JPH02302420A - 自己潤滑型熱可塑性ウレタン材料 - 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】 （技術分野） 本発明は、自己潤滑型熱可塑性ウレタン材料に係り、特
に摺動ブツシュ、ピロボールブツシュ、シフトレバ−ブ
ツシュ等の摺動部材の形成材料として有用な、弾性特性
乃至は防振特性と共に、自己潤滑特性を併わせ有する熱
可塑性ウレタン材料に関するものである。

（背景技術） 従来から、ボールジヨイント等のジヨイント装置におい
ては、本来の摺動性能と共に、伝達される振動や衝撃を
吸収する防振性能が要求されており、そしてそのような
防振性能を付与するために、例えば軸部材の軸受は部に
防振ゴムである軸受ゴムが配されたり（実公昭５５−３
３０５９号公報等参照）、車両サスペンションの枢支連
結部に配される摺動型の防振ブツシュ（摺動ブツシュ）
等にあっては、防振性能を有する部材と摺動性能を有す
る部材とを組み合わせた構造が採用されている（米国特
許第３３３１６４２号明細書、実開昭５９−１５３７３
６号公報等参照）。そして、その防振効果を発現させる
材料としては、ゴム材料が用いられている一方、摺動効
果を発現させる材料としては、オイルを含浸させた樹脂
や弗素樹脂ライナー等が用いられて、共に良好な性能を
具備するようにされているのである。

しかしながら、そのように防振部材と摺動部材とを別部
材として構成する場合には、必然的に構造の複雑化を招
くものであり、加えて、含油樹脂の摺動性が未だ充分で
はないところから、実際には樹脂製摺動部材の表面潤滑
性を高めるために、グリースを封入する方法が採られて
いるのであり、そのため、このグリースの抜は出しく漏
れ出し）対策や異物混入対策として、複雑なシール構造
を採用する必要があり、部品点数の増大を招いて、構造
が？！雑となる問題を生じると共に、製作工程が多くな
るところから、生産能率が悪く、高コスト化する問題を
内在している。

また、弗素樹脂製のライナーを用いる場合にあっては、
材料費が高く、しかもそのようなライナーを摺動面に貼
付するための操作が面倒であることに加えて、手間賃が
高く、更に弗素樹脂の耐摩耗性が悪いところから、性能
保持能力に劣る等といった問題が内在しているのである
。

（解決課題） ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景として為さ
れたものであって、その解決すべき課題とするところは
、良好な自己潤滑性を有すると共に、優れた弾性を兼ね
備えた摺動部材形成用の材料を提供し、以て摺動機構に
おいて、グリース等の添加を不要とし、且つ防振用の別
部材を不要として、部品点数の削減や形状の簡素化を可
能として、その低コスト化を図ることにある。

（解決手段） そして、本発明にあっては、かかる課題解決のために、
ポリイソシアネート成分と多官能性活性水素化合物成分
とを反応せしめて得られるエラストマ材料において、そ
れら両成分の反応時に、末端アミノ化シリコーンオイル
を存在せしめ、該末端アミノ化シリコーンオイルを０．
５〜３重量％の割合において分子鎖中に結合、含有せし
めるようにしたのである。

また、本発明の別の態様においては、前記反応生成物の
１００重量部に対して、３〜１５重量部の割合の弗素樹
脂を更に配合するようにしたのである。

（具体的構成） 要するに、本発明は、弾性を有するゴム材料乃至はエラ
ストマ材料の摺動性の改善を、剛性の向上及び表面潤滑
性の向上の両面から行なったものであり、Ｈｓが８０°
以上の剛性（硬度）を発揮し得るエラストマ材料である
ポリウレタンポリマーを使用すると共に、該ポリマーの
表面潤滑性の改良を、末端アミノ化シリコーンオイルの
導入によって行なうようにしたのである。

かかる本発明に従う熱可塑性ウレタン材料は、従来と同
様に、ベースポリマーであるポリイソシアネート成分と
多官能性活性水素化合物成分とを用いて、それら両成分
の重合反応を主反応として形成されるものである。そし
て、使用される該両成分については、従来と同様なもの
が公知の組み合わせにて使用され得るものであり、例え
ば、ポリイソシアネート成分としては、ＴＤＩ、ＭＤｌ
、ＮＤＩ等の各種のものが使用され得、他方、多官能性
活性水素化合物としては、ポリエステルポリオール、ポ
リエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、
水酸基末端ポリブタジェン、ジアミノ、ジオール、トリ
オール等が使用される。

また、鎖延長剤であり、且つハードセグメント構成要素
となる低分子量グリコール、例えばエチレングリコール
、１．４−ブタンジオール、１，５−ベンタンジオール
等が、従来と同様に、用いられることとなる。

ところで、通常の熱可塑性ウレタンは、優れた剛性を有
するエラストマ材料である一方、ポリアセタール、ポリ
アミド、ポリエチレン等の他の熱可塑性樹脂に比して、
摩擦抵抗が大きく、耐摩耗性（すべり摩耗）が劣るとい
った問題を有しており、そのままでは摩耗が激しい上、
摺動性が期待出来ないものである。

しかしながら、本発明に従う熱可塑性ウレタン材料は、
前記ポリイソシアネート成分と前記多官能性活性水素化
合物成分との反応時において、第三の成分として、末端
アミノ化シリコーンオイルを存在せしめて得られたもの
であって、その分子鎖中に、該末端アミノ化シリコーン
オイルが、ブロック的に、０．５〜３重量％の割合にお
いて結合されている特徴を有するものである。

より詳細には、この末端アミノ化シリコーンオイルは、
下記に示すような構造を有するものであり、そのＲで示
す部分には、例えばメチレン、エチレン、プロピレン、
ブチレン等の各種のアルキレン基が導入されたものであ
る。

このような構造を有するシリコーンオイルは、未変性の
シリコーンオイルとは異なり、活性を有するところから
、その末端のアミノ基（ＮＨ，）が、ポリイソシアネー
ト成分のＮＧＯ基と反応することによって、ウレタンポ
リマーの主鎖中にブロック的に重合して結合することと
なるのである。

そして、この末端アミノ化シリコーンオイルのウレタン
ポリマー中への導入割合が、０．５重量％より少ないと
、目的とする潤滑性が充分に得られず、また３重量％を
越える場合には、反応混合物中への分散性が悪くなり、
また反応によって得られる材料（ウレタンエラストマ）
の加工性が低下し、例えばインジェクション成形等によ
って成形するに際して、該ウレタン材料が滑ってスクリ
ュに噛み込まなくなり、成形出来ないといった問題が生
じる。従って、このような相関関係から、末端アミノ化
シリコーンオイルの導入量は、１重量％程度が最適であ
る。

なお、この本発明に従う熱可塑性ウレタン材料の具体的
な製造方法の一つとしては、ワンショット法がある。こ
の手法は、ポリイソシアネート成分と、多官能性活性水
素化合物成分と、適当な鎖延長剤とを、同時に混合して
、反応させるものであるが、かかる手法において、各種
成分の混合の際に、更に前記末端アミノ化シリコーンオ
イルを同時配合することによって、本発明に従う熱可塑
性ウレタン材料を得ることが出来るのである。

また、この他、プレポリマー法と呼ばれる手法によって
も、本発明に従う熱可塑性ウレタン材料を得ることが出
来る。この方法は、先ず、所定のポリイソシアネート成
分と多官能性活性水素化合物成分とを予備反応（予備重
合）させて、分子鎖の両末端がＮＧＯ基とされたプレポ
リマーを作り、次いで、低分子量グリコール等の公知の
適当な鎖延長剤の存在の下に、該プレポリマーを高分子
化するものである。そして、かかるプレポリマーを形成
した段階で、前記末端アミノ化シリコーンオイルをブレ
ンドすれば、続く高分子化反応によって、該シリコーン
オイルのＮＨ！基が該プレポリマーのＮＣＯ基と反応し
、その結果、ウレタンポリマーの主鎖中に、該シリコー
ンオイルが、ブロック的に結合せしめられることとなる
。

このようにして形成された熱可塑性ウレタン材料は、エ
ラストマーが有する弾性によって、良好な防振性能を発
揮し得るものであり、且つ優れた關性を有すると共に、
摩擦抵抗が改善されて、良好な摺動性を具備しており、
また同時に、耐摩耗性も改善されて、その性能保持能力
が向上せしめられているのである。

玄た、本発明の別の態様においては、更なる摺動特性の
向上のために、上記の如き熱可塑性ウレタン材料に対し
て、更に、固体潤滑剤として弗素樹脂を配合することも
出来る。この場合に使用され得る弗素樹脂は、特に限定
されるものではなく、例えばポリトリフルオロクロロエ
チレンやポリテトラフルオロエチレン等の公知のものが
、適宜に選択されて使用されるものであり、その添加量
は、前記熱可塑性ウレタン材料の１００重量部に対して
、３〜１５重量部が望ましく、１０重量部程度の添加が
最適である。なお、３重量部より少ないと効果がなく、
また１５重量部を越える量で添加すると、得られる材料
の物性に悪影響をもたらすようになる。そして、その配
合に際しては、前記熱可塑性ウレタン材料の重合終了後
に行なっても良いが、弗素樹脂の分散性が悪いことを考
慮して、ウレタン材料を得る際の重合段階で添加するこ
とが有効である。

（実施例） 以下に、本発明の幾つかの実施例を示し、本発明を更に
具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのよ
うな実施例の記載によって、何等の制約をも受けるもの
でないことは、言うまでもないところである。

また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記
の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限り
において、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正
、改良等を加え得るものであることが、理解されるべき
である。

先ず、熱可塑性ポリウレタンエラストマを与えるプレポ
リマーとして、ポリイソシアネート成分たるＭＤＩと多
官能性活性水素化合物成分たるε−カブロラクトンから
なるポリエステルプレポリマーを用い、これに、鎖延長
剤として１．４−ブタンジオールを配合して、更に、１
重量％、１．５重量％、２重量％、３重量％の各割合で
末端アミノ化シリコーンオイルを配合せしめて、均一に
混合せしめた後、重合反応を開始し、目的とする熱可塑
性ウレタン材料を得た。なお、使用した末端アミノ化シ
リコーンオイルは、前記構造式において、そのアルキレ
ン基（Ｒ）部分がプロピレン基とされたものである。

次いで、得られた各種の熱可塑性ウレタン材料と、比較
例として作製した、末端アミノ化シリコーンオイルを含
まない熱可塑性ウレタン材料について、常態物性を測定
し、更にそれぞれの試料片について、抜き力及び比摩耗
量を調べ、その結果を、まとめて下記第１表に示した。

なお、常態物性は、Ｊ　Ｉｓ−に−６３０１に準拠して
、３号ダンベルを使用して測定した。

また、抜き力試験は、中間板としてＺｎメッキ処理の鉄
板（厚さ：６ｍ）を用い、その両側に、それぞれ、エラ
ストマ試料片（４０ｆｆｉ１１×２０１１Ｉ１１×６ｍ
ｍ’）を配置し、更にそれらエラストマ試料片が圧縮率
：５％となるように、両側から所定の圧縮荷重を加えた
状態下において、中間板を引張スピード：１００晴／’
ｓ＋ｉｎの力で引き抜くに際しての力を抜き力として測
定することより実施し、その力が小さい程、自己潤滑性
乃至は摺動特性が良好であることを示している。

さらに、比摩耗量：　Ｋ　（ｍｍｍｍ３７Ｎの測定は、
線速度５０ｃｍ／ｓで回転するディスク（８０閣φ×８
飾）上に、各エラストマ材料から得られた、該ディスク
に接触する接触部が２１１ＩＩｌφで本体部が５閤φの
試料ピンを、１００ｇの荷重を掛けて配し、その摩耗高
さを調べて、次式に従って算出した。なお、試験時の雰
囲気温度は２５°Ｃであった。

Ｋ＝Ｎ・ニー−（ｍｍ３／Ｎｍ） ｇＶ Ｎ：摩擦荷重 ｈ：ピンの摩耗した高さくｍｌ） ｔ：試験時間（ｓ） ｒ：ピンの半径（醜） Ｗ：荷重（ｋｇ） ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ’） ■：ディスク線速度（ｍ／Ｓ） かかる第１表の結果より明らかなように、末端アミノ化
シリコーンオイルを、本発明に規定する導入量において
、含有せしめた熱可塑性ウレタン材料（階１〜４）にあ
っては、何れも、抜き力の向上が達成されており、しか
も、その常態物性は金環低下せしめられておらず、特に
良好な剛性（Ｈ５値）を保持していると共に、優れた伸
び乃至は弾性（Ｅ、値）を示していることが理解される
ものであり、優れた摺動性と弾性の両特性を、兼ね備え
た材料であることが判る。また、比摩耗量も改善されて
おり、性能保持能力の向上も達成されている。

続いて、上記で作製されたＮａｌ　（末端アミノ化シリ
コーンオイル１重量％導入）の熱可塑性ウレタン材料を
用い、その１００重量部に対して、弗素樹脂として、Ｐ
ＴＦＥ　（ポリテトラフルオロエチレン）を、３重量部
、５重量部、１０重量部、１５重量部、２０重量部の各
種配合量にてそれぞれ配合し、その効果を調べた。その
結果を下記第２表に示した。

かかる第２表の結果より、本発明に従う熱可塑性ウレタ
ン材料に対して、弗素樹脂を３〜１５重量部の割合にて
配合した場合には、摩擦抵抗（抜き力）の一層の向上が
達成され得ると共に、常態物性及び比摩耗量も良好に維
持されることが、理解される。しかしながら、本発明に
規定する配合量を越えて配合した場合（比較例）には、
抜き力は低下するものの、摩耗が著しくなって、摺動性
能の保持が困難となるものである。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明に従う熱可塑性
ウレタン材料は、エラストマにて構成されるものである
ところから、かかるエラストマの有する弾性特性によっ
て、優れた防振効果を奏し得ると共に、ウレタンが有す
る高い剛性とシリコーンオイルによる表面潤滑性とによ
って、良好な摺動性を発揮するものである。

従って、かかる本発明に従う熱可塑性ウレタン材料は、
防振性能の要求される摺動機構において使用されて、従
来の如きゴム製の弾性部材を不要と為し、且つグリース
の封入も不要と為し得るところから、摺動機構の構造を
面素化して、その低コスト化を有利に達成することが出
来るものである。　また、かかる本発明に従う熱可塑性
ウレタン材料に対して、更に固体潤滑剤として弗素樹脂
を配合せしめた場合には、該熱可塑性ウレタン材料の摺
動特性を一層高めることが出来るのである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ポリイソシアネート成分と多官能性活性水素化合
   物成分とを反応せしめて得られるエラストマ材料におい
   て、それら両成分の反応時に、末端アミノ化シリコーン
   オイルを存在せしめ、該末端アミノ化シリコーンオイル
   を０．５〜３重量％の割合において分子鎖中に結合、含
   有せしめたことを特徴とする自己潤滑型熱可塑性ウレタ
   ン材料。
2. （２）前記反応生成物の１００重量部に対して３〜１５
   重量部の割合の弗素樹脂を更に配合してなる請求項（１
   ）記載の自己潤滑型熱可塑性ウレタン材料。