JPH0532989A - 摺動部材用熱硬化性樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、相手材との摺動において当該相手
材を何ら損傷させることなく機械的強度の向上が図ら
れ、かつ摺動特性に優れた摺動部材用熱硬化性樹脂組成
物を提供することにある。 【構成】 基体を構成する熱硬化性樹脂としてフェノー
ル樹脂あるいはポリイミド樹脂を選択し、これに補強材
として芳香族ポリアミド樹脂繊維および芳香族ポリアミ
ド樹脂粉末ならびに固体潤滑剤を配合した組成物、ある
いは該組成物にさらに炭化フェノール樹脂粉末を配合し
た組成物で、摺動部材としての機械的強度の向上が図ら
れ、優れた摺動特性を発揮する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は摺動部材用熱硬化性樹脂
組成物に関するもので、より具体的には熱硬化性樹脂を
基体とし、これに一定割合の芳香族ポリアミド樹脂繊
維、芳香族ポリアミド樹脂粉末、固体潤滑剤を配合する
か、これら成分にさらに一定割合の炭化フェノール樹脂
粉末を配合した摺動部材用熱硬化性樹脂組成物に関する
ものである。

【０００２】本発明において摺動部材とは、相手材と低
摩擦で接触する面を有し、荷重を支えるか、荷重を他に
伝達する部材を意味し、例えば軸受ブッシュ、すべり
板、カム、歯車、ベーン材などを包含するものである。

【０００３】

【従来の技術】従来より、熱硬化性樹脂、例えばフェノ
ール樹脂を基体とし、これに綿布、石綿、木粉などの補
強材を含有した摺動部材はよく知られており、また摺動
部材としての機械的強度の向上を目的としてガラス繊維
あるいは炭素繊維などの補強繊維を含有した摺動部材も
よく知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、フェ
ノール樹脂を基体とする摺動部材は、一般には給油ある
いは給水などの潤滑条件下でなければ使用することがで
きない。それは補強材あるいは補強繊維そのものは何ら
潤滑性を示さないからである。そこで、乾燥摩擦条件下
においても使用可能とするべく固体潤滑剤、例えば黒
鉛、二硫化モリブデン、ポリテトラフルオロエチレン樹
脂などを適宜用途に応じて選択し、これらを配合した摺
動部材も種々提案されているが、これら固体潤滑剤は多
量に配合しなければ効果が得られず、また多量の配合は
摺動部材としての強度を著しく低下させる原因となるな
ど配合割合がとくに重要となる。

【０００５】この点を考慮して、固体潤滑剤の配合に加
えて、ガラス繊維あるいは炭素繊維などの補強繊維を配
合して強度低下を補う方策も考えられているが、これら
繊維はフェノール樹脂とぬれ性が悪く樹脂と繊維との剥
離を生じたり、また摺動摩擦面に露出して相手材との摩
擦において、当該相手材を損傷させるという欠点を惹起
する。上述した補強繊維含有による欠点はフェノール樹
脂に限られたものではなく、その他基体樹脂として耐熱
性を有するポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂を使用し
た場合においても同様の欠点が惹起される。この相手材
を損傷させるという欠点は摺動部材においては極力避け
なければならない性質の一つである。

【０００６】

【問題点を解決するための手段】本発明者は、上記欠点
に鑑み鋭意研究の結果、基体を構成する熱硬化性樹脂と
してフェノール樹脂あるいはポリイミド樹脂を選択し、
これに補強材として芳香族ポリアミド樹脂繊維および芳
香族ポリアミド樹脂粉末ならびに固体潤滑剤を配合した
組成物、あるいは該組成物にさらに炭化フェノール樹脂
粉末を配合した組成物は摺動部材としての機械的強度を
損なうことなく上述した欠点を解決することができかつ
優れた摺動特性を発揮することを見出し、本発明をなす
に至った。

【０００７】すなわち、本発明の目的は、芳香族ポリア
ミド樹脂繊維５〜30重量％、芳香族ポリアミド樹脂粉末
５〜20重量％、固体潤滑剤５〜15重量％、残部熱硬化性
樹脂あるいはこれら成分組成にさらに炭化フェノール樹
脂を10〜30重量％の割合で配合して成る摺動部材用熱硬
化性樹脂組成物を提供することにある。

【０００８】上記成分組成において、芳香族ポリアミド
樹脂繊維は基体を構成するフェノール樹脂あるいはポリ
イミド樹脂と良好なぬれ性を有するため、前述したガラ
ス繊維あるいは炭素繊維を含有した場合の欠点である該
基体樹脂との剥離を生ずることなく強固な結合力をもっ
て基体樹脂中に分散し、機械的強度の向上ならびに耐摩
耗性の向上に寄与する。

【０００９】そして、この芳香族ポリアミド樹脂繊維は
繊維の長さＬに対する直径Ｄの割合、すなわちＬ／Ｄ
（アスペクト比）を大きくとれば大きな機械的強度が得
られるが、その反面繊維があまり長くなると基体樹脂と
の混合が困難となり、該繊維の均一分散性が損なわれ、
また成形上の困難性も生ずるので最適な長さをとること
が必要である。本発明では直径が９〜11μｍであって、
Ｌ／Ｄが30〜50であることが好ましいことを実験により
確認した。

【００１０】このような芳香族ポリアミド樹脂繊維とし
ては、例えば帝人社製の「コーネックス」（商品名）、
米国デュポン社製の「ケブラー49」、「ノーメックス」
（いずれも商品名）などが挙げられる。

【００１１】そして、芳香族ポリアミド樹脂繊維の基体
樹脂に対する配合割合が５重量％以下では補強繊維とし
ての効果および摺動部材としての耐摩耗性の向上に効果
が現れず、また30重量％を超えて配合すると機械的強度
の向上には効果が見られるが、摺動部材の表面にケバ立
ちを生じ、商品価値を著しく低下させるという欠点が現
れるのと摺動部材としての耐摩耗性および寸法精度に悪
影響を与える。したがって、芳香族ポリアミド樹脂繊維
の配合割合は５〜30重量％、就中10〜20重量％が適当で
ある。

【００１２】芳香族ポリアミド樹脂粉末はそれ自体耐摩
耗性を有し、上記ポリアミド樹脂繊維と同様基体樹脂と
良好なぬれ性を有する樹脂で、上記ポリアミド樹脂繊維
と同時に配合されて該基体樹脂中に強固な結合力をもっ
て分散し、摺動部材の機械的強度の向上ならびに耐摩耗
性の向上に寄与する。また、このポリアミド樹脂粉末は
潤滑油剤、すなわち潤滑油あるいはグリースなどとなじ
み性が極めて良好であるため、とくに潤滑油剤の存在下
で使用される摺動部材においては耐摩耗性の向上が一層
顕著に現れる。

【００１３】このような芳香族ポリアミド樹脂粉末とし
ては、メタフェニレンジアミンとイソフタル酸クロライ
ドとを縮合重合して得られるメタフェニレンイソフタル
アミドの粉末で、例えば帝人社製の「コーネックス」な
どが挙げられる。そして、芳香族ポリアミド樹脂粉末の
基体樹脂に対する配合割合が５重量％以下では基体樹脂
中に分散する量が少なく上記効果が発揮されず、また20
重量％を超えて配合すると摺動部材としての機械的強度
を返って低下させる。したがって、芳香族ポリアミド樹
脂粉末の配合割合は５〜20重量％が適当である。

【００１４】固体潤滑剤は摺動部材に自己潤滑性を付与
する目的で配合されるもので、摺動部材の乾燥摩擦条件
下での使用を可能とする。そして、固体潤滑剤としては
黒鉛、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、ポリテ
トラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）から一種もしく
は二種以上が選択されて使用される。摺動特性を向上さ
せんがために固体潤滑剤を多量に配合することは摺動部
材の強度低下を来すことになるため、その配合割合はと
くに注意を必要とする。本発明では固体潤滑剤の基体樹
脂に対する配合割合が５〜15重量％、就中８〜12重量％
で良好な結果が得られた。

【００１５】基体樹脂を構成する熱硬化性樹脂として
は、本発明ではフェノール樹脂あるいはポリイミド樹脂
が使用される。フェノール樹脂としては、一般的なノボ
ラック樹脂およびレゾール樹脂に加えて、ホウ素変性フ
ェノール樹脂、ケイ素変性フェノール樹脂、リン変性フ
ェノール樹脂、重金属変性フェノール樹脂、エラストマ
ー変性フェノール樹脂、その他の各種変性フェノール樹
脂、および芳香族アルキルエーテルとフェノールとを結
合させたフェノール樹脂、４−ヒドロキシスチレンを結
合させたフェノール樹脂なども使用できる。また、ポリ
イミド樹脂としては、無水マレイン酸とジアミノジフェ
ニルメタンとの付加重合により生成された熱硬化性ポリ
イミド樹脂、例えばローヌ・プーラン社製の「ケルイミ
ド」などが使用される。

【００１６】そして、成分組成において熱硬化製樹脂は
残部としたが、本発明者の実験では30〜65重量％、就中
40〜60重量％の範囲で配合することにより好結果を得て
いる。配合割合が30重量％以下では摺動部材としての機
械的強度が低く、また成形製にも悪影響が出る。また65
重量％を超えて多量に配合すると樹脂の分離を生じやす
く、返って機械的強度を損なう。

【００１７】上述した成分組成に加えて、さらに一定割
合で炭化フェノール樹脂粉末を配合することができる。
この炭化フェノール樹脂はレゾール樹脂あるいはノボラ
ック樹脂を窒素ガスの雰囲気下に1000℃〜2000℃の温度
で炭化焼成することによって得られるもので、炭素含有
率が94〜99.8％を有し、硬度（ショア硬度）が概ね100
〜110を示す粒状粉末（平均粒径15μｍ）である。この
ような炭化フェノール樹脂としては、例えば鐘紡社製の
「ベルパール」（商品名）、ユニチカ社製の「ユニベッ
クス」などが好適なものとして挙げられる。

【００１８】この炭化フェノール樹脂は前述した固体潤
滑剤として配合される黒鉛ほどの自己潤滑性は示さない
が、基体樹脂と良好なぬれ性を有すること、微粒子粉末
であることから分散性が良く、とくに摺動部材の表面硬
度を高め、摺動部材としての耐摩耗性の一層の向上を図
ることができる。しかしながら、多量の配合は摩擦面に
露出して相手材を損傷させるという欠点、とくに荷重が
高くなると急激に生ずる傾向を示すことから、この配合
割合はとくに注意を有する。本発明では、基体樹脂に対
し概ね10〜30重量％の配合割合で良好な結果が得られ
た。

【００１９】上述したこれら成分組成を混合機（ミキサ
ー）に装填し、均一に混合して混合物としたのち、これ
を成形材料として、あるいはこれら成分組成に適量のメ
タノールを配合して混合機に装填し、混合造粒したの
ち、これを成形材料として、圧縮成形、射出成形などの
成形方法により所望の摺動部材に形成する。

【００２０】

【作用】フェノール樹脂あるいはポリイミド樹脂からな
る熱硬化性樹脂を基体樹脂とし、これに一定割合で配合
される芳香族ポリアミド樹脂繊維および芳香族ポリアミ
ド樹脂粉末は該基体樹脂と良好なぬれ性を有することか
ら該基体樹脂中に強固な結合力をもって分散され、摺動
部材としての機械的強度および耐摩耗性の向上を図るこ
とができる。

【００２１】また、基体樹脂中に強固な結合力をもって
分散した芳香族ポリアミド樹脂粉末は潤滑油あるいはグ
リースなどの潤滑油剤と極めて良好なぬれ性を有するた
め、とくに潤滑油剤の存在下では摺動特性の一層の向上
が図れる。

【００２２】さらに、成分組成中に炭化フェノール樹脂
粉末を含有したものにおいては、摺動部面の表面硬度が
高められ、上記芳香族ポリアミド樹脂繊維および芳香族
ポリアミド樹脂粉末の作用と相俟って、耐摩耗性の一層
の向上が図れる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明をその実施例に基づき詳細に説
明する。

【００２４】＜実施例１＞直径11μｍ、長さ0.４ｍｍ
（Ｌ／Ｄ：36）の芳香族ポリアミド樹脂繊維（帝人社製
「コーネックス(商品名）」）１０重量％、150 メッシ
ュを通過する芳香族ポリアミド樹脂粉末（帝人社製「コ
ーネックス（商品名）」）１８重量％、ＰＴＦＥ粉末
（旭硝子社製「フルオンL-169(商品名）」１２重量％、
残部フェノール樹脂粉末（群栄化学工業社製「PG241
7」）を混合機に装填し、均一に混合して混合物を形成
し、これを成形材料とした（芳香族ポリアミド樹脂繊
維：10％、芳香族ポリアミド樹脂粉末：18％、PTFE粉
末：12％、フェノール樹脂粉末：60％）。

【００２５】ついで、この成形材料を金型に装填し、温
度170℃、圧力1000kgf/cm²、成形物の肉厚１mm当たり２
分間を成形時間として圧縮成形し、成形物を得た（成形
時間：10分間）。このようにして得た成形物を加熱炉内
に置き、120 ℃で20時間、キュア処理を施したのち、機
械加工を施して一辺が40mm、厚さ５mmの方形状成形物を
得た。

【００２６】＜実施例２＞直径11μｍ、長さ0.４ｍｍ
（Ｌ／Ｄ：36）の芳香族ポリアミド樹脂繊維（実施例１
に同じ）１０重量％、150メッシュを通過する芳香族ポ
リアミド樹脂粉末（実施例１に同じ）１８重量％、ＰＴ
ＦＥ粉末（実施例１に同じ）１２重量％、平均粒径15μ
ｍ以下、炭素含有量が99.8重量％でショア硬度が110 を
有する炭化フェノール樹脂粉末（鐘紡社製「ベルパール
C-2000：商品名」）２０重量％、残部フェノール樹脂粉
末（実施例１に同じ）を混合機に装填し、均一に混合し
て混合物を形成し、これを成形材料とした（芳香族ポリ
アミド樹脂繊維：10％、芳香族ポリアミド樹脂粉末：18
％、PTFE粉末：12％、炭化フェノール樹脂粉末：20％、
フェノール樹脂粉末：40％）。

【００２７】ついで、この成形材料を金型に装填し、温
度170℃、圧力1000kgf/cm²、成形物の肉厚１mm当たり２
分間を成形時間として圧縮成形し、成形物を得た（成形
時間：10分間）。このようにして得た成形物を加熱炉内
に置き、120 ℃で20時間、キュア処理を施したのち、機
械加工を施して一辺が40mm、厚さ５mmの方形状成形物を
得た。

【００２８】＜比較例＞直径30μｍ、長さ100 μｍの炭
素繊維30重量％、ＰＴＦＥ粉末（実施例１と同じ）20重
量％、残部フェノール樹脂粉末（実施例１と同じ）を混
合機に装填し、均一に混合して混合物を形成し、これを
成形材料とした（炭素繊維：30％、PTFE粉末：20％、フ
ェノール樹脂粉末：50％）。

【００２９】ついで、この成形材料を金型に装填し、温
度170℃、圧力1000kgf/cm²、成形物の肉厚１mm当たり２
分間を成形時間として圧縮成形し、成形物を得た（成形
時間：10分間）。このようにして得た成形物を加熱炉内
に置き、120 ℃で20時間、キュア処理を施したのち、機
械加工を施して一辺が40mm、厚さ５mmの方形状成形物を
得た。

【００３０】上記実施例および比較例で得た方形状成形
物を試験片として、つぎの条件で摩擦摩耗試験を行っ
た。 ＜試験条件＞ 荷重 ４０kgf/cm² 速度 １３m/min 試験時間 ３０時間 相手材 Ｓ45Ｃ（機械構造用炭素鋼） 潤滑 摺動面にグリース塗布

【００３１】図１は上記試験条件により行った試験時間
と摩擦係数の変化を示すグラフである。図１中、○印は
実施例１、☆印は実施例２、●印は比較例の試験結果を
示すものである。

【００３２】また、試験片の試験時間(100時間) 後の摩
耗量（mm）を測定した結果を表１に示す。

【表１】

【００３３】上述した試験結果から、実施例１および実
施例２からなる成形物は試験時間を通じて安定した低い
摩擦係数を示すと共に摩耗量も極めて低い値を示した。
一方、比較例からなる成形物は試験時間とともに摺動面
に塗布したグリースが次第に掻き出され、試験時間20時
間経過後、摩擦係数の急激な上昇と共に摩耗量の増大が
認められた。このものの試験後の相手材表面には多数の
線状傷が認められた。

【００３４】なお、上述した実施例においては、基体樹
脂としてフェノール樹脂を使用した例について説明した
が、ポリイミド樹脂を使用しても同様の傾向を示すこと
を確認した。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明は熱硬化性樹
脂を基体樹脂とし、これに該基体樹脂と良好なぬれ性を
有する芳香族ポリアミド樹脂繊維および芳香族ポリアミ
ド樹脂粉末が一定割合で該基体樹脂中に強固な結合力を
もって分散されているため、摺動部材としての機械的強
度および耐摩耗性の向上が図られる。

【００３６】また、基体樹脂中に強固な結合力をもって
分散した芳香族ポリアミド樹脂粉末は潤滑油あるいはグ
リースなどの潤滑油剤と極めて良好なぬれ性を有するた
め、とくに潤滑油剤の存在下での使用においては摺動特
性の一層の向上が図られる。

【００３７】さらに、成分組成中に炭化フェノール樹脂
粉末を含有したものにおいては、摺動面の表面硬度が高
められ、上記芳香族ポリアミド樹脂繊維および芳香族ポ
リアミド樹脂粉末の作用と相俟って、耐摩耗性の一層の
向上が図られる。

【００３８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明と比較例との試験結果を示すグラフであ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 (Ｃ１０Ｍ 111/04 107:44 103:06） (Ｃ１０Ｍ 111/04 107:44 107:38） (Ｃ１０Ｍ 111/04 107:44 103:06 103:02） (Ｃ１０Ｍ 111/04 107:44 107:38 103:02） Ｃ１０Ｎ 20:00 Ｚ 8217−4Ｈ 50:08 70:00

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 芳香族ポリアミド樹脂繊維５〜30重量
   ％、芳香族ポリアミド樹脂粉末５〜20重量％、固体潤滑
   剤５〜15重量％、残部熱硬化性樹脂から成る摺動部材用
   熱硬化性樹脂組成物。
2. 【請求項２】 芳香族ポリアミド樹脂繊維は直径９〜11
   μｍ、アスペクト比（L/D)が30〜50である請求項１記載
   の摺動部材用熱硬化性樹脂組成物。
3. 【請求項３】 固体潤滑剤は黒鉛、二硫化モリブデン、
   二硫化タングステン、ポリテトラフルオロエチレン樹脂
   の一種または二種以上が選択される請求項１又は請求項
   ２に記載の摺動部材用熱硬化性樹脂組成物。
4. 【請求項４】 熱硬化性樹脂はフェノール樹脂、ポリイ
   ミド樹脂から選択される請求項１乃至請求項３のいずれ
   か一項に記載の摺動部材用熱硬化性樹脂組成物。
5. 【請求項５】 炭化フェノール樹脂粉末が10〜30重量％
   の割合で含有される請求項１乃至請求項４のいずれか一
   項に記載の摺動部材用熱硬化性樹脂組成物。
6. 【請求項６】 炭化フェノール樹脂粉末はレゾール樹脂
   またはノボラック樹脂を窒素ガス雰囲気下で1000〜2000
   ℃の温度で炭化焼成し、炭素含有率94〜99.8％、ショア
   硬度概ね100 〜110 を示す粒状粉末である請求項５に記
   載の摺動部材用熱硬化性樹脂組成物。