JPH02298554A - 導電摺動部材用樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電気車両等の摺動、電気機器等の重要な部分
に採用される導電性樹脂組成物に関し、特に電気抵抗が
低くかつ耐衝撃性、耐摩耗性のすぐれた気相成長法炭素
繊維の黒鉛化物を用いる導電摺動部材用樹脂組成物に関
する。

（従来の技術） 電気車両等の摺動、集電用炭素材料は車両の高速化と冷
房設備等による消費電力の増大に対応するため、炭素系
のすぐれた摺動特性と導電性を生かした摺動部材の開発
が望まれ、炭素系−金属複合材が注目されつつある。

従来、このような炭素材料の製造方法としては、例えば
、炭素材のもつ気孔に特定の金属を加圧含浸させる方法
（特公昭５６−１４７３２号公報）、特定の金属に炭素
繊維を１０〜７０Ｖｏｊ２％介在させる方法（特公昭５
Ｂ−３９２１６号公報）が提案されている、しかし、こ
の金属を含浸させる方法では、炭素材の数μｍ以下の微
細気孔に金属が十分に充填されないため、電気抵抗の低
下効果が悪く、また金属を含浸するために高温で減圧、
加圧のできる特殊な設備が必要である。また特定の金属
に炭素繊維を介在させる方法では、炭素繊維の配合率が
７０ＶｏＩ！、％以下のため、炭素繊維の有するすくれ
た摺動性が十分発揮されないという問題がある。

また最近、従来の金属材料に代る新素材としてプラスチ
ック製摺動部材の用途分野が拡大される傾向にあり、有
望視さればしめている。しかしながら、プラスチック材
料は、摺動部材に要求される特性である自己潤滑性を有
している反面、金属材料と比較して限界ｐｖ値が低く、
剛性等の機械的性質に劣り、また非導電性であるために
摺動による静電気が滞留するという問題を木質的に有し
ている。従って、軸受等の摺動部材としてのプラスチッ
ク材料は、強度、剛性等の機械的物性、耐熱性、難燃性
、成型品の形状、寸法精度等に優れ、さらに摺動により
発生する静電気を逃すための導電性をも有していること
が要求される。また、摺動部品としては、動摩擦係数が
小さく限界ｐｖ値が高く、摩耗量が少なく、しかも相手
材料を傷めないという摩擦摩耗特性も備えた材料である
ことが望ましい。

上記各種性能を有する材料として、従来より種々の樹脂
組成物が提案されているが、実用に通した材料がいまだ
開発されていない。

従来より提案されている材料としては、各種熱可塑性樹
脂、熱硬化性樹脂、多価アルコールや多価アルコールの
脂肪酸エステル等の親水基を有する帯電防止剤、導電カ
ーボンブラック、金属ファ１　　　　　　　　イバ−、
ガラス繊維等の摺動性改良材からなる樹脂組成物が知ら
れている。

しかしながら、上記の親水基を有する帯電防止剤を使用
した場合、該樹脂組成物を成型して得られた製品の体積
固有抵抗はせいぜい１０１０Ω・ｃｍ程度しか低下せず
、しかも長時間の使用において帯電防止効果が失われる
という欠点を有している。

また、成分として導電性カーボンブランクを使用した場
合には、導電性カーボンブラックの嵩密度が少さく飛散
し易いためコンパウンド化の際に極めて取扱い難いうえ
、得られた成形品の機械的物性及び潤滑性能が劣るとい
う欠点がある。

また、導電性カーボンブラックコンパウンドに際しこれ
ら欠点をおぎなうためにガラス繊維を使用した場合には
、ガラス繊維の径が大きいためガラス繊維が成形品の表
面に浮き出し易く、成形品表面の平滑性が損われるし、
ガラスの硬度が高いために相手材を摩耗し易く、摺動部
品としては不適当である。

また、成分として金属ファイバーを使用する場合には、
導電性能を（＝Ｊ与するために多量の金属ファイバーを
用いる必要がある。そのために該樹脂組成物の成形加工
性が悪く、成形品内に導電性のバラツキを生じるという
欠点を生じる。またこの成形品は、金属ファイバーが相
手材を傷つけるので摩耗特性に劣り、しかも機械的強度
も不充分であるという欠点を有する。

このように、従来から提案されている樹脂組成物はいず
れも摺動部材として要求される性能を満足しておらず、
電気機器等の重要な部分には金属材料が依然として使用
されているのが現状である。

しかるに、金属材料からなる部品は、コスト高であり、
また注油を要するために油汚れや埃の付着による問題が
あり、摺動部材として要求される性能を満足する高性能
のプラスチック材料が望まれている。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は、相手材を傷つけることなく優れた潤滑
（摺動）特性を有すると共に、電気特性、機械特性にも
優れた導電摺動部材用樹脂組成物を提供することにある
。

（課題を解決するための手段） 本発明者等は、これまで新しい炭素材料として気相成長
法炭素繊維黒鉛化物の開発並びにこの素材の特性、反応
性について研究を進めてきた。本繊維の特異な形態と化
学的性質、熱安定性、導電性などの物理的性質に注目し
各種の実用試験を行っていたところ、摺動部材用として
要求される性質を全て満足する高性能の樹脂組成物にな
りうろことが判明した。

すなわち本発明は、繊維径が０．０１〜５μＩの気相成
長法炭素繊維の黒鉛化物を１〜８０重量％含有する樹脂
組成物で構成されていることを特徴とする導電摺動部材
用樹脂組成物、である。

本発明の導電摺動部材用樹脂組成物は、体積固有抵抗値
が１０−２〜１０６Ω・ｃｍを有するものである。

本発明において、気相成長法炭素繊維の黒鉛化物とは、
炭化水素などの炭素源を触媒の存在下に加熱し気相成長
させて作られる繊維状の炭素質物質すなわち気相成長法
炭素繊維に、黒鉛化熱処理を行って得られる黒鉛質の物
質であり、繊維状およびこれを粉砕したり切断したりし
た種々の形態の黒鉛質物質である。本発明に係る気相成
長法炭素繊維の黒鉛化物は、その繊維を電子顕微鏡で観
察すると、芯の部分と、これを取巻（、−見して、年輪
状の炭素層からなる特異な形状を有しており、本発明の
気相成長法炭素繊維の黒鉛化物は、この様な繊維状物及
びこれが粉砕、破砕、切断などの加工を受けたものであ
る。

本発明において、気相成長法炭素繊維の黒鉛化物は、直
径が０．０１〜５μｍ、好ましくは０．０１〜２μｍ、
特に好ましくは０．０１〜１μｍ、最も好ましくは０．
１〜０．５μｍであり、繊維の長さは特に制限はない。

繊維の長さは、一般には５０００μｍ以下であるが、更
に短くても良く、１０００μｍや１００μｍ、あるいは
１．０μｍでも良く、またこれを更に短く破砕や切断あ
るいは粉砕した繊維状物、あるいは粒状や不定形状の物
も使用できる。

本発明において、気相成長法炭素繊維の黒鉛化１　　　
　　　　物は、炭素の純度が高く、一般に９８．５％以
上、特に９９％以」−１最も好ましくは９９．５％以上
である。

また、本発明に係る気相成長法炭素繊維の黒鉛化物は黒
鉛性の高い物質であり、その中でもＸ線解析による構造
解析において、その黒鉛の結晶構造における格子定数Ｃ
ｏが６．８８以下の範囲のものであり、好ましくは６．
８６以下、特に好ましくは６．８０〜６．７０の範囲、
最も好ましくは６．７８〜６．７２の範囲のものである
。

本発明に係る気相成長法炭素繊維の黒鉛化物は、気相成
長法炭素繊維を高温度において不活性ガス雰囲気下で熱
処理する事により得られるが、熱処理温度としては１５
００°Ｃ以上、好ましくは１７００°Ｃ以上、特に２０
００°Ｃ以上であり、最も好ましい範囲は２１００〜３
０００°Ｃの範囲である。

本発明の、気相成長法炭素繊維の黒鉛化物を含有した導
電摺動部材用樹脂組成物は、上記の気相成長法炭素繊維
の黒鉛化物が組成物の構成成分として存在している組成
物であり、気相成長法炭素繊維の黒鉛化物の量は、組成
物中に１〜８０重量％存在している。好ましくは３〜６
０重量％、特に好ましくは５〜５０重量％、最も好まし
くは５〜４０重量％である。

本発明において、気相成長法炭素繊維の黒鉛化物を適性
配合することにより、剛性や耐クリープ性の向上、熱変
形温度の向上、限界ｐｖ値の向上、寸法精度の向上筒を
図ることができるとともに優れた導電性を付与すること
ができる。また、気相成長法炭素繊維の黒鉛化物の機械
的物性の特徴を複合的に相乗効果として発現させるとこ
ろにある。

このような効果を最大に発揮させるには、気相成長法炭
素繊維の黒鉛化物が極めて微細な状態、かつ、繊維の形
状で用いられる場合に、その効果が特に著しい。この際
、繊維の径が細いばかりでなく、繊維長／繊維径の比が
５以上、好ましくは１０以上、特に好ましくは２０以上
、最も好ましくは５０以上である。

本発明において、熱可塑性樹脂とは、常温では可塑性は
示さないが適当な温度に加熱することにより可塑性があ
られれる樹脂であり、例えばポリエチレン、ポリプロピ
レン、ポリスチレン、ポリ−ｐ−キシレン、ポリ酢酸ビ
ニール、ポリアクリレート、ポリメタルクリレート、ポ
リ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、フッ素含有プラス
チック、ポリアクロニトリル、ポリビニルエーテル、ポ
リビニールケトン、ポリエーテル、ポリカーボネート、
熱塑性ポリエステル、ポリアミド、ジエン系プラスチッ
ク、ポリウレタン系プラスチック等があげられる。

また熱硬化性樹脂とは、加熱することにより高分子化合
物間で複雑な反応が進み、三次元的な構造に組織が変化
し、熱可塑性状態からついには不溶、不融の状態に硬化
する樹脂であり、例えばフェノール樹脂、フラン樹脂、
キシレン、ホルムアルデヒド樹脂、尿素樹脂、メラミン
樹脂、アニリン樹脂、アルギル樹脂、不飽和ポリエステ
ル樹脂、エポキシ樹脂等があげられる。

本発明の組成物には、本発明の効果を損わない範囲で、
充愼剤、酸化防止剤、滑剤、熱安定剤、難燃剤等の従来
摺動部材に使用されている添加物＝１０＝ を種々使用することが可能である、その使用量は多過ぎ
ると導電摺動部材の緒特性を低下する惧れがあるので、
使用目的に応じその量を適正に制御する必要がある。　
　　　　□ 本発明の導電摺動部材用樹脂組成物を製造するには、各
種樹脂、例えば熱可塑性樹脂を用いる場合には、各熱可
塑性樹脂のペレット、好ましくは５００μ珀以下のペレ
ットを高速ブレンダ−１例えばヘンシェルミキサーに各
種樹脂と気相成長法炭素繊維と黒鉛化物を均一混合した
後、充分な乾燥を行い、さらに該混合物を二軸押出機等
で溶融と混和を行った後にペレット化すればよい。この
気相成長法炭素繊維黒鉛化物を含有する樹脂組成物のペ
レット物は、射出成型やプレス成型等の公知の成型手段
により所望の導電摺動部材の形状に成形される。一方、
熱硬化性樹脂を用いる場合には、トライブレンド、湿式
ブレンド、含浸ブレンド等で得られる均一分散組成物を
充分乾燥した後圧縮成型、真空圧縮成型などの公知の成
型法によＩ　　　　　　　　り所望の導電摺動部材の形
状に成形される。

（実施例） 以下実施例および比較例によって本発明をさらに詳しく
説明する。

なお、実施例および比較例における各特性値は、下記の
方法又はＪＩＳ基準に従って測定した。

体積固有抵抗値、　　ＪＩＳ　　Ｋ−６９１１動摩擦係
数；　鉛末式摩耗試験機、相手材料としては３４５Ｃを
用い、全 て無潤滑の状態で、摩擦速度 ３０ｃｍ／ｓｅｃ　、荷重１０　ｋｇ　／　ｃ＋ｆｌで
連続運転し、摩擦距離１０擢に 達した時の摩擦係数を求めた。

比　摩　耗　量；　上記動摩擦係数の測定と同様の方法
により単位距離あた りの摩耗量を求めた。

限界ｐｖ　値；　摩擦速度３０ｃｍ／ｓｅｃを一定とし
、荷重を変化させて２ 時間運転後、摩擦面を観察し、 判定した。（なお、ここにい う「限界ｐｖ値」とは、摺動 部材が一定の荷重Ｐ　（ｋｇ／ｃ＋ｌｌ）において、あ
る周速度Ｖ（ｃｍ ／５ｅｃ）以上になった時、溶け たり、焼付いたりする負荷の 限界値Ｐと■との積を意味す る。） 相手表面状態；　相手材の表面にひどい傷が生じたりし
た場合を×、少々 傷がついた場合を△、相手材 が変化なしの場合を○として 評価した。

曲げ強度、　ＪＩＳ　Ｋ−６８１０ 曲げ弾性率、　　ＪＩＳ　　Ｋ−６８１０アイゾツト衝
撃値１ＪＩｓ　　Ｋ−６８１０ＨＤＴ、　　ＪＩＳ　　
Ｋ−６８１０ 実施例１〜４、比較例１〜６ 直径が０．０５〜０．１　μｍの気相成長法炭素繊維（
トリスアセチルアセトナト鉄とベンゼンを１４００°Ｃ
の加熱空間に導入し浮遊状態で合成した）を２４００°
Ｃアルゴン気流下で熱処理を行い炭素含有量９９％、格
子定数６，７４の黒鉛化物を得た。これを若干破砕し、
分散操作がし易く、かつ、電子顕微鏡で観察し、繊維長
が実質的に５，０μ「以上の気相成長法炭素繊維の黒鉛
化物を得た。

この気相成長法炭素繊維の黒鉛化物を第１に示す各種の
成分を高速ブレンダー（ヘンシェルミキサー）で所定量
混合し、池貝製鉄工ＰＣＭ３０二軸押出機の所定の条件
下で押出してペレット化し、樹脂組成物を得た。このペ
レットを乾燥した後、用ロ鉄工製ＫＣ−２０の射出成型
機で射出温度２８５°Ｃ１金型温度８５°Ｃ，射出圧力
３８０　ｋｇ／ｍｍ２の条件下で射出成形した導電摺動
部材用樹脂組成物のテストピースを用いて各種物性を測
定した。その結果を第１表に示す。

なお、第１表中の各種成分は次に示す通りである。

ナイロン６ローレオナ、タイプ１３００Ｓ（旭化成工業
■商品名） ＨＤ　Ｐ　Ｅ−一平均粒径３０μＭ、平均分子量７万導
電性カーボンブランク−表面積；９５０ｎ（／ｇカーボ
ンファイバー−Ｐ　Ａ　Ｎ系、６　ｍ／ｍチョツプドス
トランド 金属フアイハ−一−６−４黄銅、繊維長３　ｍ／ｍチタ
ン酸カリウムーデンドールＢＫ２００　　（大塊化学■
商品名） ガラスファイハ−−−一繊維径９μｍ、繊維長さ３ｍ／
ｍ第１表より、次のこと が明らかである。ます末完 明の樹脂組成物は、導電摺 動部材用としてきわめて好 適であることがわかる、ま た気相成長法炭素繊維の配 合量を増加させることによ り限界ＰＶ値を向上させる ことが出来た。

（以下余白） 士 （発明の効果） 本発明の導電摺動部材用樹脂組成物は、相手材を傷つけ
ることなく極めて優れた潤滑特性（摺動性）及び導電性
能を有し、また優れた機械特性、耐熱性及び成形品の形
状、寸法安定性を有する。

従って、本発明の樹脂組成物は、電気車両等の摺動、電
気機器の重要な部分の導電摺動部材として好適である。

適用される導電摺動部材としては、各種ブッシング、ベ
アリング、スリーブ、スリップシリンダー、ガイドレー
ル、スイッチ部品、カム等をあげることができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 繊維径が０．０１〜５μｍの気相成長法炭素繊維の黒鉛
   化物を１〜８０重量％含有する樹脂組成物で構成されて
   いることを特徴とする導電摺動部材用樹脂組成物