JPH07268126A

JPH07268126A - 潤滑性樹脂組成物

Info

Publication number: JPH07268126A
Application number: JP6304794A
Authority: JP
Inventors: Yoshiro Oki; 芳郎沖
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1994-03-31
Filing date: 1994-03-31
Publication date: 1995-10-17

Abstract

(57)【要約】【目的】炭素繊維を充填した摺動性樹脂組成物を、軟
質金属を相手とする摺動条件においても、自他共に損傷
がないように使用でき、特に潤滑油の存在しない摺動条
件でも、耐摩耗性および非攻撃性を充分に発揮できるも
のとする。【構成】ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテル
ニトリル、ポリエーテルケトン、ポリアミド、ポリイミ
ド、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチ
レン−エチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パ
ーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体およびテト
ラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合
体などの合成樹脂６０〜９５容量％と、比表面積が５０
０ｍ²／ｇ以上の炭素繊維４０〜５容量％からなる繊維
強化樹脂１００容量部に対し、ポリテトラフルオロエチ
レンなどの固体潤滑剤５〜４０容量部を添加した潤滑性
樹脂組成物とする。または、これを成形した滑り軸受、
摺動シール材とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は滑り軸受または摺動シ
ール材等の摺動材に適用できる潤滑性樹脂組成物に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、滑り軸受などの摺動材であって
合成樹脂製のものには、所要の摺動性と共に所要の機械
的強度を有することが求められ、また耐熱性と共に成形
の容易性も必要であり、これまでに以下に述べるような
種々の耐熱性合成樹脂、強化材および充填材を選択して
調製されてきた。

【０００３】摺動材の主要成分となる合成樹脂として
は、熱たわみ温度（ＡＳＴＭＤ６４８）が２００℃
を越えるような耐熱性と機械的強度を備えた、いわゆる
スーパーエンジニアリングプラスチックを採用すること
が高機能・高耐久性を発揮させるために好ましく、具体
例としてはポリフェニレンサルファイド（以下、ＰＰＳ
と略記する。）、ポリエーテルケトン（以下、ＰＥＫと
略記する。）、ポリイミド（以下、ＰＩと略記する。）
等が挙げられる。

【０００４】主成分に添加されて成形性、機械的強度、
潤滑性等の向上を図る添加剤としては、ガラス繊維、炭
素繊維、ウィスカ類などの繊維状強化剤、固体潤滑剤と
してポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと略
記する。）、二硫化モリブデンなどが挙げられる。

【０００５】このような材料を混合し成形された摺動材
は、通常は摺動面に潤滑油を介在させて使用されること
が多く、たとえば冷凍サイクルの冷媒ガス等の被圧縮媒
体を圧縮するコンプレッサーにおける被圧縮媒体の漏れ
を防止する摺動シール、または自動車のオートマチック
ミッション、ブレーキ装置の摺動シールなどは、通常の
使用状態では潤滑油が介在して摺動面は流体潤滑されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
の合成樹脂製の摺動材は、使用中に何らかの条件で境界
潤滑となる場合があり、このような場合にも良好な摺動
状態を維持することは、装置全体の信頼性や安全性を高
める上でも重要であるにも拘わらず、未だ改善すること
ができなかった。

【０００７】また、摺動相手材がアルミニウム合金やス
テンレス鋼材といった比較的軟質の金属である場合に
は、添加された繊維状強化材によってこれらが摩耗損傷
し易く、甚だしい場合には異常摩耗が起こるという問題
点もある。

【０００８】このような異常摩耗の発生原因を詳しく調
べると、主としてガラス繊維、炭素繊維などの比較的硬
質の繊維状強化材の先端が軟質金属の表面を攻撃し、そ
の際に発生した摩耗粉が研磨作用をする現象が認められ
た。

【０００９】強化材として充填効果が優れた炭素繊維を
添加した摺動材としては、ピッチ系またはパン系の炭素
繊維を採用して、その引張り弾性率その他の物性の違い
を利用したり、その配合割合を所定範囲に限定する技術
（特公昭６３−３０１２５８）、アスペクト比を限定し
たものを使用する技術（特開平２−２１９８９５）等の
改良技術があるが、補強効果の高い炭素繊維を充填した
樹脂組成物において、摺動相手の軟質金属を全く損傷し
ないようにすることはできなかった。

【００１０】そこで、この発明の課題は、上記した問題
点を解決し、補強効果の高い炭素繊維を充填した摺動性
樹脂組成物を、アルミニウム合金などの軟質金属を相手
とする摺動条件においても、自他共に損傷がないように
使用でき、特に潤滑油の存在しない摺動条件において
も、耐摩耗性および非攻撃性を充分に発揮できるものと
することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては、合成樹脂６０〜９５容量％と
比表面積が５００ｍ²／ｇ以上の炭素繊維４０〜５容量
％からなる繊維強化樹脂１００容量部に対して、固体潤
滑剤５〜４０容量部を添加して潤滑性樹脂組成物を構成
したのである。

【００１２】また、前記合成樹脂がポリフェニレンサル
ファイド、ポリエーテルニトリル、ポリエーテルケト
ン、ポリアミド、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチ
レン、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、テ
トラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエ
ーテル共重合体およびテトラフルオロエチレン−ヘキサ
フルオロプロピレン共重合体からなる群から選ばれる一
種以上の樹脂であるものを採用することができる。

【００１３】また、前記固体潤滑剤がポリテトラフルオ
ロエチレン、二硫化モリブデンおよび黒鉛からなる群か
ら選ばれる一種以上の固体潤滑剤を採用することができ
る。そして、上記した潤滑性樹脂組成物を成形して滑り
軸受とし、または摺動性シール部材としたのである。

【００１４】以下にその詳細を述べる。この発明に用い
る合成樹脂としては、熱たわみ温度（ＡＳＴＭＤ６
４８）が２００℃を越えるような耐熱性樹脂を採用する
ことが好ましいが、摺動材の用途に応じて一般の樹脂材
料を選択して用いることもできる。

【００１５】前記した耐熱性樹脂の具体例としては、ポ
リフェニレンサルファイド、（以下、ＰＰＳと略記す
る。）ポリエーテルニトリル（以下、ＰＥＮと略記す
る。）、ポリエーテルケトン（以下、ＰＥＫと略記す
る。）、ポリアミド（以下、ＰＡと略記する。）、ポリ
イミド（以下、ＰＩと略記する。）、ポリテトラフルオ
ロエチレン（以下、ＰＴＦＥと略記する。）、テトラフ
ルオロエチレン−エチレン共重合体（以下、ＥＴＦＥと
略記する。）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロ
アルキルビニルエーテル共重合体（以下、ＰＦＡと略記
する。）およびテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオ
ロプロピレン共重合体（以下、ＦＥＰと略記する。）、
ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエーテルイミド樹
脂、ポリアミドイミド樹脂、Ｉ型液晶ポリマー（以下、
ＬＣＰと略記する。）などが挙げられる。

【００１６】また、上記したＰＡの代表例として、４−
６ナイロン樹脂（以下、ＰＡ４６と略記する。）が好ま
しく、また、ＰＥＫの代表例としては、ポリエーテルエ
ーテルケトン樹脂（以下、ＰＥＥＫと略記する。）、ポ
リエーテルケトンエーテルケトンケトン樹脂（以下、Ｐ
ＥＫＥＫＫと略記する。）が挙げられる。

【００１７】特に上市され、好ましいものを例示すると
以下のものがある。ＰＰＳ（東ソーサスティール社製：＃１６０、トー
プレン社製：Ｔ４ＡＧ）ＰＥＮ（出光マテリアル社製：ＩＤ３００）ＰＥＥＫ（ＩＣＩ社製：ビクトレックスＰＥＥＫ）ＰＥＫ（ＩＣＩ社製：ビクトレックスＰＥＫ）ＰＥＫＥＫＫ（ＢＡＳＦ社製：ウルトラＰＥＫ）ＰＩ（三井東圧化学社製：オーラム）ＰＡ４６（日本合成ゴム社製：ＫＳ３００）ＬＣＰ（住友化学社製：スミカスーパー、日本石油
社製：ザイダー）ＰＴＦＥ（ダイキン工業社製：Ｍ−１５、旭硝子社
製：Ｇ１６３、三井デュポンフロロケミカル社製：７
Ｊ）ＥＴＦＥ（旭硝子社製：アフロンＣＯＰ）ＰＦＡ（旭硝子社製：アフロンＰＦＡ）次に、この発明に用いる比表面積が５００ｍ²／ｇ以上
の炭素繊維とは、ピッチ系またはパン系の炭素繊維であ
って約１０００℃で焼成した炭化品（比表面積１ｍ²／
ｇ）を、不活性ガス雰囲気中で酸化剤で表面処理し、い
わゆる活性炭のように表面を活性化（多孔質化）したも
のである。このように活性化された炭素繊維の比表面積
が、５００ｍ²／ｇ未満では、これを添加した樹脂組成
物が摺動状態で軟質金属を攻撃し易くなるので好ましく
ない。また、比表面積は前記の表面処理時間等の処理条
件を調整することで２０００ｍ²／ｇ程度まで引き上げ
ることができるが、あまり大きすぎると弾性率などの機
械的強度が低下し、炭素繊維本来の耐摩耗性などの補強
効果が組成物に備わらない。このような傾向を考慮する
と、より好ましい比表面積は、７００〜１５００ｍ²／
ｇである。

【００１８】所定の比表面積を有する炭素繊維の繊維径
は、２０μｍ以下であることが好ましく、より好ましく
は繊維径１０〜１５μｍであり、その場合にアスペクト
比は５〜８０であるものが好ましく、より好ましくは２
０〜５０のものである。なぜなら、アスペクト比が５未
満のものでは、組成物の機械的強度を添加効率よく向上
させることが困難であり、またアスペクト比が大きいほ
ど補強効果は高まるが、８０を越えても組成物は機械的
強度があまり向上せず、実用性の観点から好ましくなく
なるからである。

【００１９】この発明に用いる固体潤滑剤としては、組
成物に所要の摺動特性を付与するものであれば、周知の
固体潤滑剤を限定することなく採用できる。

【００２０】このような固体潤滑剤の具体例としては、
ＰＴＦＥ、シリコーン樹脂、グラファイト、二硫化モリ
ブデンなどが挙げられる。このうち、ＰＴＦＥは特に添
加効率よく潤滑性を向上させるので好ましく、このもの
は懸濁重合法によるモールディングパウダー、乳化重合
法によるファインパウダーのいずれを採用してもよい
が、加圧・加熱処理された後、粉砕してγ線照射されて
平均粒径１０μｍ以内の粉末状のＰＴＦＥが好ましい。

【００２１】この発明の組成物の原材料の配合割合は、
合成樹脂６０〜９５容量％、比表面積が５００ｍ²／ｇ
以上の炭素繊維４０〜５容量％の繊維強化樹脂１００容
量部に対して、固体潤滑剤５〜４０容量部である。

【００２２】炭素繊維が４０容量％を越えると組成物の
射出成形が困難となり、５容量％未満では組成物の補強
が充分でなくなり、耐摩耗性も充分に得られないからで
ある。また、固体潤滑剤が４０容量部を越えると射出成
形が困難となり、耐摩耗性を所要のレベルに維持できな
くなる。また、５容量部未満では潤滑性の付与効果が乏
しく、充分な摺動特性が得られないので好ましくないか
らである。

【００２３】なお、この発明の効果を損なわない範囲で
あれば、以下に列挙するような公知の添加剤を配合して
もよい。

【００２４】（１）摩耗補強剤：ボロン繊維、アラミド繊維など、（２）導電性向上剤：カーボン、酸化亜鉛、酸化チタン
など、（３）クラッキング性向上剤：グラファイト、マイカ、
タルク、ウォラストナイトなど、（４）熱伝導性向上剤：粉末状金属酸化物（５）靱性向上剤：シリコーン樹脂、ポリオレフィン樹
脂など、以上述べたこの発明に用いる諸原材料は、混合・混練
し、成形して潤滑性樹脂組成物を得るが、前記混合・混
練する手段は特に、限定するものではなく、粉末原料の
みをヘンシェルミキサー、ボールミキサー、リボンブレ
ンダー、ウルトラヘンシェルミキサーなどを用いて乾式
混合し、さらに射出成形可能な熱可塑性樹脂であれば、
二軸溶融混合機にて溶融ブレンドし、成形用ペレット
（顆粒）を得ることができる。そして、成形方法は、マ
トリックスとなる樹脂に適当な成形方法を適宜採用すれ
ばよく、たとえば加圧圧縮成形、焼結成形、射出成形、
ホットホーミング成形などを採用することができる。

【００２５】

【作用】この発明の潤滑性樹脂組成物は、固体潤滑剤に
よる潤滑性があると共に、添加された炭素繊維の表面が
活性化され所定の比表面積を有しており、潤滑油が存在
する摺動条件では、その細孔（ミクロポア）に潤滑油が
吸着して流体潤滑を安定的に行なうことができるので、
摩擦係数を安定して低レベルに保つものとなる。

【００２６】また、炭素繊維が摩擦時の剪断力で破壊さ
れた際に負荷部のみに部分的な崩壊が起こり、切断され
た面も徐々に崩壊して丸くなるので、摺動相手材を攻撃
し難いと考えられる。

【００２７】また、炭素繊維の比表面積を所定範囲のも
のとしてあり、これを所定の割合で配合した組成物その
ものの耐摩耗性および機械的強度は所要の程度に向上す
る。

【００２８】

【実施例】実施例および比較例に用いた原材料を一括し
て示せば以下の通りである。なお、以下の表中における
これらの略称を（）内に示し、その配合割合は合成樹
脂と炭素繊維の配合割合を容量％とし、この合計を１０
０容量部として、固体潤滑剤の配合割合を容量部で示し
た。

【００２９】（１）ポリフェニレンサルファイド樹脂［ＰＰＳ］トープレン社製：Ｔ４ＡＧ（２）ポリエーテルニトリル樹脂［ＰＥＮ］出光マテリアル社製：ＩＤ３００（３）ポリエーテルエーテルケトン樹脂［ＰＥＥＫ］ＩＣＩ社製：ビクトレックスＰＥＥＫ（４）ポリイミド樹脂［ＰＩ］三井東圧化学社製：オーラム４５０（５）ポリアミド４−６樹脂［ＰＡ４６］日本合成ゴム社製：ＫＳ３００（６）テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体［Ｅ
ＴＦＥ］旭硝子社製：アフロンＣＯＰ（７）テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキル
ビニルエーテル共重合体［ＰＦＡ］旭硝子社製：アフロンＰＦＡ（８）テトラフルオロエチレン［ＰＴＦＥ］旭硝子社製：Ｇ１６３（９）炭素繊維（比表面積７００ｍ²／ｇ）［ＣＦ−Ａ
７］大阪ガスケミカル社製：繊維状活性炭ＡＤＯＬ−Ａ７（１０）炭素繊維（比表面積１０００ｍ²／ｇ）［ＣＦ
−Ａ１０］大阪ガスケミカル社製：繊維状活性炭ＡＤＯＬ−Ａ１０（１１）炭素繊維（比表面積２０００ｍ²／ｇ）［ＣＦ
−Ａ２０］大阪ガスケミカル社製：繊維状活性炭ＡＤＯＬ−Ａ２０（１２）炭素繊維（比表面積約１ｍ²／ｇ）［ＣＦ］呉羽化学社製：Ｍ１０７Ｔ、炭素化品（１３）炭素繊維（比表面積約１ｍ²／ｇ）［ＣＦ］呉羽化学社製：Ｍ２０７Ｓ、黒鉛化品（１４）ポリテトラフルオロエチレン［ＰＴＦＥ］喜多村社製：ＫＴＬ６１０（１５）黒鉛日本黒鉛社製：ＡＣＰ（１６）アラミド繊維日本アラミド社製：トワロン、０．２５ｍｍ（１７）活性炭粉末（比表面積約２０００ｍ²／ｇ）平均粒径５〜１０μｍ〔実施例１〜１４、１６〕原材料を表１に示した配合割
合でヘンシェル乾式混合機を用いてドライブレンドし、
二軸溶融混合機を用いて混練し、造粒ペレットを作成し
た。このペレットを射出成形機にてφ１５×φ２５×２
０（ｍｍ）の素形材を成形し、切削加工にてφ１７×φ
２１×１０（ｍｍ）のリング状試験片を得た。

【００３０】この試験片を用いて潤滑油中または無潤滑
の条件での動摩擦係数、摩耗量、相手材損傷度合いを調
べ、この結果を表２に示した。

【００３１】なお、試験機はスラスト型摩擦摩耗試験機
を用い、潤滑油中での試験条件は、相手材アルミニウム
ダイキャスト（ＡＤＣ１２）、周速６０ｍ／分、荷重２
ｋｇｆ／ｃｍ²で、スニソオイル中に浸漬した状態で５
０時間供試とした。また、無潤滑の条件での試験条件
は、相手材アルミニウムダイキャスト（ＡＤＣ１２）、
周速６０ｍ／分、荷重２ｋｇｆ／ｃｍ²で５０時間供試
とした。相手材損傷度合いの評価は、肉眼によりその程
度を○（損傷なし）、△（僅かに損傷がある）、×（損
傷あり）の３段階に評価した。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】〔実施例１５〕原材料を表１に示した配合
割合でヘンシェル乾式混合機を用いてドライブレンド
し、プレス機を用いて５００ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力でφ
３０×１００（ｍｍ）の素形材を成形し、３８０℃、５
時間フリー加熱し、切削加工にてφ１７×φ２１×１０
（ｍｍ）のリング状試験片を得た。

【００３５】この試験片を用いて潤滑油中または無潤滑
の条件での動摩擦係数、摩耗量、相手材損傷度合いを実
施例１と全く同様に調べ、この結果を表２に併記した。

【００３６】〔比較例１〜１２、１４〕原材料を表３に
示した配合割合としたこと以外は実施例１と全く同様に
してリング状試験片を作成し、この試験片を用いて実施
例１と全く同様にして潤滑油中または無潤滑の条件での
動摩擦係数、摩耗量、相手材損傷度合いを調べ、この結
果を表４に示した。

【００３７】〔比較例１３〕原材料を表３に示した配合
割合としたこと以外は実施例１５と全く同様にしてリン
グ状試験片を作成し、この試験片を用いて実施例１と全
く同様にして潤滑油中または無潤滑の条件での動摩擦係
数、摩耗量、相手材損傷度合いを調べ、この結果を表４
に示した。

【００３８】

【表３】

【００３９】

【表４】

【００４０】表２および表４の結果からも明らかなよう
に、所定の材料を採用したがそれらの配合割合が不適当
である比較例１〜３では、成形できないか、または耐摩
耗性が劣る結果であった。

【００４１】所定の炭素繊維もしくは固体潤滑材または
これらを両方とも配合しなかった比較例４〜７では、動
摩擦係数、摩耗量、相手材損傷度合いのいずれか一つ以
上に欠点を有していた。

【００４２】また、比較例８〜１３では、潤滑油中の試
験条件で相手材を攻撃しない場合もあるが、無潤滑の条
件では全て相手材を攻撃した。また、比表面積が５００
ｍ²／ｇではあるが、炭素繊維でない活性炭を配合した
比較例１４では耐摩耗性に関する補強効果に乏しかっ
た。

【００４３】これに対して、全ての条件を満足する実施
例は、潤滑油中の試験条件のみならず無潤滑の試験条件
でも、動摩擦係数、摩耗量、相手材損傷度合いの全てに
優れていた。

【００４４】したがって、このような潤滑性樹脂組成物
は、事務機器である電子式複写機、プリンターの熱定着
部のラジアル軸受、断熱スリーブ、自動車、自動二輪
車、建設用重機械類のエンジン周辺の軸受、または湿式
摩擦材に適用できるものとなる。また、冷媒ガス、オイ
ル、空気をシールする摺動シール材としても適用できる
ものであるといえる。

【００４５】

【効果】この発明は、以上説明したように、固体潤滑
剤、および表面が活性化された所定の比表面積を有する
炭素繊維をそれぞれ所定量添加した潤滑性樹脂組成物と
したので、アルミニウム合金などの軟質金属を相手とす
る摺動条件においても、自他共に損傷がないように使用
でき、特に潤滑油の存在しない摺動条件においても、耐
摩耗性および非攻撃性を充分に発揮できるものとなる利
点がある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０８Ｌ 33/18 ＬＪＫ 71/10 ＬＱＪＬＱＫ 77/00 ＫＬＣ 79/08 ＬＲＢ 81/02 ＬＲＧ 101/00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】合成樹脂６０〜９５容量％と比表面積が
５００ｍ²／ｇ以上の炭素繊維４０〜５容量％からなる
繊維強化樹脂１００容量部に対して、固体潤滑剤５〜４
０容量部を添加してなる潤滑性樹脂組成物。
【請求項２】前記合成樹脂がポリフェニレンサルファ
イド、ポリエーテルニトリル、ポリエーテルケトン、ポ
リアミド、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、
テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、テトラフ
ルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル
共重合体およびテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオ
ロプロピレン共重合体からなる群から選ばれる一種以上
の樹脂である請求項１記載の潤滑性樹脂組成物。
【請求項３】前記固体潤滑剤がポリテトラフルオロエ
チレン、二硫化モリブデンおよび黒鉛からなる群から選
ばれる一種以上の固体潤滑剤である請求項１記載の潤滑
性樹脂組成物。
【請求項４】請求項１、２または３に記載の潤滑性樹
脂組成物を成形してなる滑り軸受。
【請求項５】請求項１、２、３または４に記載の潤滑
性樹脂組成物を成形してなる摺動シール材。