
【0039】
上記成形工程の構成に加えて、射出成形用ペレットを溶融押出し機で製造する際に、該溶融押出し機のノズル内またはシリンダー内の最高温度を、樹脂温度の実測値で３８０℃以上としてジフェニルスルホンを除去しやすくすることが好ましい。樹脂温度の実測値は３８０℃～４２０℃であることがより好ましく、３９５℃～４２０℃であることがさらに好ましい。３９５℃～４２０℃とするには、ＰＥＥＫ樹脂（融点３４３℃）よりも高融点のＰＥＫ樹脂（融点３７３℃）、ＰＥＫＫ樹脂（融点３５８℃（上記８０００シリーズ））、ＰＥＫＥＫＫ樹脂（融点３８７℃）をベース樹脂に用いたほうが溶融押出し条件をより調整し易いことから好ましい。
【0040】
熱可塑性ＰＩ樹脂としては、ガラス転移点、融点が高く、かつ射出成形などの溶融成形が可能な樹脂が好ましい。具体的には、下記式（３）に示すように、分子構造の繰り返し単位中に、熱的特性、機械的強度などに優れたイミド基が芳香族基を取り囲みながらも、熱などのエネルギーが加えられることにより適度な溶融特性を示すエーテル結合部分を複数個有する構造のイミド系樹脂がよく、機械的特性、剛性、耐熱性、射出成形性を満足させるため、エーテル結合部を繰り返し単位中に２個有する熱可塑性ＰＩ樹脂が好ましい。
【0041】
【化3】
【0042】
熱可塑性ＰＩ樹脂の市販品としては、三井化学株式会社製オーラム（登録商標）、三菱ガス化学株式会社製サープリム（登録商標）などが挙げられる。この２種類のうち、上記式（３）を満たすオーラムはガラス転移点２５０℃、融点３８８℃であり、極めて耐熱性に優れるため、特に好ましい。オーラムは、上記式（３）におけるＸが直接結合であり、Ｒ１～Ｒ４が全て水素である。本発明の樹脂組成物に使用可能なオーラムのグレードとしては、例えば、ＰＤ２５０、ＰＤ４００、ＰＤ４５０、ＰＤ５００などが挙げられる。
【0043】
ＰＡＩ樹脂は、高分子主鎖内にイミド結合とアミド結合とを有する樹脂である。例えば、ＰＡＩ樹脂として、下記式（４）に示すように、イミド結合、アミド結合が芳香族基を介して結合している芳香族系ＰＡＩ樹脂を用いることができる。
【0044】
【化4】
【0045】
このような芳香族系ＰＡＩ樹脂は、芳香族第一級ジアミン、例えばジフェニルメタンジアミンと芳香族三塩基酸無水物、例えばトリメリット酸無水物のモノまたはジアシルハライド誘導体から製造されるＰＡＩ樹脂、芳香族三塩基酸無水物と芳香族ジイソシアネート化合物、例えばジフェニルメタンジイソシアネートとから製造されるＰＡＩ樹脂などがある。
【0046】
ＰＡＩ樹脂の市販品としては、ソルベイスペシャルティポリマーズジャパン株式会社製トーロン（登録商標）などが挙げられる。本発明の樹脂組成物に使用可能なトーロンのグレードとしては、４０００Ｔなどが挙げられる。
【0047】
シール用樹脂組成物において、ベース樹脂は、樹脂組成物全体に対して５０体積％～９５体積％含まれることが好ましく、６０体積％～９０体積％含まれることがより好ましく、７０体積％～９０体積％含まれることがさらに好ましい。
【0048】
本発明のシール用樹脂組成物は、強度、弾性率、摩擦摩耗特性などを向上させる目的で、芳香族ポリエーテルケトン樹脂、熱可塑性ＰＩ樹脂、ＰＡＩ樹脂などのベース樹脂に、炭素材料を配合することが好ましい。本明細書における「炭素材料」は、結晶性の有無およびその度合いは限定されず、非意図的であれば硫黄原子を含有していてもよい。炭素材料としては、炭素繊維、黒鉛、コークス粉などが挙げられ、これらの中から１種類の炭素材料を単独で配合しても、複数の種類を組み合わせて配合してもよい。当該炭素材料に含まれる硫黄原子の含有量は２００ｐｐｍ以下であることが好ましく、１００ｐｐｍ以下であることがより好ましく、５０ｐｐｍ以下であることが特に好ましい。また、ベース樹脂に、固体潤滑剤であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂を配合してもよい。本発明のシール用樹脂組成物において、炭素材料とＰＴＦＥ樹脂の少なくとも一方を配合することが好ましく、炭素材料とＰＴＦＥ樹脂の両方を配合することがより好ましい。なお、摩擦摩耗特性はシールがピストンリングなどの運動シールである場合に重要である。
【0049】
炭素繊維は、原材料から分類されるピッチ系またはＰＡＮ系のいずれのものであってもよい。焼成温度は限定されるものではなく、２０００℃またはそれ以上の高温で焼成されて黒鉛化品、１０００～１５００℃程度で焼成された炭化品のどちらであってもよい。また、チョップドファイバーおよびミルドファイバーのどちらであってもよいが、摩擦摩耗特性の観点からは繊維長の短いミルドファイバーを用いることが好ましい。
【0050】
本発明に使用できる市販品のミルドファイバーとしては、ピッチ系炭素繊維として、クレハ社製：クレカ Ｍ－１０１Ｓ、Ｍ－１０１Ｆ、Ｍ－１０１Ｔ、Ｍ－１０４Ｔ、Ｍ－１０７Ｔ、Ｍ－２０１Ｓ、Ｍ－２０１Ｆなどが挙げられる。また、ＰＡＮ系炭素繊維として、帝人株式会社製：ＨＴ Ｍ８００ １６０ＭＵ、ＨＴ Ｍ１００ ４０ＭＵ、東レ株式会社製：トレカ ＭＬＤ－３０、ＭＬＤ－３００などが挙げられる。
【0051】
なお、ピッチ系炭素繊維の場合、原料のピッチは不純物として硫黄を含有している。また、ＰＡＮ系炭素繊維の場合も、表面処理に硫酸を用いる場合、硫黄が残留することがある。炭素繊維としては、ピッチ系炭素繊維に比べて硫黄原子の含有量が比較的少ないＰＡＮ系炭素繊維を用いることが好ましい。
【0052】
本発明に用いる炭素繊維の平均繊維長は、特に限定されないが、２０μｍ～２００μｍの短繊維であることが好ましい。平均繊維長が２０μｍ未満であると耐摩耗性向上の効果が得られにくく、２００μｍを超えると摺動時に折損した炭素繊維が摺動面に入り込みやすくなり、シリンダーなどを損傷摩耗させやすい。なお、本明細書における平均繊維長は数平均繊維長である。
【0053】
黒鉛は、固体潤滑剤であり、樹脂組成物の摩擦摩耗特性を向上できる。また、黒鉛としては、天然黒鉛、人造黒鉛のいずれを用いてもよい。粒子の形状は、鱗片状、粒状、球状などがあるが、いずれを用いてもよい。本発明に使用できる市販品の黒鉛としては、天然黒鉛である日本黒鉛工業株式会社製：ＡＣＰ、人造黒鉛であるイメリス・ジーシー・ジャパン株式会社製：ＴＩＭＲＥＸ ＫＳ６、ＫＳ２５、ＫＳ４４などが挙げられる。このほか、樹脂粒子を焼成して得られた球状黒鉛（または球状カーボン）を用いてもよく、例えばフェノール樹脂粒子を焼成して得られるエア・ウォーター・ベルパール株式会社製：ベルパールＣ８００、Ｃ２０００などを使用できる。黒鉛の５０％粒子径（Ｄ５０）は限定されないが、３μｍ～５０μｍが好ましく、１０μｍ～３０μｍがより好ましい。５０μｍを超えると、樹脂組成物の引張伸び特性が低下するおそれがある。
【0054】
コークス粉は樹脂組成物の耐摩耗性を向上できる。コークス粉のＤ５０は限定されないが、３μｍ～５０μｍが好ましく、１０μｍ～３０μｍがより好ましい。５０μｍを超えると、樹脂組成物の引張伸び特性が低下するおそれがある。
【0055】
上記シール用樹脂組成物は、炭素繊維、黒鉛、コークス粉などの炭素材料を少なくとも１種類以上含み、樹脂組成物全体に対して炭素材料を合計で５体積％～５０体積％含むことが好ましく、５体積％～３５体積％含むことがより好ましく、５体積％～２５体積％含むことがさらに好ましい。炭素材料の合計の配合量が５体積％未満であると耐摩耗性向上の効果が得られにくく、３５体積％を超えると樹脂組成物の溶融粘度が高くなり、薄肉部がある成形品の場合には射出成形しにくくなる。５０体積％を超えると、溶融粘度が極めて高くなり、射出成形そのものが困難になる。炭素材料として、例えば、炭素繊維および黒鉛を組み合わせて用いることができる。
【0056】
ＰＴＦＥ樹脂は固体潤滑剤であり、樹脂組成物の摩擦摩耗特性を向上できる。ＰＴＦＥ樹脂として、懸濁重合法によるモールディングパウダー、乳化重合法によるファインパウダー、再生ＰＴＦＥのいずれを採用してもよい。樹脂組成物の流動性を安定させるためには、成形時のせん断により繊維化し難く、溶融粘度を増加させ難い再生ＰＴＦＥを採用することが好ましい。再生ＰＴＦＥとは、熱処理（熱履歴が加わったもの）粉末、γ線または電子線などを照射した粉末のことである。例えば、モールディングパウダーまたはファインパウダーを熱処理した粉末、また、この粉末をさらにγ線または電子線を照射した粉末、モールディングパウダーまたはファインパウダーの成形体を粉砕した粉末、また、その後γ線または電子線を照射した粉末、モールディングパウダーまたはファインパウダーをγ線または電子線を照射した粉末などのタイプがある。γ線または電子線を照射後にさらに熱処理を加えたタイプもある。ＰＴＦＥ樹脂のＤ５０は、特に限定されるものではないが１０μｍ～５０μｍとすることがより好ましい。
【0057】
本発明に使用できる市販品のＰＴＦＥ樹脂としては、株式会社喜多村製：ＫＴＬ－６１０、ＫＴＬ－６１０Ａ、ＫＴＬ－４５０、ＫＴＬ－３５０、ＫＴＬ－８Ｎ、ＫＴＬ－８Ｆ、ＫＴＬ－４００Ｈ、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）７－Ｊ、ＴＬＰ－１０、ＡＧＣ株式会社製：フルオンＧ１６３、Ｌ１５０Ｊ、Ｌ１６９Ｊ、Ｌ１７０Ｊ、Ｌ１７２Ｊ、Ｌ１７３Ｊ、Ｌ１８２Ｊ、ダイキン工業株式会社製：ポリフロンＭ－１５、スリーエムジャパン株式会社製：ダイニオンＴＦ９２０５、ＴＦ９２０７などが挙げられる。また、パーフルオロアルキルエーテル基、フルオロアルキル基、またはその他のフルオロアルキルを有する側鎖基で変性されたＰＴＦＥ樹脂であってもよい。上記の中でγ線または電子線などを照射したＰＴＦＥ樹脂としては、株式会社喜多村製：ＫＴＬ－６１０、ＫＴＬ－６１０Ａ、ＫＴＬ－４５０、ＫＴＬ－３５０、ＫＴＬ－８Ｎ、ＫＴＬ－８Ｆ、ＡＧＣ株式会社製：フルオンＬ１６９Ｊ、Ｌ１７０Ｊ、Ｌ１７２Ｊ、Ｌ１７３Ｊ、Ｌ１８２Ｊなどが挙げられる。
【0058】
上記シール用樹脂組成物は、ＰＴＦＥ樹脂を樹脂組成物全体に対して５体積％～２５体積％含むことが好ましい。ＰＴＦＥ樹脂の配合量が５体積％未満であると、摩擦摩耗特性の向上効果が得られにくく、２５体積％を超えると樹脂組成物の引張伸び特性が低下するおそれがある。ＰＴＦＥ樹脂の配合量は１０体積％～２０体積％がより好ましい。
【0059】
本発明のシール樹脂組成物に配合するＰＴＦＥ樹脂、黒鉛、コークス粉の５０％粒子径（Ｄ５０）は、粒子径分布を累積分布としたとき、累積値が５０％となる点の粒子径であり、レーザー光散乱法を利用した粒子径分布測定装置を用いて測定することができる。
【0060】
上記シール樹脂組成物には、上記炭素材料、上記ＰＴＦＥ樹脂のほかに、本発明の効果を阻害しない程度に周知の樹脂用添加剤を配合してもよい。添加剤としては、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、無機物（マイカ、タルク、炭酸カルシウム、窒化ホウ素など）、ウィスカ（炭酸カルシウム、チタン酸カリウムなど）、着色剤（酸化鉄、酸化チタン、カーボンブラックなど）、他の樹脂成分などが挙げられる。上記樹脂用添加剤の硫黄原子の含有量が２００ｐｐｍを超える場合、上記樹脂組成物全体に対して、この添加剤の配合量を３体積％以下にすることが好ましい。また、上記シール用樹脂組成物には、２００ｐｐｍを超えて硫黄原子を含有する炭素材料が含まれてもよいが、その炭素材料の含有量は、樹脂組成物全体に対して３体積％以下であることが好ましい。上記シール用樹脂組成物は、二硫化モリブデン、二硫化タングステンなどの硫化物を含まないことが好ましい。
【0061】
上記シール用樹脂組成物に、本発明の効果を阻害しない程度に、ベース樹脂以外の樹脂を配合する場合、当該樹脂は、分子構造に硫黄原子を含まない樹脂であることが好ましい。つまり、分子構造に硫黄原子を含む樹脂である、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）樹脂、ポリサルホン（ＰＳＵ）樹脂、およびポリフェニルサルホン（ＰＰＳＵ）樹脂は、樹脂組成物に含まないことが好ましい。ＰＰＳ樹脂は、下記の式（５）に示すように、分子構造に硫黄原子が含まれている。このほか、ＰＥＳ樹脂、ＰＳＵ樹脂、ＰＰＳＵ樹脂はいずれもスルホニル基が含まれる分子構造であるため、硫黄原子を含有している。
【0062】
【化5】
【0063】
上記樹脂組成物には、本発明の効果を阻害しない程度に、芳香族ポリエーテルケトン樹脂と、分子構造に硫黄原子を含まない樹脂を混合して使用してもよい。分子構造に硫黄原子を含まない樹脂としては、ガラス転移点１５０℃以上の樹脂が好ましく、熱可塑性ＰＩ樹脂であることがより好ましい。熱可塑性ＰＩ樹脂の市販品としては、三井化学株式会社製オーラム（登録商標）、三菱ガス化学株式会社製サープリム（登録商標）などを用いることができる。ガラス転移点はオーラムが２５０℃、サープリムが１８５℃である。
【0064】
以上より、本発明のシール用樹脂組成物の特に好ましい形態は、射出成形可能な樹脂組成物であって、ＪＩＳ Ｋ７１２６－１準拠の水素ガス透過度が４．０×１０－１２ｍｏｌ／（ｍ２・ｓ・Ｐａ）以下の樹脂をベース樹脂とし、上記樹脂組成物全体に対して、上記炭素材料を合計で５体積％～３５体積％含み、かつ、ＰＴＦＥ樹脂を５体積％～２５体積％含む樹脂組成物である。
【0065】
上述したシール用樹脂組成物からなるシールは、高圧のガス中、特に水素ガス中で好適に使用される。３０ＭＰａ～１２０ＭＰａの高圧で使用され、好ましくは６５ＭＰａ～１１０ＭＰａで使用され、さらに好ましくは８０ＭＰａ～１００ＭＰａで使用される。シールが水素ガス用往復式圧縮機のピストンリングの場合、このような圧力範囲で、かつ、無潤滑条件で使用され、水素ステーションの水素ガス用往復式圧縮機の吐出圧として代表的な仕様である８２ＭＰａの水素ガス中で使用されるシールとして特に好適である。また、ＦＣＶのタンク内圧力として代表的な仕様である７０ＭＰａの水素ガス中で使用されるシールとしても特に好適である。
【0066】
上記樹脂組成物をピストンリングに用いる場合の実施形態を以下に記載する。
【0067】
上記樹脂組成物を構成する各材料を、必要に応じて、ヘンシェルミキサー、アキシャルミキサー、ボールミキサー、リボンブレンダーなどにて混合した後、二軸混練押出し機などの溶融押出し機にて溶融混練し、成形用ペレットを得ることができる。なお、炭素材料、ＰＴＦＥ樹脂、上述の樹脂用添加剤の投入は、二軸押出し機などで溶融混練する際にサイドフィードを採用してもよい。この成形用ペレットを用いて射出成形によりピストンリングを成形することができる。射出成形素材を用いて追加工または全加工を行い、所定のピストンリング形状に仕上げてもよい。
【0068】
本発明の樹脂組成物を用いたピストンリングおよびピストンリングを適用した往復式圧縮機の一例を図１および図２に基づいて説明する。図１は、ピストンリングの一例を示した斜視図である。図１に示すように、ピストンリング１は断面が略矩形の環状体である。リング内周面１ｂとリングの両側面１ｃとの角部は直線状、曲線状の面取りが設けられていてもよく、シールリングを射出成形で製造する場合、該部分に金型からの突出し部分となる段部を設けてもよい。
【0069】
また、ピストンリング１は、一箇所の合い口１ａを有するカットタイプのリングであり、弾性変形により拡径してピストンの環状溝に装着される。ピストンリング１は、合い口１ａを有することから、使用時においてガスの圧力によって拡径されて、外周面１ｄがシリンダーの内周面と密着する。合い口１ａの形状については、限定されるものではなく、ストレートカット型、アングルカット型などにすることも可能であるが、シール性に優れることから、図１に示す複合ステップカット型を採用することが好ましい。
なお、本発明のピストンリングは、図１に示すような単一の部材からなるピストンリングに限定されず、複数の部材を組み合わせることで円環状になるピストンリングであってもよい。
なお、本発明のピストンリングは、図１に示すような単一の部材からなるピストンリングに限定されず、複数の部材を組み合わせることで円環状になるピストンリングであってもよい。
【0070】
図２は、図１のピストンリングを用いた水素ガス用往復式圧縮機の一例の断面図である。水素ガス用往復式圧縮機は、水素ステーションなどに設置され、圧縮された水素ガスはＦＣＶ、水素エンジン車への充填などに用いられる。水素ガス用往復式圧縮機の圧縮機構部２は、シリンダー３とピストン４からなり、ピストン４はピストンロッド５に接続されている。ピストン４の外周面には、ピストンリング１を装着するための環状溝が複数配置されており、ピストンリング１が弾性変形により拡径して各環状溝に１つずつ組み込まれる。ピストンに装着されるピストンリングの数は特に限定されず、図２では６個のシールリングが装着されている。水素ガスは圧縮室６に導入され、ピストン４がシリンダー３に対して往復動することによって圧縮された後、外部に排出される。
【0071】
以下には、本発明のシール用樹脂組成物を用いてシールとして、ピストンリングを製造する方法について説明する。なお、ピストンリングに限らず、他のシールも同様にして製造できる。
【0072】
上記シール用樹脂組成物が芳香族ポリエーテルケトン樹脂を主成分とする場合、射出成形素材、射出成形素材から削り出したピストンリング、射出成形で製造したピストンリングのうち、いずれかの状態で熱処理を実施することが好ましい。この熱処理は、最高温度１５０℃～３３０℃の温度（より好ましくは２００℃～２５０℃の温度）で行うことが好ましい。ジフェニルスルホンの融点が１２７℃であること、また芳香族ポリエーテルケトン樹脂はガラス転移点以上であれば分子鎖が動きやすく、ジフェニルスルホンを蒸発によって除去しやすいことから、熱処理の最高温度は１５０℃以上であることが好ましい。最高温度が１５０℃未満であると、硫黄の含有量の低減効果が得られにくく、最高温度が２５０℃を超えると、射出成形の後に熱処理する場合は変形が起こりやすくなる。また、ピストンリングの使用温度よりも高い温度であることがより好ましく、該使用温度よりも３０℃以上高い温度であることがさらに好ましい。また、最高温度で保持する時間は特に限定されないが、例えば４時間～８時間である。この熱処理はピストンリング中の硫黄の低減に有効であり、ピストンリングの使用中に発生する硫黄含有ガスを予め低減できる。なお、芳香族ポリエーテルケトン樹脂中に残留するジフェニルスルホンを蒸発により除去できる点でも有効である。
【0073】
また、上記熱処理は大気中で行うことが好ましい。例えば、上記特許文献１では、摺動部材の脱硫処理方法として水素雰囲気で曝露する処理が例示されているが、大気中ではなく特殊な雰囲気での曝露であることから、特殊な曝露装置が必要であり、水素を扱うため火災や爆発に対する安全対策が必要であり、高コストとなる。これに対して、上記熱処理を大気中で行うことで、水素雰囲気への曝露（脱硫処理）など、特殊な雰囲気での熱処理を必要としないことから特殊な曝露装置を必要とせず、厳重な安全対策が不要で低コストになる。
【0074】
射出成形素材、射出成形素材から削り出したピストンリング、射出成形で製造したピストンリングのいずれかについて、上記熱処理を実施した後、ＤＳＣによる測定を行うと、昇温過程において、熱処理なしの場合にはみられない吸熱ピーク（以下、熱履歴による吸熱ピークという）が現れる。熱履歴による吸熱ピークは、熱処理の最高温度と同等か、もしくは少し高い温度（＋２０度以内）に現れるため、熱処理の最高温度の推定が可能である。上記ピストンリングは、上記熱処理に起因して、示差走査熱量測定の昇温過程における１５０℃～３３０℃の範囲（好ましくは２００℃～２５０℃の範囲）に熱履歴による吸熱ピークを有していることが好ましい。この場合、当該ピストンリングは、芳香族ポリエーテルケトン樹脂の融点に由来する吸熱ピーク以外にも、１５０℃～３３０℃の範囲に吸熱ピークを有している。なお、ＤＳＣによる測定は、例えば昇温速度１５度／分、窒素ガス中の条件で行うことができる。
【0075】
上記樹脂組成物が熱可塑性ＰＩ樹脂を主成分とする場合、射出成形素材、射出成形素材から削り出したピストンリング、射出成形で製造したピストンリングのうち、いずれかの状態で結晶化処理（熱処理）を実施することが好ましい。例えば、熱可塑性ＰＩ樹脂として、上述の三井化学株式会社製オーラムを使用する場合、射出成形時にはほとんど結晶化しないため、結晶化処理によって結晶化度を高めてもよい。結晶化処理の条件は、例えば、大気中または窒素中にて、最高温度２８０～３２０℃とし、最高温度で２時間以上保持してもよい。結晶化処理後の結晶化度は２０％～４０％であることが好ましい。結晶化度の測定方法は、ＤＳＣで結晶の融解熱量を測定するなどの周知の方法で測定できる。
【0076】
上記樹脂組成物がＰＡＩ樹脂を主成分とする場合、射出成形素材、射出成形素材から削り出したピストンリング、射出成形で製造したピストンリングのうち、いずれかの状態でポストキュア（熱処理）を実施することが、機械的強度の点から好ましい。ポストキュアの条件は、例えば、大気中にて、最高温度２５０℃～２６０℃とし、最高温度で１５時間以上保持してもよい。
【0077】
上記熱処理、上記結晶化処理、上記ポストキュアは、樹脂組成物にわずかに含まれる活性な硫黄を除去するという点でも、実施することが好ましい。
【0078】
熱可塑性ＰＩ樹脂は、ジフェニルスルホンの含有がないことから硫黄原子の含有量が少なく、また、ＰＡＩ樹脂に比べると熱処理時間を短く設定できることから、本発明のシール用樹脂組成物のベース樹脂として特に好ましい。
【0079】
本発明のシール用樹脂組成物からなる成形体（ピストンリングなど）に含まれる硫黄原子の含有量は、例えば、誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ－ＭＳ）で測定することができる。より高精度に測定する目的で、トリプル四重極型誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ－ＭＳ／ＭＳ）を用いてもよい。分析の前処理方法としては、例えば、マイクロ波試料前処理装置にて酸分解して得られた分解液をろ過し、上澄みを分析サンプルとして得る方法が挙げられる。分解残渣に硫黄原子が含まれないことは、蛍光Ｘ線分析装置など既知の分析方法で確認することができる。
【0080】
本発明のシール用樹脂組成物からなる成形体（ピストンリングなど）に含まれる硫黄原子の含有量は、樹脂組成物全量（１００質量％）に対して０．１質量％以下であることが好ましく、０．０５０質量％以下であることがより好ましく、０．０２５質量％（２５０ｐｐｍ）以下であることがさらに好ましく、０．０２０質量％（２００ｐｐｍ）以下であることが特に好ましい。
【実施例0081】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【0082】
無充填のＰＥＥＫ樹脂、熱可塑性ＰＩ樹脂、ＰＡＩ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂について、５０ｍｍ角のシート（厚さ０．４ｍｍ）をそれぞれ用いて、ＪＩＳ Ｋ７１２６－１準拠の測定方法で水素ガス透過度を測定した結果を表１に示す。なお、測定条件は温度２３±２℃、高圧側圧力１００ｋＰａとし、圧力センサ法で測定した。結果を表１に示す。
【0083】
【表1】
【0084】
表１に示すように、ＰＥＥＫ樹脂、熱可塑性ＰＩ樹脂、ＰＡＩ樹脂は、ＰＴＦＥ樹脂に比べて水素ガス透過度が小さい結果であった。
【0085】
実施例１～実施例３、参考例１
表１のＰＥＥＫ樹脂、熱可塑性ＰＩ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂をベース樹脂に用いて、表２の配合割合（体積％）で樹脂組成物を作製した。実施例１の樹脂組成物は、充填剤として、ＰＴＦＥ樹脂を含む一方で、炭素材料を含んでいない。実施例２の樹脂組成物は、充填剤として、炭素材料を含む（炭素繊維と黒鉛の組み合わせ）一方で、ＰＴＦＥ樹脂を含んでいない。実施例３の樹脂組成物は、充填剤として、ＰＴＦＥ樹脂と炭素材料を含むものである。各樹脂組成物に用いた原材料を以下に示す。
表１のＰＥＥＫ樹脂、熱可塑性ＰＩ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂をベース樹脂に用いて、表２の配合割合（体積％）で樹脂組成物を作製した。実施例１の樹脂組成物は、充填剤として、ＰＴＦＥ樹脂を含む一方で、炭素材料を含んでいない。実施例２の樹脂組成物は、充填剤として、炭素材料を含む（炭素繊維と黒鉛の組み合わせ）一方で、ＰＴＦＥ樹脂を含んでいない。実施例３の樹脂組成物は、充填剤として、ＰＴＦＥ樹脂と炭素材料を含むものである。各樹脂組成物に用いた原材料を以下に示す。
【0086】
（１）ＰＥＥＫ樹脂〔ＰＥＥＫ〕
ビクトレックスジャパン株式会社：ＰＥＥＫ ４５０Ｐ（溶融粘度３５０Ｐａ・ｓ）
（２）熱可塑性ＰＩ樹脂〔ＴＰＩ〕
三井化学株式会社：ＰＤ４００
（３）ＰＴＦＥ樹脂〔ＰＴＦＥ－１〕
三井ケマーズフロロプロダクツ株式会社：テフロン（登録商標）７－Ｊ
（４）ＰＴＦＥ樹脂〔ＰＴＦＥ－２〕
株式会社喜多村：ＫＴＬ－４５０（Ｄ５０：２２μｍ）
（５）炭素繊維〔ＣＦ－１〕
株式会社クレハ：クレカ Ｍ－１０７Ｔ（平均繊維長４００μｍ）
（６）炭素繊維〔ＣＦ－２〕
帝人株式会社：ＨＴ Ｍ１００ ４０ＭＵ（平均繊維長４０μｍ）
（７）黒鉛〔ＧＲＰ〕
イメリス・ジーシー・ジャパン株式会社：ＴＩＭＲＥＸ ＫＳ２５（Ｄ５０：１０μｍ）
ビクトレックスジャパン株式会社：ＰＥＥＫ ４５０Ｐ（溶融粘度３５０Ｐａ・ｓ）
（２）熱可塑性ＰＩ樹脂〔ＴＰＩ〕
三井化学株式会社：ＰＤ４００
（３）ＰＴＦＥ樹脂〔ＰＴＦＥ－１〕
三井ケマーズフロロプロダクツ株式会社：テフロン（登録商標）７－Ｊ
（４）ＰＴＦＥ樹脂〔ＰＴＦＥ－２〕
株式会社喜多村：ＫＴＬ－４５０（Ｄ５０：２２μｍ）
（５）炭素繊維〔ＣＦ－１〕
株式会社クレハ：クレカ Ｍ－１０７Ｔ（平均繊維長４００μｍ）
（６）炭素繊維〔ＣＦ－２〕
帝人株式会社：ＨＴ Ｍ１００ ４０ＭＵ（平均繊維長４０μｍ）
（７）黒鉛〔ＧＲＰ〕
イメリス・ジーシー・ジャパン株式会社：ＴＩＭＲＥＸ ＫＳ２５（Ｄ５０：１０μｍ）
【0087】
実施例１～実施例３の樹脂組成物は、原材料を乾式混合した粉末を用いて二軸混練押し出し機によりペレットを作製し、射出成形によりＡＳＴＭ Ｄ６３８準拠の４号ダンベル試験片（厚さ３．２ｍｍ）を成形した。
【0088】
ＰＥＥＫ樹脂組成物（実施例１および実施例２）からなる４号ダンベル試験片は、最高温度２００℃、最高温度での保持時間４時間で熱処理した。また、熱可塑性ＰＩ樹脂組成物（実施例３）からなる４号ダンベル試験片は、最高温度３２０℃、最高温度での保持時間２時間で結晶化処理した。熱処理または結晶化処理した４号ダンベル試験片を用いて、圧力８２ＭＰａ、温度２００℃の水素ガス中で１９２時間の曝露を行い、曝露後に寸法変化率（厚さ）、引張強さの保持率を測定した。また、曝露前に引張強さおよび硫黄原子の含有量を測定した。評価結果を表２に示す。
【0089】
実施例１～実施例３の４号ダンベル試験片について、硫黄原子の含有量は、次の手順で測定した。４号ダンベル試験片を凍結粉砕し、マイクロ波試料前処理装置にて酸分解して得られた分解液をろ過して、上澄みを分析サンプルとして得た。この分析サンプルをＩＣＰ－ＭＳ／ＭＳにより分析した。なお、分解残渣に硫黄原子が含まれないことは、蛍光Ｘ線分析装置によって確認した。
【0090】
なお、射出成形できない参考例１のＰＴＦＥ樹脂組成物は、原材料を乾式混合した粉末を用いて圧縮成形、焼成することにより得た焼成体を機械加工することによりＡＳＴＭ Ｄ１７０８準拠のダンベル試験片（厚さ１ｍｍ）を作製し、引張強さのみ測定した。
【0091】
【表2】
【0092】
表２に示すように、ＰＥＥＫ樹脂組成物（実施例１および実施例２）、熱可塑性ＰＩ樹脂組成物（実施例３）の４号ダンベル試験片は、水素ガス中における曝露前後の寸法変化率（厚さ）が±０．１％以下であり、さらに、引張強さの保持率が９０％以上であった。このように、実施例１～３の樹脂組成物からなる成形体は、高温かつ高圧の水素ガス中においても寸法変化および物性変化が極めて小さく、安定してシール性を発揮することができる。また、上記のようにして製造された実施例１～３の樹脂組成物からなる成形体は、硫黄原子の含有量が２００ｐｐｍ以下であり、特に実施例３は１００ｐｐｍ以下であった。
【産業上の利用可能性】
【0093】
本発明のシール用樹脂組成物は、ガスを密封するためのシールに使用することができる。特に高温かつ高圧の水素ガス中で使用される水素ガス用往復式圧縮機のピストンリングに好適であり、水素ガスの影響による寸法変化、物性変化が少なく、長時間使用できる。
【符号の説明】
【0094】
１ ピストンリング
２ 圧縮機構部
３ シリンダー
４ ピストン
５ ピストンロッド
６ 圧縮室
２ 圧縮機構部
３ シリンダー
４ ピストン
５ ピストンロッド
６ 圧縮室
【図1】
【図2】