JP2005029713A - ポリアセタール樹脂製摺動部品 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ポリアセタール樹脂が本来有する優れた機械物性、成形性などを保持すると共に、一段と優れた摺動特性を有する摺動部品を提供する。
【解決手段】 (A)ポリアセタール樹脂100重量部に対して、(B)200℃で液体の形態をもつ潤滑油0.05〜20重量部、及び(C)ゴム状ポリマーのコアと含酸素極性基を有するビニル系共重合体からなるガラス状ポリマーのシェルとを有するコアシェルポリマー1〜20重量部を配合することにより、摺動部品の成形品表面を艶消し状態として摺動時の接触面積が減少させ、優れた摺動特性を発現させる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、ポリアセタール樹脂組成物からなる摺動部品に関する。さらに詳しくは、ポリアセタール樹脂が本来有する優れた機械物性、成形性などを保持すると共に、一段と優れた摺動特性を有する摺動部品に関する。
ポリアセタール樹脂はバランスのとれた諸物性を有し、又樹脂としては卓越した摺動特性を有するため、自動車、電機・電子製品、事務機器、建材等の摺動部品として、広く利用されている。しかし、その用途が拡大するに伴い、摺動特性に対する要求も高度化し、摺動特性の一層の向上とその長期的な持続性が要求されている。
かかる要求に応え摺動性を改善する目的で、従来よりポリアセタール樹脂に各種潤滑油を配合する試みがある。例えば、ポリアセタール樹脂に脂肪酸エステルを添加する方法(例えば特許文献1参照)、ポリアセタール樹脂にシリコーンオイルとシリコーンガムを添加する方法(例えば特許文献2参照)、ポリアセタール樹脂に150,000cSt以上の粘度を有するシリコーンオイルを添加する方法(例えば特許文献3参照)、ポリアセタール樹脂にシリコーンオイルとエステル系潤滑剤を添加する方法(例えば特許文献4参照)、などが挙げられている。
しかしながら、シリコーンオイルを始めとする潤滑油は、一般にポリアセタール樹脂との相溶性、親和性が極めて悪いため、これを配合することは著しく困難であり、かつ、要求を満たす為には、ある程度の添加量が必要であるが、かかる組成物が調製できたとしても、これを成形する場合、オイルが樹脂表面に容易にシミ出し、その潤滑作用により、樹脂同士、或いは樹脂とスクリュー間で滑りが生じ、この為成形機への食い込み不良や、可塑化不良等を起こし、著しい場合には加工不能となる。又、成形品表面にオイルが容易にシミ出しベトつく為、商品価値を低下させるという欠点も有する。従って、摺動改良を目的に潤滑油を添加する場合、理想的には、その添加量を少なくする事が望まれている。
そこで、上記の欠点を改善する目的で、潤滑油と共にその保持材として更に第三物質を添加することも種々検討されている。例えば、無機系の保持材として、活性炭、グラファイト等、有機ポリマー系として、高分子量ポリエチレン等が挙げられる。しかしながら、活性炭、グラファイト等は、潤滑油を吸着保持する能力が小さく、又、高分子量ポリエチレン等も潤滑油との親和力が乏しいため、やはり保持力は小さく、実用的に満足できる効果は得られていない。又、場合によっては、第三成分が摺動性を悪化させる場合もある。
一方、ポリアセタール樹脂に特定のコアシェルポリマーを配合する試みも種々検討がなされている。ポリアセタール樹脂にゴム状ポリマーのコアとガラス状ポリマーのシェルを有するコアシェルポリマーと多価アルコール系脂肪酸エステルを添加する方法(例えば特許文献5参照)、ポリアセタール樹脂に耐候(光)性安定剤とゴム状ポリマーのコアと含酸素極性基を有するビニル系共重合体からなるガラス状ポリマーのシェルを有するコアシェルポリマーと炭素鎖が2〜8個隣接するオキシアルキレン重合体を添加する方法(例えば特許文献6参照)、ポリアセタール樹脂にゴム状ポリマーのコアとガラス状ポリマーのシェルを有するコアシェルポリマーと滑剤を添加する方法(例えば特許文献7参照)、更には、高分子量ポリアセタール樹脂にゴム状ポリマーのコアとガラス状ポリマーのシェルを有するコアシェルポリマーとシリコーンオイルを添加する方法(例えば特許文献8参照)等が挙げられる。
特公昭53−31900号公報 特公昭57−10144号公報 特公昭63−277263号公報 特公平3−69378号公報 特開平6−100758号公報 特開平6−299047号公報 特開平6−100759号公報 特開2000−265036号公報
しかしながら、これらの特許文献は、耐衝撃性改善、流動性改善、あるいは、耐候性改善等の目的で書かれており、摺動性改善目的では書かれていない。かかる如く、従来、公知の方法では、加工性が良く、短期的にも長期的にも優れた摺動特性を有するポリアセタール樹脂組成物からなる摺動部品を得ることは出来ず、更に一層の改良が切望されていた。
本発明者らは、かかる要求に応えるため鋭意検討を重ねた結果、ポリアセタール樹脂に潤滑油と特定のコアシェルポリマーを配合した樹脂組成物から摺動部品を形成することにより、該摺動部品の成形品表面は艶消し状態となって摺動時の接触面積が減少し、優れた摺動特性が生じることを見出し本発明に到達した。
即ち本発明は、(A)ポリアセタール樹脂100重量部に対して、(B)200℃で液体の形態をもつ潤滑油0.05〜20重量部、及び(C)ゴム状ポリマーのコアと含酸素極性基を有するビニル系共重合体からなるガラス状ポリマーのシェルとを有するコアシェルポリマー1〜20重量部を配合してなるポリアセタール樹脂組成物からなる摺動部品である。
以下、本発明について詳細に説明する。まず、本発明に用いられるポリアセタール樹脂(A)は、オキシメチレン基(-CHO-)を主たる構成単位とする高分子化合物であり、ポリアセタールホモポリマー、オキシメチレン基以外に他の構成単位を少量有するポリアセタールコポリマー(ブロックコポリマーを含む)、ターポリマーの何れにても良く、又分子が線状のみならず分岐架橋構造を有するものであっても良い。また、特性の異なる二種以上のポリアセタール樹脂をブレンドして使用することもできる。
本発明においては、かかるポリアセタール樹脂のうち、コモノマー成分を1〜30重量%、特に1〜5重量%共重合させてなるポリアセタールコポリマーが好ましく、これにより優れた熱安定性や成形性等が保持できる。ポリアセタールコポリマーの製造に用いられるコモノマー成分としては各種の環状エーテル化合物或いは環状ホルマール化合物を使用できることが知られており、特に限定されるものではないが、好ましいコモノマーとしては、例えばエチレンオキシド、1,3−ジオキソラン、ジエチレングリコールホルマール、1,4−ブタンジオールホルマール、1,3−ジオキサン、プロピレンオキシド等が挙げられる。
次に、本発明において(B)成分として使用される潤滑油は200℃で液体の形態をもつものである。即ち、ポリアセタールの成形加工に用いられる概ね190〜220℃の温度で液状又はそれに近い状態になり得るものである。
本発明において用いるかかる潤滑油としては、シリコーン系オイル、ポリアルキレングリコール、α−オレフィンオリゴマー、パラフィンオイル、アルキル置換ジフェニルエーテル、脂肪酸エステルから成る群より選ばれる1種もしくは2種以上を基剤とする潤滑油であることが好ましく、特にシリコーンオイル系潤滑油、脂肪酸エステル系潤滑油及びα−オレフィンオリゴマー系潤滑油が好ましい。
ここで、シリコーン系オイルとしては、下記式(1)の構造で示される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等が代表として好ましく用いられる。
Figure 2005029713
(ここでRはメチル基であるが、その一部がアルキル基、フェニル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン化フェニル基等であっても良い)
本発明において用いられるシリコーンオイルの粘度については特に限定はないが、摺動性及びその持続性、樹脂中へのオイルの分散性、溶融混練や成形加工時の作業性等を総合的に考慮すると100〜100,000cSt(25℃)のものが好ましい。又、本発明においては二種以上の構造或いは粘度の異なるシリコーンオイルを混合して用いることも可能であり、シリコーンオイルに増粘材、溶剤等を加えて粘度等を調整して用いることも可能である。
α−オレフィンオリゴマーは、主にC6〜C20のα−オレフィンを単独重合するか、もしくはエチレンとC3〜C20のα−オレフィンを共重合した構造を有する脂肪族炭化水素である。本発明においては、数平均分子量が、400〜4000のエチレン・α−オレフィンオリゴマーが好ましく使用される。
脂肪酸エステルとは、1価又は多価の脂肪族アルコールと1価の飽和又は不飽和脂肪酸もしくは2塩基酸とのエステルであり、実用上好ましいのは、炭素数16以上の飽和脂肪族アルコールと、炭素数16以上の飽和脂肪酸又は多塩基酸とのエステルである。炭素数16以上の飽和脂肪族アルコールとしては、セチルアルコール、ステアリルアルコール、イソステアリルアルコール、ベヘニルアルコール、エルシルアルコール、ヘキシルデシルアルコール、オクチルドデシルアルコール等が挙げられる。炭素数16以上の脂肪酸としては、パルミチン酸、ステアリン酸、イソステアリン酸、アラキジン酸、ベヘン酸、モンタン酸等の直鎖もしくは分岐脂肪酸等が挙げられる。かかる1価の脂肪酸と1価の脂肪族アルコールのエステルは、何れも好ましく使用できる。又、上記炭素数16以上の脂肪族アルコールと結合してエステルを構成する2塩基酸としては、フタル酸、アジピン酸、セバシン酸、トリメリット酸等が挙げられる。かかる2塩基酸と脂肪族アルコールより成るエステルは、ポリアセタールの熱安定性を維持する上で、フルエステルであることが好ましい。かかるカルボン酸とアルコールから成る脂肪族エステルの内、価格、入手(合成、精製)の容易性、摩擦摩耗特性の点から、特に好ましくは、ステアリルステアレート、ベヘニルベヘネート、ジステアリルアジペート、ジステアリルフタレート等である。本発明においては、これらの脂肪族エステルから選ばれた1種又は2種以上が好ましく用いられる。
本発明において、かかる(B)潤滑油は(A)ポリアセタール樹脂100重量部に対して0.05〜20重量部の割合で配合され、その摩擦摩耗特性改善に効果を示す。配合量が0.05重量部未満では摩擦係数低減効果が十分発揮されず、又、20重量部を超えて配合されると、成形性や摩擦特性の極端な悪化を招き好ましくない。特に好ましくは、0.5〜5重量部である。
次に、本発明において用いられるコアシェルポリマー(C)は、ゴム状ポリマーのコアと含酸素極性基を有するビニル系共重合体からなるガラス状ポリマーのシェルを有するものである。かかるコアシェルポリマー(C)は、一般にはシード乳化重合法の内、通常、先の段階の重合体を後の段階の重合体が順次被覆するような連続した多段階乳化重合法によって得られる。
コアシェルポリマーが後述するように中間相を有する場合においては、先の段階の重合体中へ後の段階の重合体が侵入するような多段階乳化重合法によって中間相が形成されることもある。粒子発生重合時には、モノマー、界面活性剤及び水を反応器に添加し、次に重合開始剤を添加する事により、乳化重合反応を開始させることが好ましい。第1段目の重合はゴム状ポリマーを形成させる反応である。
本発明で用いるコアシェルポリマー(C)のコアであるゴム状ポリマーを構成するモノマーとしては、例えば共役ジエン又はアルキル基の炭素数が2〜8であるアルキルアクリレートあるいはそれらの混合物があげられる。これらのモノマーを重合させてゴム状ポリマーを形成する。このような共役ジエンとして、例えば、ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等を挙げる事ができる。又、アルキル基の炭素数が2〜8であるアルキルアクリレートとして、例えば、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、ブチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート等を挙げる事ができる。ゴム状ポリマーとして特にブチルアクリレートが好ましく用いられる。第一段目の重合には共役ジエン及びアルキルアクリレートなど共重合可能なモノマー、例えばスチレン、ビニルトルエン、α-メチルスチレン等の芳香族ビニル、芳香族ビニリデン、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のシアン化ビニル、シアン化ビニリデン、メチルメタクリレート、ブチルメタクリレート等のアルキルメタクリレート等を共重合させる事もできる。
シェル相は含酸素極性基を有するビニル系共重合体から成るガラス状ポリマーで形成されている。含酸素極性基としては、例えば水酸基、エーテル結合を有する基(例えばグリシジル基)、アミド基(-CONH-)、およびニトロ基(NO2)等が挙げられるが、特に水酸基及びエーテル結合を有する基が好ましい。シェル相に含酸素極性基を有さないコアシェルポリマーは艶消し効果がほとんど認められず、本発明の目的であるポリアセタール樹脂組成物からなる摺動部品の摺動性改良効果が生じない。
上記含酸素極性基を有するビニル系共重合体を構成するモノマーとしては、例えば分子内に2個以上の含酸素極性基を有するアルコールの(メタ)アクリレートが用いられる。ここで分子内に2個以上の含酸素極性基を有するアルコールとは、アルコール部分の水酸基以外に少なくとも1個の含酸素極性基を有するアルコールを示す。含酸素極性基を有するアルコールの(メタ)アクリレートとしては、例えば水酸基及び/又はグリシジル基を有するアルコールの(メタ)アクリレートが用いられる。水酸基を有するアルコールの(メタ)アクリレートとしては、例えばヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート等を挙げる事ができるが、好ましくは、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートが用いられる。グリシジル基を有するアルコールの(メタ)アクリレートとしては、例えばグリシジル(メタ)アクリレート等を挙げる事ができるが好ましくはグリシジルメタクリレートが用いられる。又上記の(メタ)アクリレート以外の、例えばアリロキシエタノール、アリルグリシジルエーテル等の含酸素極性基を有するビニル単量体も含酸素極性基を有するビニル共重合体の構成成分として用いることができる。含酸素極性基を有する前記モノマー以外のガラス状ポリマーを構成するモノマーとしては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート等のアルキル(メタ)アクリレート、スチレン、ビニルトルエン、α−メチルスチレン等の芳香族ビニル、芳香族ビニリデン、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のシアン化ビニル、シアン化ビニリデン等のビニル重合性モノマーを挙げる事ができるが、特に好ましくはメチルメタクリレート、スチレン、アクリロニトリル等が用いられる。シェル相はコアシェルポリマー全体の10〜50重量%の範囲が好ましい。
又、第一段と最終の重合相の間には中間相が存在してもよい。例えば、グリシジルメタクリレート、メタクリル酸、ヒドロキシエチルメタクリレート等のような官能基を有する重合モノマー、メチルメタクリレート等のようなガラス状ポリマーを形成する重合モノマー、ブチルアクリレート等のゴム状ポリマーを形成する重合モノマー等をシード乳化重合する事によって、中間相が形成される。このような中間相は所望のコアシェルポリマーの性質によって種々選択する事ができる。このような中間相を有するコアシェルポリマーの構造は、例えば、コアとシェルの間にもう一つの層が存在している多層系構造をとるものや、中間層がコア中で細かな粒状となって分散しているサラミ構造をとるものが挙げられる。
本発明において、かかる(C)コアシェルポリマーは、(A)ポリアセタール樹脂100重量部に対して1〜20重量部配合され、成形品表面を艶消し状とし摩擦摩耗特性改善に効果を示す。1重量部未満では、摩擦係数低減効果が十分発揮されず、又、20重量部を超えて配合されると、成形性や摩擦特性の極端な悪化を招き、好ましくない。特に好ましくは、2〜10重量部である。
本発明においては、上記の如き構成成分を有してなるポリアセタール樹脂組成物から摺動部品を形成するにあたり、該ポリアセタール樹脂組成物が50%以下の光沢度を有するものであることが好ましく、特に好ましくは30%以下の光沢度を有するものであり、これによって本発明の摺動部品において特に優れた摺動効果が生じる。かかる光沢度の調整は、主として上記の如き選択されたコアシェルポリマーの使用と特にその添加量によって行なうことができ、潤滑剤(B)や任意成分の配合を考慮しながら調整する。尚、ここで言う光沢度とは、後述する測定方法で測定されるものを言う。
本発明に用いるポリアセタール樹脂には、更に公知の各種添加剤を配合し得る。例えば、各種の着色剤、離型剤、核剤、帯電防止剤、その他の界面活性剤、各種ポリマー等である。また、本発明の目的とする成形品の性能を大幅に低下させないような範囲であるならば、公知の無機、有機、及び金属等の繊維状、板状、粉粒状等の充填剤を1種または2種以上複合させて配合することも可能である。このような充填剤の例としては、ガラス繊維、ガラスビーズ、タルク、マイカ、ウオストナイト、炭素繊維等が挙げられるが、何等これらに限定されるものではない。
本発明の組成物の調製法は特に制限がなく、従来の樹脂組成物調製法として一般に用いられている公知の設備と方法により容易に調製される。例えば、i)各成分を混合した後、押出し機により練込押出してペレットを調製し、しかる後に成形する方法、ii)いったん組成の異なるペレットを調製し、そのペレットを所定量混合して成形に供し、成形後に目的組成の成形品を得る方法、iii)成形機に各成分の1または2種以上を直接仕込む方法等、何れも使用できる。また、樹脂成分の一部を細かい粉体として、これ以外の成分と混合し添加することは、これらの成分の均一配合を行なう上で好ましい方法である。
また、本発明に係る樹脂組成物は、押出成形、射出成形、圧縮成形、真空成形、吹込成形、発泡成形の何れによっても成形可能である。
本発明の摺動部品としては、コロのように、円柱状又は円筒状の形状を有し、中心軸が水平方向に支えられて回転するような構成のもの、特にその円周面の上部を物品が摺動しながら移動するようなものである場合に、特に顕著な効果が生じる。従って、かかる摺動部品を複数個用い、その中心軸が平行になるように配置して物品の移送装置とすることは特に有効である。
以下本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
尚、実施例、比較例中の「部」はすべて重量部を示す。又、実施例、比較例において表面光沢、摩擦係数の評価に用いた方法は以下の通りである。
(1)表面光沢度
下記条件にて成形した試験片(70mm×40mm×3mm厚さ)を用いてJIS K7105の光沢度測定に準拠してデジタル変角光沢計(スガ試験機(株)UGV-40)にて45°−45°反射における光沢度を測定した。
成形機;東芝(株)製IS80
(成形条件)
ノズル C1 C2 C3
シリンダー温度(℃);200 200 180 160
射出圧力;65MPa
射出速度;1m/min
金型温度;85℃
(2)摩擦係数
上記試験片を使用し、ASTM D-1894に準拠し、評価した。又、相手材は、ポリプラスチックス(株)製ジュラコンM90-44を使用した。
(3)実用特性
まず、図1に示す形状のコロ成形品(円柱状の本体部の直径0.5cm、長さ5cm、両末端に設けられた支持部の直径0.15cm、長さ0.15cm)を多数個成形した。
次に、側面に直径0.20cmの支持孔を多数個空けたポリスチレン製の板を2枚準備し、その支持孔に上記コロ成形品の支持部を嵌め込んでいき、多数のコロ成形品が図2の状態に配置された試験用物品移送装置を形成した。尚、配置されたコロ成形品の上面がポリスチレン製の板の上面より上部になるように、支持孔の位置は調整されている。
上記移送装置を図3に示すように3°の角度に傾け、コロ成形品の本体部上をPETボトル(245ml:伊藤園おーいお茶)が一定距離(30cm)だけ滑りおりる時間を測定した。
又、実施例、比較例中に用いる略語は以下の通りである。
エチルアクリレート;EA
メチルメタクリレート;MMA
ブチルアクリレート;BA
ブタジエン;BD
2−エチルヘキシルアクリレート;EHA
2−ヒドロキシエチルメタクリレート;HEMA
実施例1〜13、比較例1〜13
表1の如く、(A)ポリアセタール樹脂(ポリプラスチックス(株)製、ジュラコンM270)、(B)各種潤滑剤、(C)ゴム状ポリマーのコアと含酸素極性基を有するビニル系共重合体からなるガラス状ポリマーのシェルを有するコアシェルポリマー(ガンツ化成(株)製、PO-0935、コア;BA/MMAコポリマー、シェル;HEMA/MMA)を表1に示す割合で混合した後、二軸押出し機により溶融混練し、ペレット状の組成物を調製した。次いで、このペレットを用いて射出成形により試験片を作成し、各評価を行った。結果を表1に示す。
又、比較の為、表2の如く、(C)成分のコアシェルポリマーを配合しない組成物、更には、シェル部に含酸素極性基を持たないビニル系共重合体からなるガラス状ポリマーを使用したコアシェルポリマー(ガンツ化成(株)製、PO-0198、コア;BD/EHA/MMAターポリマー、シェル;MMA/EAコポリマー)を配合した組成物についても同様に評価を実施した。結果を表2に示す。
Figure 2005029713
Figure 2005029713
B-1;ポリジメチルシロキサン(60,000cSt,東レダウコーニングシリコーン(株)製、SH-200)
B-2;ポリプロピレングリコール(580cSt,三洋化成工業(株)製、PP3000)
B-3;ポリ(エチレングリコール・プロピレングリコール共重合体)(1700cSt, 三洋化成工業(株)製、50HB-5100)
B-4;α−オレフィンオリゴマー(900cSt,三井石油化学工業(株)製、ルーカントHC40)
B-5;α−オレフィンオリゴマー(28000cSt,三井石油化学工業(株)製、ルーカントHC600)
B-6;パラフィンオイル(1000cSt,出光(株)製、プロセスオイル)
B-7;アルキル置換ジフェニルエーテル(200cSt,(株)松村石油化学研究所製、モレスコハイループ)
B-8;ステアリルステアレート
B-9;ジステアリルアジペート
C-1;コアシェルポリマー(ガンツ化成(株)製、PO-0935、コア;BA/MMAコポリマー、シェル;HEMA/MMA)
C-2;コアシェルポリマー(ガンツ化成(株)製、PO-0198、コア;BD/EHA/MMAターポリマー、シェル;MMA/EAコポリマー)
実施例の実用特性試験に用いたコロ成形品を示す図である。 コロ成形品を配置した試験用物品移送装置の構成を示す平面図である。 試験用物品移送装置を用いた実用特性試験の状況を示す側面略示図である。

Claims (9)

  1. (A)ポリアセタール樹脂100重量部に対して、(B)200℃で液体の形態をもつ潤滑油0.05〜20重量部、及び(C)ゴム状ポリマーのコアと含酸素極性基を有するビニル系共重合体からなるガラス状ポリマーのシェルとを有するコアシェルポリマー1〜20重量部を配合してなるポリアセタール樹脂組成物からなる摺動部品。
  2. ポリアセタール樹脂組成物が50%以下の光沢度を有するものである請求項1記載の摺動部品。
  3. ポリアセタール樹脂組成物が30%以下の光沢度を有するものである請求項1記載の摺動部品。
  4. 潤滑油(B)が、シリコーンオイル系潤滑油、脂肪酸エステル系潤滑油及びα−オレフィンオリゴマー系潤滑油よりなる群から選ばれた1種または2種以上である請求項1〜3の何れか1項に記載の摺動部品。
  5. コアシェルポリマー(C)のシェルを構成するビニル系共重合体の含酸素極性基が、水酸基及び/又はグリシジル基である請求項1〜4の何れか1項に記載の摺動部品。
  6. コアシェルポリマー(C)のシェルを構成する含酸素極性基を有するビニル系共重合体が、分子内に2個以上の含酸素極性基を有するアルコールの(メタ)アクリレートをモノマー成分の1つとして共重合してなるものである請求項1〜5の何れか1項に記載の摺動部品。
  7. 分子内に2個以上の含酸素極性基を有するアルコールの(メタ)アクリレートが、ヒドロキシエチルメタクリレート又はグリシジルメタクリレートである請求項6に記載の摺動部品。
  8. 摺動部品が、円柱状又は円筒状の形状を有し、中心軸が支承されて回転するものである請求項1〜7の何れか1項に記載の摺動部品。
  9. 請求項8記載の摺動部品を複数個用い、その中心軸が平行になるように配置してなる物品移送装置。
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