JP4201529B2

JP4201529B2 - 摺動部材用樹脂組成物および摺動部材

Info

Publication number: JP4201529B2
Application number: JP2002147232A
Authority: JP
Inventors: 一夫平井
Original assignee: Oiles Corp
Current assignee: Oiles Corp
Priority date: 2002-05-22
Filing date: 2002-05-22
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2022-05-22
Also published as: JP2003335942A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、摺動部材用樹脂組成物に関し、詳しくは、アルミニウム合金などの軟質金属を摺動相手材として使用した場合において、とくに優れた摩擦摩耗特性を発揮する摺動部材用樹脂組成物および摺動部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂などの熱可塑性合成樹脂は、機械的強度、耐摩耗性に優れるため、軸受、歯車などの機械要素として広く使用されている。しかしながら、これらの合成樹脂は樹脂単独では充分な摩擦摩耗特性が得られないため、これらの樹脂に黒鉛、二硫化モリブデン、四ふっ化エチレン樹脂などの固体潤滑剤、鉱油やロウなどの潤滑油剤を含有したり、ポリエチレン樹脂などの低摩擦性を有する他の合成樹脂を配合したりして摩擦摩耗特性の向上を図っている。
【０００３】
例えば、ポリエチレン樹脂を配合した樹脂組成物として、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエステル樹脂およびポリカーボネート樹脂から選ばれる熱可塑性樹脂７０〜９８重量％と、超高分子量ポリエチレン樹脂粉末２〜３０重量％とを溶融混練してなる熱可塑性樹脂組成物が知られている（特公昭６３−６５２３２号公報）。
【０００４】
一方、合成樹脂製の摺動部材に限らず、軸受などの摺動部材においては、相手材、例えば軸の材質、表面性状なども優れた摩擦摩耗特性を得るためには重要な要素となる。近年の複写機などＯＡ機器の発達にともない、軽量化が要求される機械装置、機器類においては、摺動相手材としてアルミニウム合金の使用が不可欠とされており、アルミニウム合金を相手材とした場合においても、良好な摩擦摩耗特性が要求される。
【０００５】
上述した特公昭６３−６５２３２号公報に開示された熱可塑性樹脂組成物からなる摺動部材は、アルミニウム合金を相手材とする摺動においては、摩擦係数が高く、摩耗量も大きいという問題があり、上記の要求を満たしているとは言い難いものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の実情に鑑みなされたもので、その目的は、アルミニウム合金などの軟質金属を相手材とする場合において、優れた摩擦摩耗特性を発揮する摺動部材用樹脂組成物および摺動部材を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成するべく鋭意研究を重ねた結果、ポリアミド樹脂を主成分とし、これに一定割合のポリエチレン樹脂、炭化水素系ワックス、タルクおよびフェノキシ樹脂を配合した樹脂組成物からなる摺動部材が、上記目的を達成し得るとの知見を得た。
【０００８】
本発明は上記知見に基づき完成されたものであり、本発明によれば、上記目的は、ポリエチレン樹脂０．５〜３０重量％と、炭化水素系ワックス１〜１５重量％と、タルク０．１〜５重量％と、フェノキシ樹脂３〜２５重量％と、残部ポリアミド樹脂とからなる摺動部材用樹脂組成物によって達成される。
【００１０】
さらに、本発明によれば、上記目的は、これら摺動部材用樹脂組成物を成形してなる摺動部材によっても達成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を説明する。先ず、摺動部材用樹脂組成物について説明する。本発明の摺動部材用樹脂組成物においては、主成分としてポリアミド樹脂を使用し、配合成分としてポリエチレン樹脂、炭化水素系ワックス、タルクおよびフェノキシ樹脂を使用する。
【００１２】
主成分をなすポリアミド樹脂は、脂肪族ポリアミド樹脂であり、具体的には、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン１１、ナイロン１２等が挙げられ、これらの一種もしくは二種が選択されて使用される。
【００１３】
本発明で使用するポリエチレン樹脂としては、低密度ポリエチレン樹脂、直鎖状低密度ポリエチレン樹脂、中密度ポリエチレン樹脂、高密度ポリエチレン樹脂が挙げられる。また、超高分子量ポリエチレン樹脂、超高分子量ポリエチレン成分と低分子量ポリエチレン成分とからなる高分子量ポリエチレン樹脂も使用できる。
【００１４】
また、エチレンと少量の他のα−オレフィン、例えばプロピレン、１−ブテン、１−ヘキセン、１−オクテン、４−メチル−１−ペンテン等との共重合体も使用できる。さらに、前記エチレン単独重合体または共重合体が、不飽和カルボン酸、その誘導体またはビニル系重合体などにより変性されたポリエチレン樹脂も使用できる。この変性ポリエチレン樹脂は、ポリアミド樹脂との親和性を向上させる。
【００１５】
上記の不飽和カルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、テトラヒドロフタル酸、イタコン酸、シトラコン酸、クロトン酸、エンドシス−ビシクロ［２，２，１］ヘプト−５−エン−２，３−ジカルボン酸（ナジック酸）等が挙げられる。また、不飽和カルボン酸の誘導体としては、塩化マレニル、マレイミド、アクリル酸アミド、メタクリル酸アミド、グリシジルメタクリレート、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、マレイン酸モノメチル、マレイン酸ジメチル、グリシジルマレエート等が挙げられる。これらの不飽和カルボン酸またはその誘導体は、単独でまたは組合わせて使用される。とくに、不飽和ジカルボン酸またはその酸無水物が好ましく、マレイン酸、ナジック酸またはこれらの酸無水物がより好ましい。
【００１６】
ポリエチレン樹脂をカルボン酸またはその誘導体で変性する方法としては、不飽和カルボン酸またはその誘導体から選ばれるグラフトモノマーをポリエチレン樹脂にグラフト重合する方法が挙げられる。グラフト重合する方法としては、従来公知の方法が採用できる。例えば、ポリエチレン樹脂を溶融し、グラフトモノマーを添加してグラフト重合する方法あるいはポリエチレン樹脂を溶媒に溶解し、グラフトモノマーを添加してグラフト重合する方法である。このとき、ラジカル開始剤を併用するのが好ましい。グラフトモノマーの添加割合としては、ポリエチレン樹脂１００重量部に対して０．０１〜１０重量部が好ましい。
【００１７】
ビニル系重合体としては、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、アクリロニトリル−スチレン共重合体などが挙げられる。
【００１８】
ポリエチレン樹脂をビニル系重合体で変性する方法としては、ポリエチレン樹脂の懸濁水溶液に、スチレン等のビニル単量体、ベンゾイルペルオキシド等のラジカル重合開始剤およびｔ−ブチルペルオキシメタクリロイロキシエチルカーボネート等の有機過酸化物含有ビニルモノマーからなる溶液を添加して、ラジカル重合開始剤、有機過酸化物含有ビニルモノマーおよびビニル単量体をポリエチレン樹脂に含浸させた後、ポリエチレン樹脂中でビニル単量体と有機過酸化物含有ビニルモノマーとを重合して有機ペルオキシド基含有ビニル系重合体を生成し、得られた樹脂組成物を、または、この樹脂組成物にポリエチレン樹脂を加えたものを溶融混練することによって、ビニル系重合体がグラフトしたポリエチレン樹脂を得る方法が挙げられる。ビニル系重合体で変性されたポリエチレン樹脂中のビニル系重合体の含有割合は、１０〜６０重量％が好ましい。
【００１９】
上記のようなビニル系共重合体がグラフトしたポリエチレン樹脂の市販品としては、日本油脂製の「モディパー（商品名）」が挙げられる。
【００２０】
上述したポリエチレン樹脂は、ポリアミド樹脂とのポリマーアロイの形態で配合されるのが好ましい。このポリマーアロイとしては、ポリエチレン樹脂２０〜５０重量％とポリアミド樹脂８０〜５０重量％からなる。
【００２１】
主成分をなすポリアミド樹脂に、上記ポリエチレン樹脂を配合することにより成形性を向上させる。また、摺動部材の摩擦係数を低下させ、相手材に対するアタック性を緩和し、かつなじみ性を向上させる。ポリエチレン樹脂の配合量は通常０．５〜３０重量％、好ましくは５〜２５重量％、さらに好ましくは１０〜２０重量％である。ポリエチレン樹脂の配合量が０．５重量％未満の場合は、上記した効果が発揮されず、また配合量が３０重量％を超える場合は、耐摩耗性を低下させるとともに摺動部材としての強度を低下させる。
【００２２】
本発明で使用する炭化水素系ワックスとしては、パラフィンワックス、ポリエチレンワックス、マイクロクリスタリンワックスが挙げられる。
【００２３】
これらの炭化水素系ワックスは、摺動部材の低摩擦性に寄与するとともに相手材の損傷を著しく低減させるものである。炭化水素系ワックスの配合量は通常１〜１５重量％、好ましくは３〜１０重量％、さらに好ましくは５〜７重量％である。炭化水素系ワックスの配合量が１重量％未満の場合は、低摩擦性に充分寄与せず、また配合量が１５重量％を超えると成形性を著しく低下させるとともに摺動部材としての強度を低下させる。
【００２４】
本発明で使用するタルクは、モース硬度が１〜１．５で層状の格子構造を有し、かつそれ自体潤滑性を有するものであり、前記ポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂および炭化水素系ワックスからなる成分組成に配合されることにより、潤滑性ならびに耐摩耗性の向上に寄与する。
【００２５】
そして、このタルクの配合量は、０．１〜５重量％、好ましくは１〜３重量％である。配合量が０．１重量％より少ないと潤滑性ならびに耐摩耗性の向上に効果が発揮されず、また５重量％を超えて配合すると、耐摩耗性を悪化させるという欠点が現れる。
【００２６】
本発明で使用するフェノキシ樹脂は、ビスフェノールＡとエピクロルヒドリンの縮合によって得られる線状ポリマーで、次の構造式を有している。
【００２７】
【化１】

【００２８】
このフェノキシ樹脂は、上記ポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂、炭化水素系ワックスおよびタルクに所定の割合で配合されることにより、摺動部材の耐摩耗性を向上させる。そして、その配合量は３〜２５重量％、好ましくは５〜２０重量％が適当である。このフェノキシ樹脂の配合量が３重量％未満では、摺動部材の耐摩耗性の向上に充分な効果が得られず、また２５重量％を超えて配合すると、相手材との摺動において相手材表面を損傷させる虞があるのと、摺動部材としての機械的強度を低下させる。
【００２９】
本発明の摺動部材用樹脂組成物は、定法に従い、上述の各成分の所定量をヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、ボールミル、タンブラーミキサー等の混合機によって混合することによって得られる。また、上記のポリマーアロイは各成分を所定の割合で溶融混練して得ることができる。
【００３０】
つぎに、本発明の摺動部材について説明する。本発明の摺動部材は、前述の摺動部材用樹脂組成物を成形して得られる。摺動部材用樹脂組成物の成形は、直接に射出成形機または押出成形機により成形する方法、摺動部材用樹脂組成物から得られたペレットを射出成形機または押出成形機により成形する方法のいずれであってもよい。
【００３１】
本発明の摺動部材は、アルミニウム合金などの軟質金属を摺動相手材とした場合において、とくに摩擦摩耗特性に優れ、事務・情報機器、電装機器、家電機器などのすべり軸受、すべり軸受装置、シール材などの摺動接触する摺動部材として使用される。
【００３２】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。実施例および比較例で使用したポリアミド樹脂およびポリエチレン樹脂を下記表１に示す。
【００３３】
【表１】

【００３４】
実施例１〜５
ポリアミド樹脂（Ａ−１）８０〜９７．５重量％、ポリエチレン樹脂（Ｂ−１）０．５〜１０重量％、炭化水素系ワックスとしてパラフィンワックス１〜７重量％、タルク０．５〜３重量％を混合して混合物を作製した後、この混合物を押出機で溶融混練し、（１）ポリアミド樹脂９７．５重量％、ポリエチレン樹脂０．５重量％、パラフィンワックス１重量％およびタルク１重量％からなるペレットを、（２）ポリアミド樹脂８９．５重量％、ポリエチレン樹脂５重量％、パラフィンワックス５重量％およびタルク０．５重量％からなるペレットを、（３）ポリアミド樹脂８９重量％、ポリエチレン樹脂５重量％、パラフィンワックス５重量％およびタルク１重量％からなるペレットを、（４）ポリアミド樹脂８１重量％、ポリエチレン樹脂１０重量％、パラフィンワックス７重量％およびタルク２重量％からなるペレットを、（５）ポリアミド樹脂８０重量％、ポリエチレン樹脂１０重量％、パラフィンワックス７重量％およびタルク３重量％からなるペレットを、それぞれ作製した。ついで、これらのペレットを射出成形機のホッパーに投入し、成形して各成分組成からなる内径１０ｍｍ、外径１４ｍｍ、長さ１０ｍｍの円筒状試験片（摺動部材）を作製した。
【００３５】
実施例６〜８
ポリアミド樹脂（Ａ−１）８０重量部およびポリエチレン樹脂（Ｂ−１）２０重量部の混合物を押出機で溶融混練し、ポリアミド樹脂８０重量％およびポリエチレン樹脂２０重量％からなるペレットを作製した（以下「ポリマーアロイＡ」という）。ついで、ポリアミド樹脂（Ａ−１）６４〜６９重量％、得られたポリマーアロイＡ２５重量％、炭化水素系ワックスとしてポリエチレンワックス５〜１０重量％、タルク１重量％を混合して混合物を作製した後、この混合物を押出機で溶融混練し、（１）ポリアミド樹脂８９重量％、ポリエチレン樹脂５重量％、ポリエチレンワックス５重量％およびタルク１重量％からなるペレットを、（２）ポリアミド樹脂８７重量％、ポリエチレン樹脂５重量％、ポリエチレンワックス７重量％およびタルク１重量％からなるペレットを、（３）ポリアミド樹脂８４重量％、ポリエチレン樹脂５重量％、ポリエチレンワックス１０重量％およびタルク１重量％からなるペレットを、それぞれ作製した。ついで、実施例１と同様に成形して各成分組成からなる内径１０ｍｍ、外径１４ｍｍ、長さ１０ｍｍの円筒状試験片（摺動部材）を作製した。
【００３６】
実施例９
ポリアミド樹脂（Ａ−１）４２重量％、前記実施例６と同様のポリマーアロイＡ５０重量％、炭化水素系ワックスとしてポリエチレンワックス７重量％、タルク１重量％を混合して混合物を作製した後、この混合物を押出機で溶融混練し、ポリアミド樹脂８２重量％、ポリエチレン樹脂１０重量％、ポリエチレンワックス７重量％およびタルク１重量％からなるからなるペレットを作製した。ついで、実施例１と同様に成形して内径１０ｍｍ、外径１４ｍｍ、長さ１０ｍｍの円筒状試験片（摺動部材）を作製した。
【００３７】
実施例１０
ポリアミド樹脂（Ａ−１）５０重量部およびポリエチレン樹脂（Ｂ−１）５０重量部の混合物を押出機で溶融混練し、ポリアミド樹脂５０重量％およびポリエチレン樹脂５０重量％からなるペレットを作製した（以下「ポリマーアロイＢ」という）。ついで、ポリアミド樹脂（Ａ−１）５２重量％、得られたポリマーアロイＢ４０重量％、炭化水素系ワックスとしてポリエチレンワックス７重量％、タルク１重量％を混合して混合物を作製した後、この混合物を押出機で溶融混練し、ポリアミド樹脂７２重量％、ポリエチレン樹脂２０重量％、ポリエチレンワックス７重量％およびタルク１重量％からなるからなるペレットを作製した。ついで、実施例１と同様に成形して内径１０ｍｍ、外径１４ｍｍ、長さ１０ｍｍの円筒状試験片（摺動部材）を作製した。
【００３８】
実施例１１
ポリアミド樹脂（Ａ−２）８２重量％、ポリエチレン樹脂（Ｂ−２）１０重量％、炭化水素系ワックスとしてパラフィンワックス７重量％、タルク１重量％を混合して混合物を作製した後、この混合物を押出機で溶融混練し、ポリアミド樹脂８２重量％、ポリエチレン樹脂１０重量％、パラフィンワックス７重量％およびタルク１重量％からなるからなるペレットを作製した。ついで、実施例１と同様に成形して内径１０ｍｍ、外径１４ｍｍ、長さ１０ｍｍの円筒状試験片（摺動部材）を作製した。
【００３９】
実施例１２
ポリアミド樹脂（Ａ−２）８２重量％、ポリエチレン樹脂（Ｂ−３）１０重量％、炭化水素系ワックスとしてポリエチレンワックス７重量％、タルク１重量％を混合して混合物を作製した後、この混合物を押出機で溶融混練し、ポリアミド樹脂８２重量％、ポリエチレン樹脂１０重量％、ポリエチレンワックス７重量％およびタルク１重量％からなるからなるペレットを作製した。ついで、実施例１と同様に成形して内径１０ｍｍ、外径１４ｍｍ、長さ１０ｍｍの円筒状試験片（摺動部材）を作製した。
【００４０】
実施例１３〜１６
ポリアミド樹脂（Ａ−１）２２〜３７重量％、前記実施例６と同様のポリマーアロイＡ５０重量％、炭化水素系ワックスとしてポリエチレンワックス７重量％、タルク１重量％およびフェノキシ樹脂５〜２０重量％を混合して混合物を作製した後、この混合物を押出機で溶融混練し、（１）ポリアミド樹脂７７重量％、ポリエチレン樹脂１０重量％、ポリエチレンワックス７重量％、タルク１重量％およびフェノキシ樹脂５重量％からなるペレットを、（２）ポリアミド樹脂７２重量％、ポリエチレン樹脂１０重量％、ポリエチレンワックス７重量％、タルク１重量％およびフェノキシ樹脂１０重量％からなるペレットを、（３）ポリアミド樹脂６７重量％、ポリエチレン樹脂１０重量％、ポリエチレンワックス７重量％、タルク１重量％およびフェノキシ樹脂１５重量％からなるペレットを、（４）ポリアミド樹脂６２重量％、ポリエチレン樹脂１０重量％、ポリエチレンワックス７重量％、タルク１重量％およびフェノキシ樹脂２０重量％からなるペレットを、それぞれ作製した。ついで、実施例１と同様に成形して各成分組成からなる内径１０ｍｍ、外径１４ｍｍ、長さ１０ｍｍの円筒状試験片（摺動部材）を作製した。
【００４１】
実施例１７
ポリアミド樹脂（Ａ−２）７２重量％、ポリエチレン樹脂（Ｂ−２）１０重量％、炭化水素系ワックスとしてパラフィンワックス７重量％、タルク１重量％およびフェノキシ樹脂１０重量％を混合して混合物を作製した後、この混合物を押出機で溶融混練し、ポリアミド樹脂７２重量％、ポリエチレン樹脂１０重量％、パラフィンワックス７重量％、タルク１重量％およびフェノキシ樹脂１０重量％からなるペレットを作製した。ついで、実施例１と同様に成形して内径１０ｍｍ、外径１４ｍｍ、長さ１０ｍｍの円筒状試験片（摺動部材）を作製した。
【００４２】
実施例１８
ポリアミド樹脂（Ａ−２）７２重量％、ポリエチレン樹脂（Ｂ−３）１０重量％、炭化水素系ワックスとしてポリエチレンワックス７重量％、タルク１重量％およびフェノキシ樹脂１０重量％を混合して混合物を作製した後、この混合物を押出機で溶融混練し、ポリアミド樹脂７２重量％、ポリエチレン樹脂１０重量％、ポリエチレンワックス７重量％、タルク１重量％およびフェノキシ樹脂１０重量％からなるペレットを作製した。ついで、実施例１と同様に成形して内径１０ｍｍ、外径１４ｍｍ、長さ１０ｍｍの円筒状試験片（摺動部材）を作製した。
【００４３】
比較例１
ポリマーアロイＡを成形して内径内径１０ｍｍ、外径１４ｍｍ、長さ１０ｍｍの円筒状試験片（摺動部材）を作製した。
【００４４】
比較例２
ポリアミド樹脂（Ａ−１）９５重量％および炭化水素系ワックスとしてポリエチレンワックス５重量％を混合して混合物を作製した後、この混合物を押出機で溶融混練し、ポリアミド樹脂９５重量％、ポリエチレンワックス５重量％からなるペレットを作製した。次いで、このペレットを射出成形機のホッパーに投入し、成形して内径１０ｍｍ、外径１４ｍｍ、長さ１０ｍｍの円筒状試験片（摺動部材）を作製した。
【００４５】
上述した実施例１〜１８及び比較例１〜２で作製した円筒状試験片について、表２に示す試験条件でジャーナル試験を行なった。その試験結果を表３〜６に示す。摩擦係数については、試験開始から安定時に移行した段階での摩擦係数を示し、摩耗量については、試験終了後の円筒状試験片（摺動部材）の寸法変化量で示した。また、試験後の相手材表面の損傷度の評価を、損傷が認められないものを○印にて、損傷が認められるものを×印にて表示した。
【００４６】
【表２】
＜ジャーナル試験＞
すべり速度２０ｍ／ｍｉｎ
荷重５ｋｇｆ
相手材アルミニウム合金（Ａ５０５２）
試験時間２４ｈｒ
潤滑無潤滑
【００４７】
【表３】

【００４８】
【表４】

（以下余白）
【００４９】
【表５】

（以下余白）
【００５０】
【表６】

【００５１】
以上の結果から、本発明のポリエチレン樹脂と炭化水素系ワックスとタルクとフェノキシ樹脂と残部ポリアミド樹脂からなる樹脂組成物を成形してなる摺動部材はいずれも良好な摩擦摩耗特性を示した。また、試験後の相手材表面には何らの損傷も認められなかった。一方、比較例１の樹脂組成物を成形してなる摺動部材は、摩擦係数が高く、摩耗量も多く、摩擦摩耗特性に劣るものであり、相手材表面に引掻き傷のような損傷（摩耗痕）が認められ、本発明の目的を達成するものではなかった。さらに、比較例２の樹脂組成物を成形してなる摺動部材は、相手材との摺動において、相手材表面に損傷等を与えることなく低い摩擦係数を示したが、摩耗量が多く本発明の目的を達成するものではなかった。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、アルミニウム合金などの軟質金属を相手材とした場合において、優れた摩擦摩耗特性を発揮する摺動部材用樹脂組成物および摺動部材が提供される。

Claims

ポリエチレン樹脂０．５〜３０重量％と炭化水素系ワックス１〜１５重量％とタルク０．１〜５重量％とフェノキシ樹脂３〜２５重量％と残部ポリアミド樹脂とからなることを特徴とする摺動部材用樹脂組成物。
ポリエチレン樹脂はポリアミド樹脂とのポリマーアロイからなる請求項１に記載の摺動部材用樹脂組成物。
ポリエチレン樹脂とポリアミド樹脂とのポリマーアロイは、ポリエチレン樹脂２０〜５０重量％とポリアミド樹脂８０〜５０重量％とからなる請求項２に記載の摺動部材用樹脂組成物。
炭化水素系ワックスは、パラフィンワックス、ポリエチレンワックス、マイクロクリスタリンワックスから選択される請求項１から３のいずれか一項に記載の摺動部材用樹脂組成物。
請求項１から４のいずれか一項に記載の摺動部材用樹脂組成物を成形してなることを特徴とする摺動部材。