JPH08217941A

JPH08217941A - 摺動部材

Info

Publication number: JPH08217941A
Application number: JP2514595A
Authority: JP
Inventors: Isamu Kobayashi; 勇小林; Onori Fujita; 大典藤田
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1995-02-14
Filing date: 1995-02-14
Publication date: 1996-08-27

Abstract

(57)【要約】【目的】ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹
脂を主成分とする摺動部材の摺動特性を改良する。【構成】ポリテトラフルオロエチレン樹脂に、フィラ
ー材として薄片状二酸化チタン粒子を配合する。粒子サ
イズは、平均の大きさ（粒子の面方向の最大差しわたし
径（長さ）と最短差しわたし径（幅）の和を２で除した
値）が１〜１００μｍで、厚さが０．０１〜２μｍ、ア
スペクト比（長さ／厚さ）が３０以上のものが好適であ
る。配合量は約２〜４０重量％が適当である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ポリテトラフルオロエ
チレン樹脂組成物からなる摺動部材の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポリテトラフルオロエチレン樹脂（四ふ
っ化エチレン樹脂、以下「ＰＴＦＥ樹脂」) は、耐熱
性，耐候性，耐寒性，耐薬品性等と共に、摺動特性に優
れたエンジニアリングプラスチックであり、各種の摺動
部品材料（例えば、ドライベアリング，ブッシュ，ボー
ルシート，ピストンリング，スライデイングパッド，リ
ングシール，リップシール等）として広く使用されてい
る。また、その摺動特性の改善のために、ＰＴＦＥ樹脂
に、フィラーとして、アスベスト繊維，ガラス繊維，炭
素繊維，金属繊維・粉末，有機耐熱繊維，チタン酸カリ
ウム繊維等を配合した樹脂組成物に関する提案が数多く
なされている（特開昭55-18430号, 特開昭55-50052号,
特開昭58-167696 号, 特開昭59-54644号, 特開昭60-250
054 号, 特開昭60-23625号，特開昭62-146944 号等) 。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ＰＴＦＥ樹脂のフィラ
ーには上記のように各種の材種が使用されているが、ア
スベスト繊維は、発がん性等の健康上の問題からその使
用が抑制されつつあり、ガラス繊維は極めて硬質のた
め、その摺動部材は、相手材を損傷し易いことが、実用
上の妨げとなっている。炭素繊維や金属の繊維・粉末を
配合した摺動部材では、絶縁性を要求される用途への適
用に制限がある。有機耐熱繊維の場合は、チョップドス
トランドとして供給されるので、これを樹脂に均一に配
合するには、押出機や射出成形機等による混練工程を採
用せざるを得ない。チタン酸カリウム繊維を使用した摺
動部材では、繊維中のカリウムイオンの侵出による樹脂
の変質を生じる問題がある。また、近時は摺動部材料の
用途・使用態様の拡大・多様化、およびドライベアリン
グ等に見られる摺動条件の苛酷化（高速度・高面圧化
等）が進んでいる。本発明は、従来のフィラー材を用い
た摺動部材に付随する上記の制約や欠点を解消し、かつ
近時の過酷化する使用環境に耐え得る改良された摺動部
材を提供しようとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の摺動部材は、ポ
リテトラフルオロエチレン樹脂にフィラーが配合された
樹脂組成物を成形してなる摺動部材において、フィラー
として、薄片状二酸化チタン粒子が配合されていること
を特徴としている。

【０００５】

【作用】ＰＴＦＥ樹脂中に配合される薄片状二酸化チタ
ン粒子（ＴｉＯ₂）は、樹脂中への分散性が極めて良好
であると共に、その薄片状形状効果として、樹脂中で多
層配向し、摺動部材の摩耗抵抗性を大きく高め、かつ強
度，剛性等の改善に奏効する。更に、樹脂中の薄片状二
酸化チタン粒子は、摺動面の昇・降温に伴う内部応力を
吸収緩和し、摺動部材の表面の剥離・亀裂の損傷を抑制
防止する。ＰＴＦＥ樹脂の特性である低摩擦係数等は薄
片状二酸化チタン粒子の配合で損なわれることなく、良
好な摺動特性が維持される。更に、薄片状二酸化チタン
粒子は、アスベスト繊維に指摘されているような健康上
の有害性はなく、ガラス繊維のように相手材を著しく傷
つけることもない。また、導電性の炭素繊維や金属繊維
・粉末等を使用する場合に比べて、絶縁用途への適用範
囲が拡大される。粒子形態を有しているので、樹脂組成
物の調製は、有機繊維（チョップドストランド）と異な
って、押出機等による混練工程の他に、ミキサー等で粉
末混合物として調製する工程を採用することもできる。
むろん、チタン酸カリウム繊維の場合と異なり、カリウ
ムに起因する樹脂の変質の懸念も解消される。

【０００６】本発明の摺動部材を構成する樹脂組成物中
の薄片状二酸化チタン粒子は、そのサイズが、大き過ぎ
ると、樹脂中の均一分散性が低下し、他方微細過ぎる粒
子では、薄片の形態的特徴に基づく補強効果（摩耗抵抗
性や強度，剛性等の向上効果）が弱められる。また、そ
の肉厚については、薄過ぎると、樹脂への混合工程で薄
片形状が破損し易く、逆に厚過ぎる場合は、摺動部材表
面の平滑性が損なわる。これらの点から、薄片状二酸化
チタン粒子は、その平均の大きさが、１〜１００μｍ
で、厚さが０．０１〜２μｍ、アスペクト比が３０以上
のものが好適である〔ここに、「平均の大きさ」とは、
薄片状粒子の面方向の最大差しわたし径（長さ）と最短
差しわたし径（幅）の和を２で除した値、アスペクト比
は「長さ／厚さ」の比を意味している〕。

【０００７】ＰＴＦＥ樹脂中の薄片状二酸化チタン粒子
の配合割合は、その配合効果を十分に発現させるため
に、約２重量％以上とするのがよい。しかし、過剰量の
配合は、均一な混合・分散を困難とするほか、ＰＴＦＥ
樹脂の結合強度の低下をきたし、また摺動部材の製造工
程における、亀裂・割れ等の発生傾向を助長する。この
ため、約４０重量％を上限とするのが適当である。

【０００８】なお、二酸化チタンには、周知のようにル
チル型とアナターゼ型とがあり、温度約９００℃を越え
る温度域ではアナターゼ型からルチル型の相変化を生起
し、高温安定性の点ではルチル型が有利であるが、アナ
ターゼ型も、約９００℃までは安定であるので、ＰＴＦ
Ｅ樹脂の補強材としての機能は十分に確保される。従っ
て、本発明に使用される薄片状二酸化チタン粒子は、ア
ナターゼ型またはルチル型、あるいは両者の混相体のい
ずれであってもよい。

【０００９】本発明の摺動部材の成形原料である樹脂組
成物は、フィラー材として薄片状二酸化チタン粒子が使
用される点を除いて従来のものと異ならない。薄片状二
酸化チタン粒子は、樹脂への配合に先立って、分散性や
樹脂との結着性の改善のために、シラン系カップリング
剤（アミノシラン，ビニルシラン，エポキシシラン，メ
タアクリロキシラン，メルカプトキシラン等）、または
チタネート系カップリング剤（イソプロピルトリイソス
テアロイルチタネート，ジ（ジオクチルパイロホスフェ
ート）エチレンチタネート等）によるカップリング処理
が必要に応じて施される。また、薄片状二酸化チタン粒
子と共に、必要に応じ適宜の添加剤（例えば、黒鉛，酸
化鉛等の固体潤滑剤）が適量（例えば、２〜１０重量
％）配合される。樹脂組成物の調製は、例えば二軸押出
機にＰＴＦＥ樹脂を投入し、溶融した樹脂中に薄片状二
酸化チタン（および必要に応じて配合される潤滑剤等の
添加剤）を加えて混練し、押出し，水冷，カッティング
によりベレットとして製造する方法、あるいはＰＴＦＥ
樹脂の粉末に、薄片状二酸化チタン、その他の添加剤を
加え、ミキサー等で均一な粉末混合物として調製する方
法等を適用することができる。

【００１０】樹脂組成物を原料とする摺動部材の製造も
常法に従って、射出成形，押出成形等により行うことが
でき、また粉末混合物として調製された樹脂組成物の場
合は、金型等を使用して加圧成形し、ついで加熱下に焼
結する工程を採用することもできる。後者の場合におい
ては、金型に充填した樹脂組成物を、室温下に適当な加
圧力、例えば１０〜３０ＭＰａ（約１００〜３００Kg/c
m ²）で圧縮成形したのち、その成形体を型から取り出
し、焼結炉中で温度約３５０〜４００℃に適当時間（例
えば１〜４Ｈｒ）保持する熱処理を経て、焼成品として
摺動部材が得られる。その焼成品に、金型等による圧縮
成形加工（例えば、約２０〜５０ＭＰａ，２〜１０分
間）を施す場合は、高緻密化の効果として、耐摩耗性、
強度・剛性をより高いものとすることができる。

【００１１】

【実施例】

〔１〕樹脂組成物の調製および摺動部材の製造ＰＴＦＥ樹脂の粉末に、フィラーを配合しミキサーで均
一に混合して樹脂組成物を調製する。これを金型に充填
し、室温下、加圧力24.5ＭＰａ（250Kg/cm²）で圧縮成
形した後、焼成炉中に装入する。温度３８０℃で焼成処
理を達成（保持時間90min ）した後、炉中から取り出
し、直ちに金型に入れ、24.5ＭＰａ(250Kgf/cm²）の加
圧を加え、冷却する。これに機械加工を加えて試験片を
得る。表１に供試材の成分構成を示す。No. １および２
は、薄片形状の二酸化チタン粒子をフィラーとして配合
した発明例であり、No. ３は針状の二酸化チタン粒子を
配合した比較例、No. ４はフィラー無配合の例である。ＰＴＦＥ樹脂：ダイキン工業（株）製「ポリフロンTFE
モールデイングパウダーM-15」。薄片状二酸化チタン粒子：平均の大きさ２５μｍ〔長さ
（平均）40μｍ, 幅(平均)10 μｍ〕、厚さ( 平均)0.5
μｍ, アスペクト比：80。針状二酸化チタン粒子：直径０．２〜０．５μｍ、長さ
１０〜２０μｍ。

【００１２】

【表１】

【００１３】〔２〕摺動特性試験ピン・オン・ディスク摩擦摩耗試験により、摩擦係数μ
および比摩耗率（mm³/N・m ）を測定。試験片サイズ：φ8 mm×20mm 相手材：S45C炭素鋼（表面粗さ１．６Ｓ）摩擦速度：0.5 ｍ／秒摩擦距離：4000ｍ摺動面圧：１〜５ＭＰａ

【００１４】摩擦摩耗試験結果を、図１および図２（図
１：比摩耗率、図２：摩擦係数）に示す。各図中の符号
は供試材Noを示している。図１（図中，左上の枠内は比
較材 No.４）に示したように、ＰＴＦＥ樹脂に薄片状二
酸化チタン粒子を配合した発明例 No.１および No.２
は、ＰＴＦＥ樹脂単体材である No.４に比べて、著しく
摩耗抵抗性が高く、その耐摩耗性は面圧が高くなっても
安定に保持されている。針状の二酸化チタン粒子を添加
した供試材 No.３も、ＰＴＦＥ樹脂単体材 No.４に比べ
て高い耐摩耗性を有してはいるが、面圧の増加と共にそ
の摩耗抵抗性は急激に低下し安定性に欠けている。ま
た、図２に示したように、発明例 No.１および２は、Ｐ
ＴＦＥ樹脂単体材である No.４と同等の低摩擦係数を有
し、しかもその低摩擦係数は低面圧から高面圧の範囲に
亘つて安定である。

【００１５】

【発明の効果】本発明の摺動部材は、ＰＴＦＥ樹脂が有
する低摩擦係数等と、薄片状二酸化チタン粒子の配合効
果による高度の摩耗抵抗性とを有しているので、摺動条
件の過酷化に対する部材の耐久性の改善に有効であり、
ドライベアリング等における高速・高面圧の使用環境に
おいてもスムースな回転運動が得られる等の効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】比摩耗率−面圧の測定結果を示すグラフであ
る。

【図２】摩擦係数−面圧の測定結果を示すグラフであ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポリテトラフルオロエチレン樹脂にフィ
ラーが配合された樹脂組成物を成形してなる摺動部材に
おいて、フィラーとして、薄片状二酸化チタン粒子が配合されて
いることを特徴とする耐摩耗性にすぐれた摺動部材。