JPH0312600B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 炭素繊維、グラフアイト繊維またはそれらの
組合せから形成され、実質的にリン酸水素二アン
モニウムよりなる助剤の添加によつて変性され、
かつ空気中1000〓まで酸化的に安定である潤滑顔
料を含有する熱的に安定な耐熱ポリイミド樹脂で
含浸された多次元組織プリフオームからなる高耐
荷重性能高温潤滑複合物。 ２ 該プリフオームが40％を越えない繊維体積を
有するゆるく織られたプリフオームであり、およ
び該顔料が1.95に等しいかそれよりも大きい単位
格子ａ／ｃ比を有する酸化的に安定なラメラー固
体から選ばれる特許請求の範囲第１項記載の複合
物。 ３ 該プリフオームが炭素繊維プリフオームであ
る特許請求の範囲第２項記載の複合物。 ４ 該潤滑顔料が粉砕されたコンパクトである特
許請求の範囲第１項記載の複合物。 ５ 該コンパクトがGa／In／WSe₂であり、およ
び該プリフオームが炭素繊維プリフオームである
特許請求の範囲第４項記載の複合物。 ６ 該ポリイミド樹脂が、一般構造が （ここで、R″はフエニレン−CO−フエニレン、
R′はフエニレン、Ｒはフエニレンオキシフエニ
レンオキシフエニレン、およびｎは１） であるアセチレン停止ポリイミドオリゴマーから
誘導される特許請求の範囲第４項または第５項記
載の複合物。 技術分野 この発明は、一般的に、自己潤滑性複合物の調
製に、およびより特定すると、500〓を越える温
度で4000psiを越える荷重に耐え得る固形複合物
の調製に関する。 発明の背景 １ 発明の分野 この発明は4000psiを越える動的荷重の下での
使用が意図されかつ500〓を越える温度で動作す
るベアリング、ブツシユおよび他の構造成分の作
製において用いるための仕立て可能な自己潤滑性
複合物の提供を具体化するものである。 ２ 従来技術の説明 現在、多数の市販の自己潤滑性複合物がある。
しかしながら、知られている限り、市販の従来技
術の自己潤滑性複合物は高荷重（4000psiを越え
る）および高温（500〓より高い）の双方の操作
に延長された時間にわたつて耐え得るものではな
い。 市販の従来技術の自己潤滑性複合物の最もよく
知られた例は、フランス国パリのローヌ・プーラ
ンによつて製造されている「キネル」ポリイミド
系自己潤滑性複合物、オクラホマ州バートルズビ
ルのフイリツプス・ペトロリアム・カンパニーに
よつて製造されている「ライトン」ポリフエニレ
ンスルフイド系自己潤滑性複合物、およびデラウ
エア州ウイルミントンのデユポン・ケミカル・カ
ンパニーによつて製造されている「ベスペル」グ
ラフアイト充填ポリイミド自己潤滑性複合物にお
いて具体化されている。 この発明に関して、本出願人の知る最も近接し
た従来技術は本出願人ガードスおよびノーマン・
ビローに対して1978年２月21日に発行された重金
属カルコゲニド−ポリイミド潤滑複合物に関する
米国特許4075111において具体化されている。こ
の“111”ビロー−ガードス特許は、二硫化モリ
ブデンあるいは種々の他のカルコゲニド例えば二
硫化タングステン、二セレン化タングステンおよ
び二セレン化モリブデンを70重量％までの濃度で
充填した硬化したアセチレン停止ポリイミドオリ
ゴマーよりなる自己潤滑性複合物を教示してい
る。この“111”特許の自己潤滑性複合物は高温
安定性を発揮するが、これら複合物は4000psiを
越える荷重において持続された操作をおこなうこ
とができない。 172メガパスカル（MPa）までもの持続された
耐荷重性能が可能な自己潤滑性複合物を製造する
ために励んでいる多くの研究者がいる。この研究
を説明する文献には、それに限定されないが、パ
ーキンス、C.W.「ザ・トリボロジカル・アスペク
ツ・オブ・カーボン・フアイバー・リインフオー
スト・プラスチツクス」、D.Mat.レポートNo.173、
デパートメント・オブ・トレード・アンド・イン
ダストリー、ロンドン、1971；ギルトロー、J.
P.、「ア・シノプシス・オブ・ザ・トリボロジカ
ル・キヤラクタリステイツクス・オブ・カーボ
ン・フアイバー・コンポジツツ」、ロイヤル・エ
アクラフト・エスタブリツシユメントレポートNo.
72092、1972年５月；ギルトロー、J.P.他「ザ・
ロール・オブ・ザ・カウンターフエス・イン・
ザ・フリクシヨン・アンド・ウエア・カーボン・
フアイバー・リインフオースト・サーマル・セツ
テイング・レジンス」、ウエア、16359（1970）；お
よびブラウン、R.D.およびブラツクストーン、
W.R.「エバリユエーシヨン・オブ・グラフアイ
ト・フアイバー・リインフオースト・プラスチツ
ク・コンポジツツ・フオー・ユース・イン・アン
ルブリケイテツド・スライデイング・ベアリング
ズ」、ASTMコンフエランス、ウイリアムズバー
グ、バージニア、1973年３月が含まれる。 上記研究者の各々によつて採用されたそれら従
来技術のアプローチは一般にいくつかの点で満足
すべきものであることがわかつているが、それら
の結果の複合物はそれらがある高荷重条件の下で
供されるところの高圧および高温に適切に耐える
ことができなかつた。以後、より明らかとなるで
あろうように、この発明が目指しているのはこの
後者の問題に対する解決である。 要 約 この発明の一般的な目的は172MPaおよび500
〓の温度を越え得る操作条件の下にベアリング、
ブツシユ、ベアリング保持器および他の構造的潤
滑部材として用いるための仕立て可能な自己潤滑
性固形複合物を提供することである。従来技術の
不利点の全てでなければ殆んどを避けながらこの
目的を達成するに当り、我々は、後に助剤の添加
によつて変性される炭素繊維、グラフアイト繊維
もしくはこれらの組合せから作られた多次元組織
プリフオームを1000〓まで空気中において酸化に
対して安定な潤滑性顔料の充填された耐熱樹脂と
組合せることによつて仕立て可能な高耐荷重性能
耐熱自己潤滑性固形複合物を発明した。 我々の発明に従つて作られた自己潤滑性複合物
は荷重因子が雰囲気圧力から25000psiにわたりか
つ操作温度が室内雰囲気温度から高くは600〓に
わたる幅広い範囲の条件下で潤滑表面を提供すべ
く特性摩耗式を用いることによつて仕立てられ得
る。 したがつて、この発明の一つの目的は、高荷重
および高温条件の下で潤滑部材として使用するた
めの自己潤滑性固形複合物を提供することであ
る。 この発明のさらに目的は、ベアリング、ベアリ
ング−ブツシユ、ベアリング保持器および他の構
造的潤滑部材の作製に用いるための仕立て可能な
自己潤滑性複合物を提供することである。 この発明のさらにまた目的は、ベアリング、ベ
アリングブツシユ、ベアリング保持器および他の
構造的潤滑部材として用いられるべき自己潤滑性
固形複合体の製造方法を提供することである。 従来技術の不利点を避けかつ該技術の利点の全
て、でなければ殆んどを保持しつつ上に述べた目
的を我々が達成したということは、以下の図面の
簡単な説明および発明の詳細な説明を参照すると
明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は織成プリフオームから自己潤滑性複合
物を製造する方法を示す概略フローチヤートであ
る。

【発明の詳細な説明】

我々は仕立て可能な高耐荷重性能耐熱潤滑複合
物を(1)多次元組織プリフオーム、(2)市販の自己潤
滑性固形顔料、(3)耐熱アセチレン停止ポリイミド
オリゴマーおよび(4)痕跡量の選定された助剤の組
合せから調製することができることを見い出し、
こうして作製された我々の複合物は同等の荷重下
において従来技術の潤滑複合物よりもはるかに優
れた潤滑特性を示す。 我々の複合物は、我々の設計パラメータの教示
に従つて、広い範囲の環境条件において使用する
ために適合させて自己潤滑性複合材料を必要とす
るいかなる特定の用途に対しても最適の結果を生
み出す成分の組合せを提供できるということおい
て仕立て可能である。ここで用いられている通り
の「プリフオーム」という語は所定の組織幾何学
形状を持つ織られた繊維織物もしくは布を指すこ
とを意図されている。織成プリフオームは二方向
性（２−Ｄ）、三方向性（３−Ｄ）、または多方向
性（４−Ｄ、５−Ｄ、７−Ｄ……11−Ｄ）織物と
して市販されており、石英、ガラス繊維、ジルコ
ニア、ホウ素、窒化ホウ素、炭化ケイ素、炭素、
グラフアイト、高モジユラス繊維、タングステ
ン、ステンレス鋼、金属−グラフアイト、マルチ
ヤーンおよびセラミツク繊維のような多数の材料
から作製できる。 我々は炭素、グラフアイトまたはこれらの組合
せのゆるく織られたプリフオームを用いることを
好む。３−Ｄプリフオームに織られた高モジユラ
スグラフアイト繊維（タイプ）および低モジユ
ラス非晶質炭素繊維（タイプ）がいくつかの選
ばれた組合せおよび用途に例外的に好適であつ
た。 我々は炭素の表面上およびグラフアイト繊維上
に本来的に見い出される水蒸気水の役割をなす痕
跡量（２％以下）の助剤を添加することによつて
タイプもしくはタイププリフオームの使用が
助長されることを確認している。水の脱着は昇温
下の該繊維の乾燥および磨耗作用につながり、該
助剤を添加することはこの望ましくない効果を強
力に緩和する。助剤として多くの化合物が利用さ
れてきているが、我々の目的には、リン酸水素二
アンモニウム〔（NH₄）₂HPO₄〕のみが所望の結
果を生み出すようである。 この発明の目的のために、我々は自己潤滑性固
形顔料を1.95ないし2.0の単位格子Ｃ／Ａ比を持
つラメラー固体として定義する。これら材料は周
期律表の族および族（４〜５列）に存在する
元素を含んでなる粉砕されたコンパクトから一般
に形成され、限定はされないが例えばタングステ
ン、インジウム、モリブデン、ガリウムおよびア
ンチモンの硫化物、酸化物およびセレン化物を含
む。 我々の方法にとつて最も好適な潤滑顔料は、ウ
エスチングハウスコンパクトとして知られている
Ga／In／WSe₂コンパクトを直径が本質的に５か
ら10μｍにわたる粒子へ粉砕することによつて得
られた。他の、Mo／Nb／Cu／MoS₂（ハードモ
ラロイ）およびMoS₂／Ta₂（ソフトモラロイ）の
コンパクトは性能因子がより少なく要望される選
ばれた用途に用いられ得る。 我々の複合物の最後の要素は当該系の結合剤と
して作用する樹脂である。この目的のために、
我々はノーマン・ビロー他に対して発行された米
国特許No.3845018（サーミツド600）および3879349
の教示に従つて製造されたポリイミドオリゴマー
を利用することを選んだ。これらオリゴマーは、
気孔を発生するガス状副生成物を発生することな
く付加重合をおこなうアセチレン停止ポリイミド
である。これらは高温において極めて安定であ
り、異常に強い重合体材料へ重合する。 我々は、他者をしてそこに開示された樹脂を有
する我々の自己潤滑性複合物を作製しおよび利用
することを可能にさせる目的で参考に米国特許No.
3845018および3879349の教示をここに含めてお
く。 我々の研究はアセチレン停止ポリイミドオリゴ
マーがこの発明にとつて好ましいことを示してい
るが、他の耐熱で安定で構造的に強くかつ化学的
に不活性な樹脂が用いられ得るし、ここに説明し
た通りの教示に従うどのような特定の組合せにお
ける考慮もしくは使用から除外されるものではな
い。可能な樹脂として含められるものは、付加反
応を介して比較的安定な耐熱重合体もしくは樹脂
に硬化する第二世代NASAルイスPMRポリイミ
ドオリゴマーであるサーミツド600のいずれもの
改良体である。 我々の潤滑複合物は、一般に、２重量％までの
NH₂HPO₄で安定化され、20から30％の潤滑性顔
料が充填されかつ30〜45％の樹脂で結合された選
定された炭素もしくはグラフアイト繊維のゆるく
織られたプリフオームからなる。 我々の固形潤滑複合物の物性はプリフオームの
選定および複合物の樹脂／添加物含量の変化によ
つて変わる。例えば、表１に示されているよう
に、決つた樹脂、助剤および潤滑顔料に対して組
織形態組成および樹脂／添加物含量を変えること
によつて、25℃で低くは154.44MPa（ここで
1MPa＝145.03683lbf／in²）から高くは
401.97MPaに変化する圧縮強さおよび低くは1.44
から高くは1.64グラム・パー・立方センチメート
ル（ｇ／cm³）にわたる密度を有する材料が得られ
た。

【表】

【表】 該複合物の圧縮強さ、硬さおよび密度は特定の
条件下における平均摩耗率および他の因子例えば
平均摩擦値に直接関係する。例えば表２に示され
ているように、２つの異なるプリフオームを用い
て我々の発明に従つて作製された固形潤滑複合物
によつて316℃で11.03MPaの下に1.3×10^-8から
3.2×10^-8メートル・パー・秒（ｍ・秒^-1）まで
の摩耗率が示された。

【表】 (1) 荷重をかけたらすぐにラブシユー破壊。
表２および以下の表３に示されているデータは
米国特許No.3845018の教示に従つて製造されたア
セチレン停止ポリイミドオリゴマーであつてＲが
フエニレンオキシフエニレンオキシフエニレン、
R′がフエニレン、R″がフエニレン−CO−フエニ
レンおよびｎが１であるもので強化された３−Ｄ
炭素（VYB70−1/2組織）および３−Ｄグラフア
イト（HMS組織No.−２）プリフオームの試験か
ら得られた。これら複合物は316℃で高荷重の下
で例外的な動摩擦係数を示した。

【表】 複合物のプリフ

オームタイプ B M E B
M E B M E