JPH04239057A - ポリアミド樹脂組成物 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、摺動性、耐熱性および
機械的特性に優れたポリアミド樹脂組成物に関する。さ
らに詳しくは、電気機器部品、機械部品などに好適な摺
動特性に優れたポリアミド樹脂組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポリテトラメチレンアジパミド樹脂（以
下、ポリアミド４６樹脂という）は、優れた耐熱性、機
械的特性、耐薬品性を有すると同時に、他のエンジニア
リンングプラスチックスと比較して自己潤滑性に優れて
いるため、近年の機器類の軽量化ニーズからも金属代替
用に自動車、電気機器、ＯＡ機器などの摺動部材として
広く実用化が期待されている。最近、プラスチック摺動
部材は、非潤滑系で苛酷な荷重下、激しい摩耗を受ける
ベアリング、雰囲気温度の高い条件下に使用されるプッ
シングまたは肉厚の薄い摺動部品などの分野に用途が拡
大しており、この用途分野の拡大に伴ない、プラスチッ
ク摺動部材に対する要求性能も厳しいものになってきて
いる。一般に、軸受などの摺動部品にプラスチックを適
用する場合には、動摩擦係数が小さく、限度ＰＶ値が高
く、摩耗量が少なく、しかも相手材を傷つけないという
摺動特性以外に、剛性や耐クリープ性などの機械的性質
および熱変形温度や連続使用温度などの耐熱性の優れた
材料を使用することが望ましい。

【０００３】ポリアミド４６樹脂は、極めて良好な機械
的性質、耐熱性を有する。しかし、ポリアミド４６樹脂
単独では、上記部品に要求される低摩擦性、耐摩耗性、
限界ＰＶ値、相手材損傷性などの摺動特性を全て十分に
は満足させることが難しく、特に金属材料と比較して高
温時の機械的強度が低下するという欠点を有していた。 かかるポリアミド４６樹脂の欠点を改良する方法として
、ポリアミド４６樹脂に炭素繊維を配合することが提案
されている（特開昭６１−１８８４６０）。しかしなが
らこの提案における材料では、高温時の機械的特性の低
下は改良されるものの、摺動特性、特に動摩擦係数、限
界ＰＶ値の改良効果は十分ではなく、また動摩擦係数の
速度依存性、荷重依存性が大きいという欠点を有してい
る。かかる欠点を改良する手法として、ポリアミド樹脂
に炭素繊維および四フッ化エチレン樹脂を添加する方法
が知られているが十分な効果は得られない。

【０００４】

【発明が解決しようとする問題点】すなわち、ポリアミ
ド４６／炭素繊維から成るポリアミド樹脂組成物は、優
れた耐熱性、機械的特性、特に高温下での機械的特性に
優れているものの、動摩擦係数、動摩擦係数の摺動速度
および荷重への依存性が大きく、限界ＰＶ値は十分なレ
ベルでないなどの欠点を有しているので、本発明はこの
欠点を改良することを目的とする。

【０００５】

【問題を解決するための手段】本発明者らは上記欠点を
改良するため鋭意検討した結果、ポリアミド樹脂に炭素
繊維およびオルガノポリシロキサンを配合することによ
り優れた耐熱性、機械的特性を有し、摩耗係数、動摩擦
係数、動摩擦係数の摺動速度および荷重への依存性が小
さく、高い限界ＰＶ値を有するポリアミド樹脂組成物が
得られること、また驚くべきことに相手材の損傷性も小
さくなることを見い出し、本発明を成すに至った。すな
わち本発明は、（Ａ）ポリアミド４６樹脂９４．７〜３
８重量％、（Ｂ）炭素繊維５〜５０重量％、（Ｃ）オル
ガノポリシロキサン０．３〜１２重量％を配合すること
を特徴とするポリアミド樹脂組成物である。

【０００６】本発明で用いられる（Ａ）ナイロン４，６
は、テトラメチレンジアミンとアジピン酸とから得られ
るポリテトラメチレンアジパミド、およびポリテトラメ
チレンアジパミド単位を主たる構成成分とする共重合ポ
リアミドを含む。さらに、他のポリアミドをナイロン４
，６の特性を損なわない範囲で共重合成分として含んで
もよい。

【０００７】共重合成分は特に制限がなく、公知のアミ
ド形成成分を用いることができる。共重合成分の代表例
としては、６−アミノカプロン酸、１１−アミノウンデ
カン酸、１２−アミノウンデカン酸、パラアミノメチル
安息香酸などのアミノ酸；ε−カプロラクタム、ω−ラ
ウリルラクタムなどのラクタム類；ヘキサメチレンジア
ミン、ウンデカメチレンジアミン、ドデカメチレンジア
ミン、２，２，４−／２，４，４−トリメチルヘキサメ
チレンジアミン、５−メチルノナメチレンジアミン、メ
タキシレンジアミン、パラキシレンジアミン、１，３−
ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、１，４−ビス（
アミノメチル）シクロヘキサン、１−アミノ−３−アミ
ノメチル−３，５，５−トリメチルシクロヘキサン、ビ
ス（３−メチル−４−アミノシクロヘキシル）メタン、
２，２−ビス（アミノプロピル）ピペラジン、アミノエ
チルピペラジンなどのジアミン類；アジピン酸、スベリ
ン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン２酸、テレ
フタル酸、イソフタル酸、２−クロルテレフタル酸、２
−メチルテレフタル酸、５−メチルイソフタル酸、５−
ナトリウムスルホイソフタル酸、ヘキサヒドロテレフタ
ル酸、ヘキサヒドロイソフタル酸、ジグリコール酸など
のジカルボン酸などを挙げることができる。

【０００８】また、本発明で用いられるナイロン４，６
の製造方法は任意である。例えば、特開昭５６−４９４
３０号公報、特開昭５６−１４９４３１号公報、特開昭
５８−８３０２９号公報、あるいは特開昭６１−４３６
３１号公報などで開示された方法、すなわち、まず環状
末端基が少ないプレポリマーを特定の条件下で製造した
後、これを水蒸気雰囲気下で固相重合し高粘度ナイロン
４，６を調製する方法、あるいは２−ピロリドンやＮ−
メチルピロリドンなどの極性有機溶媒中で加熱してそれ
を得る方法などが挙げられる。ナイロン４，６の重合度
については特に制限はないが、２５℃、９６％硫酸中、
１ｇ／ｄｌにおける相対粘度が２．０〜６．０のナイロ
ン４，６が好ましく用いられる。

【０００９】炭素繊維（Ｂ）としては、ポリアクリロニ
トリルフィラメント、レーヨンフィラメントまたは石油
ピッチを焼成して得られる炭素繊維であり、特にアクリ
ロニトリルフィラメントからのものが好ましい。これら
の炭素繊維はオゾンまたは電解酸化などにより表面処理
し、エポキシ化合物、ポリアミド化合物などの収束剤お
よびアミノシラン系のカップリング剤で処理したものが
好ましい。その繊維径は０．１〜３０μの範囲のものが
好ましく、さらに好ましくは１〜２０μであり、繊維長
は０．１〜２０ｍｍ、好ましくは０．５〜１０ｍｍであ
る。成形品中の炭素繊維の平均繊維長は５０〜３０００
μが好ましく、さらに好ましくは１００〜１０００μ、
アスペクト比が１０〜１００のものが好ましい。

【００１０】オルガノポリシロキサン（Ｃ）としては、
ポリジメチルシロキサン、ポリメチルフェニルシロキサ
ン、ポリメチルフェニルジメチルシロキサンなどが挙げ
られるが、摺動性の効果からはポリジメチルシロキサン
が好ましい。これらのオルガノポリシロキサンは、必要
に応じて水酸基、カルボキシル基、エポキシ基、アミノ
基などで変性してもよい。オルガノポリシロキサンの動
粘度としては、１００，０００センチストークス以上の
もの、さらに好ましくはゴム状のものが配合時に押出機
などで高い配合量まで十分混練が可能であり、一段と優
れた本発明の目的とする効果が得られる。さらに、当該
オルガノシロキサンをポリアミド樹脂、例えばポリアミ
ド６６またはポリアミド６樹脂中に、好ましくは３０〜
８０重量％配合したマスターバッチも用いて本発明の組
成物を得る手法が配合時の作業性に優れ特に好ましい。

【００１１】本発明の組成物中の各成分の配合割合は、
ブレンド操作性に優れ、一段と優れた物性が得られる点
から、ポリアミド４６樹脂は、樹脂組成物中９４．７〜
３８重量％であり、好ましくは９１．５〜４５重量％、
さらに好ましくは８９〜５２重量％である。炭素繊維（
Ｂ）は、樹脂組成物中５〜５０重量％、好ましくは８〜
４５重量％、さらに好ましくは１０〜４０重量％であり
、炭素繊維の配合量が５重量％未満であると十分な耐熱
性および剛性、摺動特性が得られず、５０重量％と超え
ると溶融時の流動性が低下し、成形加工性が劣る。オル
ガノポリシロキサン（Ｃ）の配合量は０．３〜１２重量
％であり、好ましくは０．５〜１０重量％、さらに好ま
しくは１〜８重量％であり、０．３重量％未満では十分
な摺動特性が得られず、１２重量％を超えると機械的特
性および耐熱性の低下が著しい。本発明樹脂組成物の配
合方法は特に制限するものではないが、例えばヘンシェ
ルミキサー、タンブラーなどで混合し、そしてさらにバ
ッチニーダー、バンバリーミキサー、単軸または２軸ス
クリュー押出機で溶融混合する方法を挙げることができ
る。

【００１２】本発明の組成物に一段と優れた機械的強度
、耐熱性、摺動特性を与えるために、他の無機または／
および有機の充填剤を必要に応じて加えてもよい。無機
充填剤としては、ゴムまたはプラスチックスの補強充填
剤として周知のものが使用される。固体であれば形状は
特に制限されず、粉末、線維状粉末、繊維、ウィスカー
、バルーンなどの形をとり得るが、本発明の樹脂組成物
の優れた低摩擦性および耐摩耗性を維持しつつ、十分な
補強効果を得るためには粉末状もしくはウィスカー状の
ものが好ましい。

【００１３】かかる充填剤としては、具体的には、クレ
ー、焼成クレー、タルク、カタルボ、シリカ、アルミナ
、酸化マグネシウム、ケイ酸カルシウム、アスベスト、
アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カルシウム、アルミ
ノ珪酸ナトリウム、珪酸マグネシウム、水酸化アルミニ
ウム、水酸化カルシウム、硫酸バリウム、カリウム明バ
ン、ナトリウム明バン、鉄明バン、シラスバルーン、ガ
ラスバルーン、カーボンブラック、コークスプリーズ、
酸化亜鉛、三酸化アンチモン、硼酸、硼砂、硼酸亜鉛、
金属粉、金属ウィスカー、チタン酸カリウムウィスカー
、マイカ、グラファイト、酸化チタン、ワラストナイト
、ガラス繊維、ガラス繊維粉末、ガラスビーズ、炭酸カ
ルシウム、炭酸亜鉛、ハイドロタルサイト、酸化鉄など
が挙げられる。

【００１４】本発明に用いられる芳香族ポリアミド繊維
および上記無機充填剤は、本発明の効果をさらに高める
ために各種の表面処理がなされたものであっても良い。 また、これら無機充填剤は１種または２種以上で併用す
ることができる。その他必要に応じて、二硫化モリブデ
ンなどの潤滑剤、顔料、難燃剤、老化防止剤、安定剤、
帯電防止剤などを添加することができる。本発明の樹脂
組成物は優れた摺動特性を有することから、プッシング
、ベアリング、スクープ、スリッピング、ガイドレール
、シール材、スイッチ部品、ギア、カムなどの各種摺動
部品を提供することができる。

【００１５】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれら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によって得られた樹脂組成物は
、下記の試験方法によって評価した。

【００１６】試験方法 ■　　引張試験：ＡＳＴＭ　　Ｄ−６３８に従い、引張
速度５０ｍｍ／分で測定した。 ■　　曲げ試験：ＡＳＴＭ　　Ｄ−７９０に従い、曲げ
速度１５ｍｍ／分で測定した。 ■　　熱変形温度：ＡＳＴＭ　　Ｄ−６４８に従い、２
６４ｐｓｉで測定した。 ■　　摩擦摩耗試験：鈴木式摩擦摩耗試験機を使用し、
相手材としてＳ４５Ｃ鋼を用いた。試験片は外形２５．
６ｍｍ、内径２０．０ｍｍの中空円筒状試験片を用い、
相手材も同様の形状のものを用いた。接触面積は２ｃｍ
２　であった。 （イ）動摩擦係数 荷重１０ｋｇ（面圧５ｋｇ／ｃｍ２　）、周速１０ｃｍ
／ｓの条件で測定した。 （ロ）比摩耗量 荷重２ｋｇ、周速５０ｃｍ／ｓ、２０ｋｍ走行した後の
樹脂試験片重量の減少を測定し、以下に揚げる式（１）
より算出される比摩耗量で定義した。

【００１７】

【式１】 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　摩耗重量　　　　　　　　　　
　　比摩耗量＝──────────────────
─　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
走行距離×接触面圧×接触面積×密度　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　（ｍｍ３　／ｋｇｆ・ｋｍ）（ハ）
Ｓ４５Ｃ摩耗量 （ロ）と同一条件で、走行後のＳ４５Ｃの重量減少量（
ｍｇ）を測定した。 （ニ）動摩擦係数の速度依存性 荷重２ｋｇ（面圧１ｋｇｆ／ｃｍ２　）、周速１０、２
０、３０、４０、５０、６０ｃｍ／ｓで測定した。 （ホ）動摩擦係数の荷重依存性 摺動速度１０ｃｍ／ｓ、荷重を１０、２０、３０、４０
、５０、６０ｋｇで測定した。 （ヘ）限界ＰＶ値 周速１００ｃｍ／ｓ、荷重変量法

【００１８】実施例１〜５、比較例１〜５相対粘度３．
７０（３０℃、９７％硫酸中、濃度１０−２ｇ／ｍｌで
測定）のナイロン４，６と炭素繊維（東邦レーヨン社製
、ベスファイト　　ＨＴＡ−Ｃ６−ＮＲ）、ポリジメチ
ルシロキサン（東レ・ダウコーニング・シリコーン社製
、ＢＹ１６−１４０）を表１、表２に示した組成比率で
タンブラー内で混合し、次に二軸押出機（池貝鉄工社製
、『池貝　　ＰＣＭ４５　　−２』）を用いて溶融混合
し、ペレット化した。このペレットを用いて成形温度３
００℃、金型温度８０℃の条件下で各種試験片を射出成
形により得、上記の試験方法により物性を測定した。

【００１９】比較例６ ポリジメチルシロキサンの代りに粉末状ポリテトラフル
オロエチレン（ＰＴＦＥ、旭硝子社製、『フルオン　　
Ｌ１６９』）を用いた以外は、実施例１〜５と同様にサ
ンプルを作成し物性を測定した。得られた結果を表１〜
４に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】表３　　動摩擦係数の周速度依存性条件：
荷重２ｋｇｆ、相手材：Ｓ４５Ｃ

【００２３】表４　　
動摩擦係数の荷重依存性条件：周速度１０ｃｍ／ｓ、相
手材：Ｓ４５Ｃ

【００２４】

【発明の効果】本発明のポリアミド樹脂組成物は、摺動
特性と機械的特性および耐熱性に優れ、軸受け、カム、
歯車、スベリ板、ガイド部材などの摺動部材に用いて良
好な機能を発揮するものであり、特に高速、高荷重での
使用に耐え、金属の代替材料として好適である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　（Ａ）ポリアミド４６樹脂９４．７〜
   ３８重量％、（Ｂ）炭素繊維５〜５０重量％、および（
   Ｃ）オルガノポリシロキサン０．３〜１２重量％から成
   るポリアミド樹脂組成物。