JPH11246681A - 減摩材 - Google Patents

減摩材

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JPH11246681A
JPH11246681A JP10318930A JP31893098A JPH11246681A JP H11246681 A JPH11246681 A JP H11246681A JP 10318930 A JP10318930 A JP 10318930A JP 31893098 A JP31893098 A JP 31893098A JP H11246681 A JPH11246681 A JP H11246681A
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carbon
binder
phosphate
filler
synthetic resin
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Wolfgang Vesper
フェスパー ウォルフガング
Ulrich Wislsperger
ウィスルシュペルガー ウルリッヒ
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SGL Carbon SE
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 炭素充填材を含み合成樹脂と結合された減摩
材の滑り及び摩耗特性を改良する。 【解決手段】 少なくとも１つの炭素充填材と合成樹脂
製の結合剤マトリックスとから構成され、結合剤マトリ
ックスに微細に粉末化されたリン酸塩を含有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも１つの
炭素充填材と合成樹脂結合材によって構成される減摩材
に関する。
【０００２】
【従来の技術】減摩材は、少なくとも二つの機械部分又
は装置部分がある接触圧力をかけて接触し、相対的に運
動する状態において、摩擦抵抗をできるだけ小さくする
という技術上の課題を持つ多くの場所で使用される。か
かる運動においては、摩擦面に発生する摩耗とそこに生
じる摩擦熱は最低限でなければならない。この種の実用
例としては、ポンプや圧縮機のしゃ断弁又はロータリ
弁、スライドベアリング、スライドリングパッキン、又
は電流を流すためのブラシやスライダがある。相対的な
運動を行う部分の潤滑が十分に保証される場所において
は、接触慴動部分の適切な材料の選択については問題は
ない。しかし、機械の始動又は停止の際のように、十分
な潤滑が時間的に制限されて不足するか、又は完全に潤
滑なしに運転を余儀なくされて乾式運転が行われる運転
事態が頻発する。
【０００３】このような実用例の場合は、例えばグラフ
ァイトや硫化モリブデンのようなそれ自体が潤滑性を有
する物質を含有する減摩材が使用される。勿論この「乾
式潤滑材」の大部分が潤滑性を満足すべき程度に達成で
きるのは、例えば周囲大気の湿度によってもたらされる
薄い水膜が生じる場合に限られる。極めて乾燥した大気
中や、強度に乾燥した媒体中、真空内、超高所、又は高
温下での作動のようにこの条件が得られない場合には、
上記の自己潤滑性を有する材料は必要条件を満たさず、
別の対策が必要となる。
【０００４】従来技術から、このような場合には、多孔
質の減摩材をフェノール樹脂やフラン樹脂、ポリエチレ
ン、ポリエステル、ポリアクリル酸樹脂、過フッ化又は
部分フッ化有機ポリマーのような合成樹脂、又は塩やガ
ラスのような無機化合物で含浸させる方法が公知である
（例えばRobert Paxton 著「Manufactured Carbon: ASe
lf-Lubricating Material for Mechanical Devices
」、 CRC Press Inc., Florida 1979 参照）。無機化
合物については、主としてリン酸塩やホウ素化合物が使
用される。減摩材又はその前駆物質をたいてい塩化又は
酸化物質で含浸させる場合は、溶液を使用するか、又は
適当に耐熱性のある結合剤マトリックスが存在する場合
は、溶融材料を使って単純な浸漬法又は真空／加圧法を
使用して行う。含浸に際しては、含浸された物質を乾燥
させ、又は加熱処理ガラス構造にするためにさらに熱処
理を加える場合も多い。しかし、乾式潤滑材としての作
用に優れた塩化又は酸化の乾式潤滑材の吸湿特性は、別
の観点からは障害となる。乾式潤滑材は一方では確かに
潤滑用の湿度貯留作用を果たすが、他方では通常の湿度
を有する大気中で十分に湿度を吸収しており、その結果
水分を多量に放出し、減摩材の気孔からその一部が流出
して作動面に障害を生じたり、又は減摩材の多孔質組織
に機械的な圧力を生じたりする。これらの問題は、塩化
又は酸化の物質を乾燥又は加熱処理した後に生じた残存
する気孔に合成樹脂を充填し、又はその気孔を同様に合
成樹脂と無機化合物の混成物で充填することによって解
決できる。例えばドイツ連邦共和国特許出願公告第 965
670号明細書によれば、自己潤滑性の炭素ベアリングと
しての使用に適した炭素で構成される物体をホウ酸又は
ホウ酸塩の水溶液で含浸し、引き続き乾燥処理を行った
後で、加熱処理によって固く耐熱性のある樹脂を生じる
物質、特にフラン樹脂を含浸する方法が公知である。他
の変形方法としては、適当なホウ素化合物を合成樹脂と
混合し、含浸工程で多孔質組織に直接注入する方法があ
る。
【０００５】米国特許第909, 452号明細書によれば、電
動機の接触ブラシに使用する多孔質の炭素物体の多孔質
組織を、ピロリン酸ナトリウムで部分的に充填し、その
後ポリエステル樹脂で完全な充填を行う。米国特許第
4, 119, 572号明細書によれば、同様の目的のために、
電気ブラシ用の炭素／グラファイト材料を、先ず多孔質
組織内にリン酸塩類、特にリン酸亜鉛およびマンガンを
生成させる溶液中に含浸し、その後上記の手法で得られ
たリン酸塩をフィルムを形成する樹脂で封入する方法が
公知となっている。ヨーロッパ特許出願公開第0 471 32
9 号明細書では、電気グラファイト体をロータリポンプ
や圧縮機のロータリ弁やしゃ断弁に使用したり、又は極
度に乾燥した運転条件下でのスライドリングとして使用
するのに適したものにするために、リン酸亜鉛又はリン
酸アルミニウムを含浸し、次いで液状の加熱硬化性ポリ
マーを含浸する方法が使用されている。
【０００６】上記のすべての方法においては、先ず、有
利には炭素だけで構成される多孔質の基体を作成し、次
いで含浸プラス乾燥又は加熱処理、及び多くの場合は更
に合成樹脂の含浸、合成樹脂の硬化処理などの、複数の
続くプロセスを行って有用な減摩材に加工する。これら
の減摩材の欠点は、その製作費が高価であること、すべ
り特性を向上させる添加物がそれぞれの初期材又は基礎
材の多孔質内にだけ存在し、孔間に所謂すべり材の断続
性を生じるという事実である。しゃ断弁又はロータリ弁
としての使用に関しては、さらにこれらのもろいセラミ
ック部材を破壊させるという比較的大きい欠点がある。
【０００７】これらの欠点を考慮して、より安価に製作
できる脆性の低い減摩材の開発が試みられている。その
成果として、基本的に安価に製作可能で脆性が著しく低
い、炭素又はグラファイトで充填され合成樹脂と結合し
た減摩材があるが、これらは運転特性と摩耗特性に関し
てはセラミック製の減摩材に劣っている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、少な
くとも一つの炭素充填材を含み、合成樹脂結合された減
摩材体の滑り及び摩耗特性を改良すること、およびその
改良された減摩材体を従来の減摩材体と同様の安価な費
用で製作できる方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明によれば、少なくとも１つの炭素充填材と樹
脂結合剤とから構成され、リン酸塩を含有し、最大40重
量％の合成樹脂成分を有する。
【００１０】また本発明の方法によれば、炭素で構成さ
れる少なくとも１つの充填材と、少なくとも１つの金属
リン酸塩を粒状又は粉末状の形で、所定の処方に基づい
て結合剤を添加せず、成分が均等化されるまで混合し、
その後乾燥混合物を合成樹脂結合剤と混合し、次いで得
られた混合物を圧縮プロセスにより温度を高めた状態で
成形物に加工する。
【００１１】本発明による、少なくとも一つの炭素充填
物と合成樹脂結合剤によって構成される減摩材はリン酸
塩を含有することを特徴とする。望ましい実施形態によ
れば、含有されたリン酸塩が、細かい乃至微細な粒子の
形の充填材と同様に、炭素で構成される他の充填材と共
に、ならびに場合によってはリン酸塩を含まずかつ炭素
で構成されていないその他の減摩材の充填材と共に、減
摩材全体に均一に分布され、またその他の充填材と同様
に結合剤マトリックス中に結合している。
【００１２】かかる物体の製造方法の１つは、炭素で構
成される少なくとも１つの充填材と、少なくとも１つの
金属リン酸塩、及び場合によってはリン酸塩を含まず、
作動特性に影響し、かつ炭素で構成されていないその他
のリン酸塩を、結合剤を添加せず、所定の処方に従って
組成が均一になるまで混合し、その後乾燥した混成物を
合成樹脂結合剤と混合し、さらにそこで得られた混成物
を成形物に加工することを特徴とする。
【００１３】本発明に係わる物体を製造する他の方法
は、炭素で構成される少なくとも１つの充填材と、少な
くとも１つの金属リン酸塩、及び場合によってはリン酸
塩を含まず、作動特性に影響し、かつ炭素で構成されて
いないその他の充填材、および合成樹脂で作られた結合
剤を、所定の処方に従って組成の分布が均一になるまで
混合し、その後そこで得られた混成物を成形装置を使用
して成形物に加工することを特徴とする。
【００１４】本発明に係わる使用に対しては、微細な粉
末状に作ることが可能か又は機械的な工程で粉末状化が
可能な金属リン酸塩が適している。平均的な粒子の大き
さd 50% が200 μm 乃至微粉状のものが使用できる。減
摩補助材であるリン酸塩が減摩材内にできるだけ均一に
分布するという要求項目は, 当然のこととして適切に微
細な粉末によって充足される。従って粒子の大きさの範
囲がｄ50% = 30μm 、ｄ90% = 100 μm 、およびｄ50%
= 5 μm 、ｄ90% = 15μm のものが優れており、特にｄ
50% = 7 μm 、ｄ90% = 30μm のものが使用される。
【００１５】多数のリン酸の塩の中で、少なくとも300
℃までは熱的に安定しており、結晶水を含まないリン酸
塩が本発明による直接の添加材として適切である。これ
には例えば K3PO4又は AlPO4のような三価オルトリン酸
塩や、例えばNa4P207 又はMn 2P2O7 のような二リン酸の
四価の塩、環状又は鎖状のポリリン酸塩及びウルトラリ
ン酸塩が該当する。しかしすべての水素リン酸塩、又は
加熱の際上記の熱的に安定したグループのリン酸塩 (無
水のオルトリン酸塩乃至ウルトラリン酸塩) に変化する
結晶水を含んだリン酸塩も使用できる。本発明の変形に
よれば、使用される熱的に不安定なリン酸塩が熱的に安
定したリン酸塩に変換する高温条件下で、炭素充填材を
この種の水素リン酸塩又は結晶水を含んだリン酸塩と混
合することができる。このような操作を行えば、例えば
二価リン酸塩 (HPO4)2- は水を遊離させることによって
二リン酸塩又はピロリン酸塩 (P2O7)4- に変換する。
【００１６】このようにして得られた乾燥混成物は、場
合によっては湿度を遮断した状態で冷却を行った後で、
結合樹脂及び場合によってはその他の添加物と混合し、
次いでその混成物を減摩材に成形することができる。リ
ン酸塩の代わりに２つ又はそれ以上のリン酸塩の混成物
を使用することもできる。実際には例えば Na4P2O7及び
特に好ましくはピロリン酸亜鉛 Zn2P2O7のような二リン
酸又はピロリン酸の塩が使用されるのがよい。
【００１７】充填材、結合剤およびリン酸塩で構成され
る混成物における熱的に安定したリン酸塩の含有量は１
〜２５重量％の範囲内、望ましくは３〜９重量％の範囲
内、特に５〜８重量％の範囲内であることが望ましい。
【００１８】減摩材は、炭素充填材として以下の材料の
中少なくとも一つを含んでいる。すなわち例えば電気グ
ラファイト、ロンザグラファイト、キッシュグラファイ
ト、のような合成されたグラファイト、天然グラファイ
トおよび石油コークス、コールタールピッチコークス、
カーボンブラックコークスがそれであり、この中最後の
三物質は黒鉛化した形で使用されることが望ましい。上
記の炭素充填材は、黒鉛を含有したものや黒鉛化されな
いものを含めて、単独で又は混合して使用することがで
きる。これらの共通の特徴は微粒子状乃至塵状であるこ
と、すなわち最大の粒子大きさが３mmを超えないことで
ある。しかし個々の処方における粒子の割合は異なり、
特定の目的に適合した細かさと粒子分布を有することが
できる。
【００１９】上記の炭素充填材の１つ又は炭素充填材混
成物の１つに加えて、さらに減摩材には専門家には周知
の、例えば二酸化ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウ
ム、タルク、酸化マグネシウムなどの減摩材の作動特性
に影響する充填材を添加することができる。これらの物
質は、それ自体がある程度の滑動能力を持っているか、
又はわずかな研摩性を有し、減摩材の作動に際して、相
互に慴動する材料の摩滅や、場合によっては周囲大気か
ら招来した物質との作用によって生成した望ましからざ
る皮膜の滑り面の清浄に役立つ。
【００２０】減摩材では、リン酸塩や炭素充填材および
炭素で構成されていない充填材などのすべての充填材は
その表面が樹脂結合剤で覆われており、その結合剤は減
摩材内の粒子の間隙を実質的に無孔状態に充填するマト
リックスをも構成する。従って本発明に係わる減摩材の
最大適用温度は、使用された樹脂の適用限界温度の上限
によって決定される。結合剤としては特に、例えばフェ
ノール、フラン、エポキシ、ポリエステル、シアン酸塩
エステルなどの樹脂、又は場合によってはある滑り作用
を有するガラス遷移温度が高い熱可塑性プラスチック
(ポリイミド、PVDFなどのフッ化ポリマー、ポリフェニ
レンサルファイド) が使用される。通常の運転条件下で
の減摩材の適用については、その価格／性能比率が良好
なので現在では特にフェノール又はフラン樹脂が使用さ
れる。特に優れているのはノボラック型のフェノール樹
脂で、これを硬化させるためにホルムアルデヒドを分離
する物質、例えばヘキサエチレンテトラミンが添加され
る。結合剤として天然樹脂又は改質された天然樹脂を使
用することは可能であるが、合成樹脂の方が各要求事項
によりよく適合が可能であり、それ故主に使用される。
減摩材中のマトリックス樹脂乃至結合樹脂の割合は10〜
60重量％の範囲内であり、特に30〜40重量％の範囲内が
望ましい。
【００２１】本発明に係わる減摩材の製造に関しては、
乾燥材料を結合剤と混合し、混合した材料から主として
粉砕と分粒によって顆粒状又は粒状の成形に適した材料
を製造し、キャビティモールド機又は静水圧モールド機
を使用してホットプレスによって成形し、押し出し成形
法、例えばトランスファーモールド、又はインジェクシ
ョンモールドによって成形し、必要に応じて結合剤を完
全に硬化させるために得られた成形体の熱処理をする。
【００２２】この一般的な手順の実施については主とし
て二つの基本的な方法がある。
【００２３】第一の方法で行う場合は、所定の処方に従
って、炭素で構成される少なくとも１つの充填材、場合
によっては炭素で構成されていない少なくとも１つの充
填材、および少なくとも１つの金属リン酸塩を一緒に、
結合剤を添加せずに、成分が均一に配分されるまで混合
し、その後乾燥部材を合成樹脂結合剤と混合し、次いで
かくして得られた混成物を前述又は後述の手順に従って
成形体に加工する。
【００２４】第二の方法で行う場合は、所定の処方に従
って、炭素で構成される少なくとも１つの充填材、場合
によっては炭素で構成されていない少なくとも１つの充
填材、および少なくとも１つの金属リン酸塩、さらに合
成樹脂製の結合剤を一緒に、成分が均一に配分されるま
で攪拌し、かくして得られた混成物を前述又は後述の手
順に従って、成形装置を利用して成形体に加工する。
【００２５】減摩材の製造方法においては、上記の減摩
材の組成の説明で記述した材料が、混成物を構成するた
めの成分、すなわち炭素で構成される充填材、場合によ
っては添加される炭素で構成されていない充填材、金属
リン酸塩およびそれぞれの樹脂結合剤として、その都度
の処方の指示に従い、その都度の使用条件に適合して使
用される。
【００２６】方法の実施に際しては、粉末状、又はペー
スト状、液状、溶液状、又はスラリーの形の結合樹脂を
固体成分に添加し、さらに固体成分と共に加工すること
ができる。結合樹脂は室温の他に、又はその都度使用さ
れる樹脂又はその都度使用される樹脂混成物の溶解範囲
又はガラス遷移温度以上の温度でも乾燥成分と混合する
ことができる。
【００２７】本発明に係わる減摩材の製造に関する望ま
しい方法例について以下に説明する。
【００２８】望ましい第一の方法では、プロセスの第一
段階で、乾燥成分、すなわち炭素充填材、場合によって
は炭素で構成されていない充填材、リン酸塩充填材、お
よび粉末状の結合樹脂を混合機で、成分が均一に配分さ
れるまで混合する。その後その混成物を高い練り混ぜ効
果を有する、例えばローラーミキサーやカレンダー混合
機のような加熱された混合装置で、結合樹脂の軟化範囲
以上の温度で混合し、結合樹脂を溶解させる。この高温
の混成物をストリップ状又はシート状にして取り出さ
れ、冷却後砕かれ、粉にされる。この最後の工程は、例
えばピンミル又はのこぎり状ディスクミルで行うことが
できる。ミル装置は、粉砕、次いでふるい分けによる選
別に際して、粉砕されふるい分けされた物体が以下の組
成になるように制御することが望ましい。すなわち40〜
60％は１から２mm、30％までは２mmより大、30％までは
600 μm 〜１mmである。600 μm 又はそれ以下の微粉部
分はふるい分けの際に分離され、再度練り混ぜ工程に戻
される。この粉砕物はインジェクションモールド又はト
ランスファーモールドによって加圧され成形される。か
くして得られた成形物はさらに、結合剤の架橋を行うた
めに160 ℃〜250 ℃の温度で熱処理され、本発明に係わ
る減摩材、又は機械的な加工によって減摩材を作ること
のできるその先駆物質が得るれる。
【００２９】粉砕処理工程によって得られた粉末物は、
別の方法によれば粉砕によってさらに粉度 d50% が約40
μm になるまで細かくされるか、又は粉砕の後で分粒を
行うことによってこの粒度を得ることができる。その後
この粉体は耐熱性の鋳型を有するキャビティモールド機
又はホットプレスに適用できる静水圧モールド機を使用
して、樹脂結合剤が先ず溶解し、次いで硬化するような
温度プログラムに従って成形材に加圧加工される。この
場合160 ℃〜200 ℃の温度で処理するのが適している。
必要な場合は上記の成形材は鋳型から取り出した後で、
結合樹脂を完全に硬化させるために更に熱処理を行わな
ければならない。
【００３０】望ましい第二の方法では、処方に従って混
合機に共に投入した出発材料、すなわち炭素充填材、場
合によっては炭素で構成されていない補助充填材、リン
酸塩および結合樹脂が、その場合に存在する成分全体に
ついて樹脂結合剤を溶解し得る溶剤の５〜20重量％添加
される。フェノール樹脂を使用する場合は、さらに約10
重量％のエタノールを使用するのがよい。その後この混
合物を先ず十分な均一性が得られるまで、場合によって
は若干の加熱を行いながら混合する。これによりすべて
の固形粒子の液体の近付き得る表面は結合樹脂溶液の薄
膜で覆われる。その後混合物の温度を高めて混合を継続
すると、混合が終了し塊状乃至顆粒状の物体が生じるま
で溶剤は気化する。この物体は混合機から取り出した
後、必要に応じて粉砕を行った後で分粒する。粒子状の
部分、すなわち粒子が0.6mm 以上の部分はインジェクシ
ョンモールド機又はトランスファーモールド機で、残部
の微粒子部分はホットプレスで成形材に加工され、減摩
材が完成されるが、必要な場合には結合樹脂の架橋をす
るためにさらに熱処理を行わなければならない。
【００３１】望ましい第三の方法では、微細な粉末化し
た結合剤を含めてすべての混合成分を混合機に入れ、完
全に均一な混合状態が得られるまで乾燥状態で室温で混
合する。取り出した後、粉末体はインジェクションモー
ルドの鋳型、又はその他の適切なモールド装置に入れ、
室温で加圧して一次成形物を作る。その後この一次成形
物をインジェクションモールド機の加熱可能な型、又は
加熱したトランスファーモールド機の鋳型に移し、結合
樹脂が液状になる温度で加圧して成形体とする。その後
樹脂結合剤の完全な架橋を行うために得られた成形体を
130 ℃〜250 ℃の温度で後処理する。ただしホットプレ
スの際に成形体を十分な時間にわたって加熱モールド型
に放置できる場合は、この後熱処理工程は省略すること
ができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】本発明を実施例に基づきさらに詳
細に説明する。以下のすべての実施例において、ピロリ
ン酸亜鉛Zn2P207 （ドイツ国 55257 Budenheim市所在
の、ChemischeFabrik Bundenheim 社製）が添加された
リン酸塩であった。d50%= ７μm 、d99%= 32μm の粉度
で添加された。
【００３３】例１：58.5重量部、粒度d50%= 20μm の天
然グラファイト、6.5 重量部、粒度d50%= ７μm 、d99%
= 32μm のリン酸亜鉛、および結合剤として35重量部、
粒度d50%= 15μm のフェノールノボラック／ヘキサメチ
レンテトラミン混合物 (ヘキサメチレンテトラミン:11
重量 %) の合計15kgをチョッパー機能を有するプラウシ
ェアミキサー (製造会社 Ldige/Paderborn、FM 50 型 )
で烈しく混合した。この方法で均一化された乾燥物を室
温でキャビティモールド機を使用し、20MPa の圧力を加
え、鋳型 (製造会社 Bussmann 、HPK 60型) で、150 x
200 x 20 mm3の寸法の成形物に加圧成形した。上記の方
法で製作された成形物をモールド 型から取り出した
後、その外形寸法に相応したホットプレスの型に移し、
180 ℃の温度、圧力20MPa で25分間再度加圧した。この
工程で結合剤は溶解し、十分に硬化された。ホットプレ
スから取り出した後、成形物を焼鈍炉に移し、結合剤の
後硬化をするために180 ℃で72時間後処理を行った。成
形物を炉から取り出し冷却した後で、既知の機械加工法
で成形物からしゃ断弁又はその他の減摩材を製作した。
【００３４】例２：重量部33.75 、d50%= 18μm の黒鉛
化カーボンブラックコークス、33.75 重量部、d50% =14
μm の電気グラファイト、7.5 重量部、d50%= ７μm の
ピロリン酸亜鉛、および結合剤として、d50%約300 μm
のフェノールノボラックとヘキサメチレンテトラミンの
混合物 (ヘキサメチレンテトラミン含有量: 11重量％)
の合計15kgを、例１で記述したのと同様に、Ldige 社製
のプラウシェア高速ミキサーで均一に混合した。その
後、この均一化された乾燥混合物を Werner & Pfleider
er社製の加熱可能な練り混ぜ混合機 (ドラム容量８ l)
に移し、そこで 10 重量％のエタノールを添加し、40℃
で90分間練り混ぜを行った。次いで混合機から取り出し
た混成物を室温で12時間空気乾燥を行い、次いでハンマ
ーミルを使用してd50%= 40μm 、d99%=125μm の粒子サ
イズ分布に粉砕した。この方法で得られた混成物を、既
に例１で記述したのと同様に、先ずキャビティモールド
機 (Bussmann社製 HPK 60)を使用して寸法 150 x 200 x
20 mm2 の一次生成物に加圧加工し、次いでようにして
得られた一次生成物をさらに圧縮しかつ結合材樹脂を硬
化させるために、この一次生成物をホットプレス機を使
用してプレス圧 20MPa、180 ℃で25分間加圧した。この
成形物から機械加工により減摩材およびしゃ断弁を製作
した。
【００３５】例３：29.1重量部、粒度d50%= 18μm の黒
鉛化カーボンブラックコークス、29.1重量部、粒度d50%
= 25μm の電気グラファイト、1.1 重量部、粒度d50%=
10μm の酸化マグネシウム、 6.9 重量部、d50%= ７μ
m のピロリン酸亜鉛、および33.9重量部、d50%約300 μ
m のノボラック／ヘキサメチレンテトラミン混合物 (ヘ
キサメチレンテトラミン含有量: 11重量％) を、例１と
同様に、Ldige 社製の高速ミキサーを使用して室温で均
一に混合した。その後この混合物を、ドイツ国Hannover
市所在の Berstorff GmbH 社製の加熱したローラーミ
ルを使用して７分間プラスチック化を行った。この物体
の温度は当初80℃であり、工程の最終時点では130 ℃で
あった。その後のインジェクションモールドでの加工性
を調査するために、コップ状の挿入物を有するプレス型
を備えた試験装置で、このプラスチッ化された物体をDI
N 53465 の「コップテスト」に従って試験した。所謂コ
ップ固定時間は５乃至８秒であった。混合機から取り出
し圧延したストリップ状の物体を冷却した後、先ずこれ
を例えばローラー破砕機のような予備破砕機で粗く砕
き、次いで予備破砕機に後置したドイツ国のCondux社製
の歯車ミルを使用して微細に粉砕した。0.6mm 又はそれ
以下の粒子 ( 10 重量％以下) をふるい分けした後、粒
子の構成は以下のとおりであった。すなわち 27 重量％
は１mm又はそれ以下、 51 重量％は１乃至２mm、 22 重
量％は２mm又はそれ以上。良好な結果を得るためには粒
子構成は 10 乃至30重量％は１mm又はそれ以下、 40 乃
至60重量％は１乃至２mm、 10 乃至30重量％は２mm又は
それ以上でなければならない。ミル工程や選別時に発生
する0.6mm より小さい粒子部分は次回のプラスチック化
工程に再度添加された。その後ミルと選別工程を経た物
体をホモゲナイザー (Nauta 型) に移し、水を加えて湿
度1.5 重量％ (Mettler 法による:105℃で20分間の熱処
理後の重量損失の測定) に調整した。このようにして加
湿された粒子状の物体を、次いで Arburg Allrounder
型、270-210--500型のインジェクションモールド機を使
用して、インジェクション圧力 1300 bar 、モールド温
度（ノズル側）169 ℃、シリンダー温度 70 ℃の運転条
件下で加圧し、しゃ断弁や減摩材を製作する原材料を作
成した。
【００３６】上記の三種類の例１乃至３およびここで具
体的に示されていない処方によって作成された減摩材
を、最終的に三種類の多セル型圧縮機用のしゃ断弁に加
工し、表１乃至表３にそれぞれ記載された条件下で試験
を行った。表１、表２および表３には各種の品質の減摩
材の組成、それぞれの成形方法および試験結果が記載さ
れている。
【００３７】
【表１】
【００３８】
【表２】
【００３９】
【表３】
【００４０】表１乃至表３に記載された数値を比較する
と、合成樹脂結合された減摩材にリン酸亜鉛が含有され
ることは、すべての種類の損耗、ラジアル型、クレータ
ー型、アキシアル型損耗について有効な作用を及ぼすこ
とが明らかである。ラジアル損耗は、しゃ断弁の半径方
向外部にある前面が圧縮機の作動室の内部のシリンダー
ジャケット状の壁に対して慴動する場合に、この壁に対
して半径方向に作用するしゃ断弁の接触圧力の下で発生
する材料の消耗を意味する。ラジアル損耗はしゃ断弁の
深さを減少させる。しゃ断弁が軸上のガイドに十分に確
実に保持されている限りはその密閉性は影響されない。
クレーター損耗は、しゃ断弁の加圧された表面がしゃ断
弁を保持しガイドする窪みの中を往復慴動する場合に、
圧縮機の作動室内にエクセントリックに取り付けられた
軸に発生する摩耗である。クレーター損耗は厚みが減少
することによってしゃ断弁の弱体化を生じ、適時に交換
されない場合は破損に至る。アキシアル損耗について
は、この消耗がしゃ断弁の幅の狭い側面の両側が、圧縮
機の作動室のアキシャルに配置された限られた表面に沿
って慴動する場合に発生する。アキシアル損耗は個々の
セル間のリークを生じ、その結果圧縮機の能力低下を生
じる。
【００４１】ラジアル損耗に関する改善は若干の例 (表
１、No.２および表３、No.４) における顕著な改善以外
には僅かであり、また変動範囲内に止まっているが、他
の二種類の損耗、すなわちクレーター損耗とアキシャル
損耗における損耗値は、比較例に対して少なくとも半分
である。これは減摩材を運転状態に維持できる時間が著
しく長いことを意味する。この改善は、使用された炭素
充填材、添加された結合剤の添加量、その他の添加物、
適用された混合や処理の方法、ならびに成形方法のいづ
れにも関係なく達成される。しかし、驚くべきことに、
比較を目的として製作したモリブデン二サルファイド３
重量％を含有するしゃ断弁の品質は惨憺たる損耗特性を
示した。この事実は、本発明に関して言えば、慴動改良
材として知られている何らかの成分を添加することが良
い結果を生じるのではなく、極めて特定の成分の選択と
その極めて特定の適用方法が本発明に係わる改善を達成
するものであることを示す。
【００４２】しかし、リン酸塩の添加は減摩材の損耗特
性に有効に作用するのみならず、少なくともフェノール
樹脂結合剤を有する減摩材の場合は、耐温度性と高温条
件下における曲げ強度にも効果的である。このことは減
摩材の製造のみならず、それを高温下で使用する場合も
利点を発揮する（表４参照）。
【００４３】
【表４】
【００４４】表４から分かるように、リン酸塩を添加し
ない減摩材は200 ℃以上の温度では不安定である。損傷
の兆候としてガスが発生したり泡が形成される。リン酸
塩を添加して製造され、かつその結合剤が180 ℃だけの
温度下で完全に架橋が行われた減摩材は230 ℃でも熱的
に安定していたが、曲げ強度は同一の処方と同一の製造
工程で製造され、230 ℃で最終処理を行った減摩材より
若干小さかった。
【００４５】本発明による解決策は以下の利点を有す
る。 ・乾燥運転条件下での使用に関し、損耗特性が著しく改
善された減摩材が作成できる。 ・本発明に係わる減摩材は安価な方法で製造できる。イ
ンジェクションモールド又はトランスファーモールドに
よる成形も可能である。 ・本発明に係わる減摩材はリン酸塩を添加しない減摩材
よりも耐熱性が高い。高温にける曲げ強度が大である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ０９Ｋ 3/14 ５４０ Ｃ０９Ｋ 3/14 ５４０Ｆ // Ｆ１６Ｃ 33/20 Ｆ１６Ｃ 33/20 Ｚ

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１つの炭素充填材と樹脂結合
    剤とから構成され、リン酸塩を含有し、最大40重量％の
    合成樹脂成分を有することを特徴とする減摩材。
  2. 【請求項２】 少なくとも１つの炭素充填材と樹脂結合
    剤とから構成され、リン酸三カリウム (K3PO4)、リン酸
    アルミニウム (AlPO4)、ピロリン酸ナトリウム (Na4P2O
    7)およびピロリン酸亜鉛 (Zn2P2O7)の群から選ばれた１
    つのリン酸塩を含有することを特徴とする減摩材。
  3. 【請求項３】 減摩材がピロリン酸亜鉛を含有すること
    を特徴とする請求項２記載の減摩材。
  4. 【請求項４】 少なくとも１つの炭素充填材と樹脂結合
    剤とから構成され、環状又は鎖状のポリリン酸塩および
    ウルトラリン酸塩の群から選ばれた１つのリン酸塩を含
    有することを特徴とする減摩材。
  5. 【請求項５】 粉末状乃至微粉状の充填材のようなリン
    酸塩が、他の全部又は大部分が炭素で構成される減摩材
    の充填材と共に減摩材全体に均等に配分され、かつ結合
    剤マトリックス内に包含されていることを特徴とする請
    求項１乃至４のいずれか１つに記載の減摩材。
  6. 【請求項６】 減摩材がリン酸塩として二リン酸又はピ
    ロリン酸の塩を含有していることを特徴とする請求項１
    又は５のいずれか１つに記載の減摩材。
  7. 【請求項７】 減摩材が合成グラファイト、天然グラフ
    ァイト、黒鉛化又は非黒鉛化石油コークス、黒鉛化又は
    非黒鉛化コールタールピッチコークス、黒鉛化又は非黒
    鉛化カーボンブラックコークスの群から選ばれた炭素充
    填材を含有することを特徴とする請求項１乃至６のいず
    れか１つに記載の減摩材。
  8. 【請求項８】 減摩材が少なくとも1 つの炭素充填材に
    加え、酸化ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、タ
    ルク、酸化マグネシウムの群から選ばれた炭素以外の少
    なくとも1 つの充填材を含有することを特徴とする請求
    項１乃至７のいずれか１つに記載の減摩材。
  9. 【請求項９】 減摩材がフェノール樹脂、フラン樹脂、
    エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、シア
    ン酸エステル樹脂の群から選ばれた結合剤を含有するこ
    とを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１つに記載の
    減摩材。
  10. 【請求項１０】 炭素で構成される少なくとも１つの充
    填材と、少なくとも１つの金属リン酸塩を粒状又は粉末
    状の形で、所定の処方に基づいて結合剤を添加せず、成
    分が均等化されるまで混合し、その後乾燥混合物を合成
    樹脂結合剤と混合し、次いで得られた混合物を圧縮プロ
    セスにより温度を高めた状態で成形物に加工することを
    特徴とする少なくとも１つの炭素充填材と少なくとも１
    つの合成樹脂結合剤とから構成された減摩材の製造方
    法。
  11. 【請求項１１】 成分の混合に際して金属リン酸塩とし
    て二リン酸塩又はピロリン酸塩を添加することを特徴と
    する請求項１０記載の減摩材の製造方法。
  12. 【請求項１２】 成分の混合に際して金属リン酸塩とし
    てピロリン酸亜鉛を添加することを特徴とする請求項１
    １記載の減摩材の製造方法。
  13. 【請求項１３】 炭素で構成される少なくとも１つの充
    填材と、リン酸化水素又は結晶水を含む少なくとも１つ
    のリン酸塩を粒状又は粉末状の形で、所定の処方に基づ
    いて結合剤を添加せず、使用されたリン酸塩が熱的に安
    定したリン酸塩に変換する温度で、成分が均等化される
    まで混合し、その後乾燥混合物を合成樹脂結合剤と混合
    し、次いで得られた混合物を圧縮プロセスにより温度を
    高めた状態で成形物に加工することを特徴とする少なく
    とも１つの炭素充填材と少なくとも１つの合成樹脂結合
    剤とから構成された減摩材の製造方法。
  14. 【請求項１４】 粉末状の結合剤を添加することを特徴
    とする請求項１０乃至１３のいずれか１つに記載の減摩
    材の製造方法。
  15. 【請求項１５】 ペースト状、液状、溶液状、又はスラ
    リー状の結合剤を添加することを特徴とする請求項１０
    乃至１３のいずれか１つに記載の減摩材の製造方法。
  16. 【請求項１６】 結合剤と乾燥物との混合を結合剤とし
    て使用された合成樹脂の溶解範囲以上の温度で行うこと
    を特徴とする請求項１０乃至１５のいずれか１つに記載
    の減摩材の製造方法。
  17. 【請求項１７】 固形成分と樹脂結合剤の混合の後で得
    られる混合物を成形工程以前に粉砕し分粒することを特
    徴とする請求項１０乃至１６のいずれか１つに記載の減
    摩材の製造方法。
  18. 【請求項１８】 混合物を結合剤として使用された合成
    樹脂の軟化範囲乃至ガラス化温度より高く、分解温度よ
    り低い温度で、ホットプレスによって成形物に加工する
    ことを特徴とする請求項１０乃至１７のいずれか１つに
    記載の減摩材の製造方法。
  19. 【請求項１９】 混合物をインジェクションモールド又
    はトランスファーモールドによって成形物に加工するこ
    とを特徴とする請求項１０乃至１７のいずれか１つに記
    載の減摩材の製造方法。
  20. 【請求項２０】 乾燥混合物を製作する際の充填材とし
    て、炭素で構成される少なくとも１つの充填材、炭素で
    構成されていない少なくとも１つの充填材、および少な
    くとも１つのリン酸塩を使用することを特徴とする請求
    項１０乃至１９のいずれか１つに記載の減摩材の製造方
    法。
  21. 【請求項２１】 炭素で構成される少なくとも１つの充
    填材、少なくとも１つの金属リン酸塩を粒状又は粉末状
    の形で、および少なくとも１つの合成樹脂製の結合剤
    を、所定の処方に従って、合成樹脂成分を最大40重量％
    とし、成分が均等化されるまで互いに混合し、次いで得
    られた混合物を成形装置により温度を高めた状態で成形
    物に加工することを特徴とする少なくとも１つの炭素充
    填材と１つの合成樹脂結合剤とから構成された減摩材の
    製造方法。
  22. 【請求項２２】 炭素で構成される少なくとも１つの充
    填材、リン酸三カリウム (K3PO4)、リン酸アルミニウム
    (AlPO4)、ピロリン酸ナトリウム (Na4P2O7)およびピロ
    リン酸亜鉛 (Zn2P2O7)の群から選ばれた少なくとも１つ
    の金属リン酸塩を粒状又は粉末状の形で、および少なく
    とも１つの合成樹脂製の結合剤を、所定の処方に従っ
    て、成分が均等化されるまで混合し、次いで得られた混
    合物を成形装置により温度を高めた状態で成形物に加工
    することを特徴とする少なくとも１つの炭素充填材と合
    成樹脂結合剤とから構成された減摩材の製造方法。
  23. 【請求項２３】 成分の混合に際して金属リン酸塩とし
    てピロリン酸亜鉛を添加することを特徴とする請求項２
    ２記載の減摩材の製造方法。
  24. 【請求項２４】 炭素で構成される少なくとも１つの充
    填材、環状又は鎖状のポリリン酸塩およびウルトラリン
    酸塩の群から選ばれた少なくとも１つの金属リン酸塩を
    粒状又は粉末状の形で、および合成樹脂製の少なくとも
    １つの結合剤を、所定の処方に従って、成分が均等化さ
    れるまで混合し、次いで得られた混合物を成形装置によ
    り温度を高めた状態で成形物に加工することを特徴とす
    る少なくとも１つの炭素充填材と合成樹脂結合剤とから
    構成された減摩材の製造方法。
  25. 【請求項２５】 粉末状の結合剤を添加することを特徴
    とする請求項２１乃至２４のいずれか１つに記載の減摩
    材の製造方法。
  26. 【請求項２６】 液状の結合剤を添加することを特徴と
    する請求項２１乃至２４のいずれか１つに記載の減摩材
    の製造方法。
  27. 【請求項２７】 炭素で構成される少なくとも１つの充
    填材、少なくとも１つの金属リン酸塩を粒状又は粉末状
    の形で、および少なくとも１つのペースト状、溶液状、
    又はスラリー状の結合剤を、所定の処方に従って、成分
    が均等化されるまで混合し、次いで得られた混合物を成
    形装置により温度を高めた状態で成形物に加工すること
    を特徴とする少なくとも１つの炭素充填材と合成樹脂結
    合剤とから構成された減摩材の製造方法。
  28. 【請求項２８】 炭素で構成される少なくとも１つの充
    填材、少なくとも１つの金属リン酸塩を粒状又は粉末状
    の形で、および合成樹脂製の少なくとも１つの結合剤
    を、所定の処方に従って、結合剤として使用された合成
    樹脂の溶解範囲より高い温度で、成分が均等化されるま
    で混合し、次いで得られた混合物を成形装置により温度
    を高めた状態で成形物に加工することを特徴とする少な
    くとも１つの炭素充填材と合成樹脂結合剤とから構成さ
    れた減摩材の製造方法。
  29. 【請求項２９】 炭素で構成される少なくとも１つの充
    填材、リン酸化水素又は結晶水を含む少なくとも１つの
    リン酸塩を粒状又は粉末状の形で、および合成樹脂製の
    少なくとも１つの結合剤を、所定の処方に従って、使用
    されたリン酸塩が熱的に安定したリン酸塩に変換する温
    度で、成分が均等化されるまで混合し、次いで得られた
    混合物を成形装置により温度を高めた状態で成形物に加
    工することを特徴とする少なくとも１つの炭素充填材と
    合成樹脂結合剤とから構成された減摩材の製造方法。
  30. 【請求項３０】 固形成分と樹脂結合剤の混合の後で得
    られる混合物を、成形工程以前に粉砕し分粒することを
    特徴とする請求項２１乃至２９のいずれか１つに記載の
    減摩材の製造方法。
  31. 【請求項３１】 混合物を、結合剤として使用された合
    成樹脂の軟化範囲乃至ガラス化温度より高く、分解温度
    より低い温度で、ホットプレスによって成形物に加工す
    ることを特徴とする請求項２１乃至３０のいずれか１つ
    に記載の減摩材の製造方法。
  32. 【請求項３２】 炭素で構成される少なくとも１つの充
    填材、少なくとも１つの金属リン酸塩を粒状又は粉末状
    の形で、および合成樹脂製の少なくとも１つの結合剤
    を、所定の処方に従って、成分が均等化されるまで混合
    し、次いで得られた混合物を、インジェクションモール
    ド又はトランスファーモールドによって、温度を高めた
    状態で成形物に加工することを特徴とする少なくとも１
    つの炭素充填材と合成樹脂結合剤とから構成された減摩
    材の製造方法。
  33. 【請求項３３】 混合物をインジェクションモールド又
    はトランスファーモールドによって成形物に加工するこ
    とを特徴とする請求項２１乃至３０のいずれか１つに記
    載の減摩材の製造方法。
  34. 【請求項３４】 処方成分として炭素で構成される少な
    くとも１つの充填材、炭素で構成されていない少なくと
    も１つの充填材、少なくとも１つのリン酸塩および合成
    樹脂製の少なくとも１つの結合剤を、成分が均等化され
    るまで混合することを特徴とする請求項２１乃至３３の
    いずれか１つに記載の減摩材の製造方法。
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