JP2007070538A

JP2007070538A - 摺動部材用熱可塑性樹脂組成物

Info

Publication number: JP2007070538A
Application number: JP2005260912A
Authority: JP
Inventors: Mitsugi Ota; 貢太田; Yoshihito Kizara; 嘉仁木皿
Original assignee: Unitika Ltd
Current assignee: Unitika Ltd
Priority date: 2005-09-08
Filing date: 2005-09-08
Publication date: 2007-03-22

Abstract

【課題】単に良好な分散性や成形性だけでなく、得られる成形物に優れた摺動特性、耐衝撃性などの機械的特性を付与することができる溶融成形可能な摺動部材用熱可塑性樹脂組成物を提供する。
【解決手段】ポリアミド樹脂と数平均分子量１０００万〜２０００万で平均粒径５０〜２００μｍのポリテトラフルオロエチレン粉末とからなり、ポリアミド樹脂がマトリックスを形成し、かつポリテトラフルオロエチレン粉末が５〜４０質量％を占める溶融成形可能な摺動部材用熱可塑性樹脂組成物。【選択図】なし

Description

本発明は、摺動部材用の成形材料に関するものであり、さらに詳しくは、ポリアミド樹脂に特定の数平均分子量と平均粒径を有するポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと略称することがある。）粉末を分散させた溶融成形可能な摺動部材用熱可塑性樹脂組成物に関するものである。

熱可塑性樹脂を用いた摺動部材は、コストパフォーマンスに優れ、良好な機械的特性と成形性などを有するため広く用いられていが、単独で摺動部材として用いるには必ずしも充分な特性を有するとはいえない。
熱可塑性樹脂を用いた摺動部材の摩擦特性や摩耗特性を改良するため、二硫化モリブデン、ＰＴＦＥ、黒鉛などのいわゆる固体潤滑剤の粉末、及び必要により炭素繊維、ガラス繊維などの強化用繊維を配合したり、あるいは液状シリコーンなどを含浸させた含油タイプの成形材料の開発が行われてきた。

しかし、熱可塑性樹脂の場合、高速かつ高荷重という使用条件下では、溶融により摺動特性、特に限界ＰＶ値は決して満足できる値ではない。また、特に含油タイプでは汚れ、ブリードが生じるので好ましくない。

このため、従来より摺動部材用樹脂組成物の添加剤として、ＰＴＦＥ粉を利用する試みもなされている。

しかし、添加用のＰＴＦＥとして高分子量のものを用いると、溶融混練時にフィブリル化により分散不良が生じたり、溶融粘度が高くなり成形性が低下するという問題があり、また、平均粒径が大きいものを用いると、溶融混練時にサージング（脈動）を起こすという問題があり、樹脂組成物に用いるＰＴＦＥは平均分子量１０００万以下（特に３０万以下）のものを添加するというのが常套手段であった。また、このＰＴＦＥを４０質量％以上添加し、摩擦特性と耐摩耗性を改良する提案もなされている（特許文献１参照）が、この組成物を用いたものでも、機械的特性や摩擦特性において、なお充分なものとはいえない。

一方、成形用のＰＴＦＥは、数平均分子量１０００万以上の高分子量のものが微粒子や粉末の形態で市販され、耐熱性、耐寒性、難燃性、摺動性、非粘着性、防汚性、耐薬品性、耐候性、電気特性などの特徴を活かして利用されている。しかし、ＰＴＦＥ単独や、ＰＴＦＥに補助充填剤を加えた摺動部材の場合、通常、加工生産性の低い圧縮成形で成形され、また、寸法安定性や耐クリープ性が不充分であるため、生産性並びに前記特性の両方に対して改善の要望がある。
特開昭６３−２５１４４８号公報

本発明は、上記の問題を解決し、単に良好な分散性や成形性だけでなく、得られる成形品に優れた摺動特性、耐衝撃性などの機械的特性を付与することができる溶融成形可能な摺動部材用熱可塑性樹脂組成物を提供することを技術的な課題とするものである。

本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意研究した結果、本発明に到達した。すなわち、本発明は、ポリアミド樹脂と数平均分子量１０００万〜２０００万で平均粒径５０〜２００μｍのポリテトラフルオロエチレン粉末とからなり、ポリアミド樹脂がマトリックスを形成し、かつポリテトラフルオロエチレン粉末が５〜４０質量％を占める溶融成形可能な摺動部材用熱可塑性樹脂組成物を要旨とするものである。

本発明の溶融成形可能な摺動部材用熱可塑性樹脂組成物を用いて成形すれば、ＰＴＦＥの分散性や成形性がよく、また、得られる成形物に優れた摺動特性、耐衝撃性などの機械的特性を付与することが可能となり、例えば自動車、産業機器分野の軸受、ガイド部材、チェーン、歯車、摺動シール材のような良好な機械的特性と摩擦摩耗特性が要求される摺
動用に適した成形品を得ることができ、産業上の利用価値はきわめて高い。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の摺動部材用熱可塑性樹脂組成物は、ポリアミド樹脂とＰＴＦＥ粉末とで形成されているが、まず、ＰＴＦＥ粉末について説明する。本発明で用いるＰＴＦＥ粉末は、数平均分子量が１０００万〜２０００万であり、平均粒径が５０〜２００μｍであることが必要である。ＰＴＦＥ粉末の数平均分子量が１０００万未満であったり、平均粒径が５０μｍ未満になると、成形品は摩擦係数が大きくて摺動性が劣るものとなる。また、ＰＴＦＥ粉末の数平均分子量が２０００万を超えたり、平均粒径が２００μｍを超えると、成形性が低下する。
上記のようなＰＴＦＥ粉末は、乳化重合法又は懸濁重合法により得ることができ、重合により得られたＰＴＦＥ粉末を、乾燥後粉砕機にて５０〜２００μｍの粒径に微粉砕する。
なお、本発明で用いるＰＴＦＥは、１質量％未満の割合で共重合されたＰＴＦＥを含む。共重合成分としては、たとえばヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルエーテル、パーフルオロアルキル（炭素数１〜１０）エチレン、パーフルオロアルキル（炭素数１〜１０）アリルエーテル、及び式：ＣＦ₂ ＝ＣＦ［ＯＣＦ₃ ＣＦＸ（ＣＦ₂）m ］n ＯＣＦ₂ （ＣＦ₂ ）p Ｙ［式中、Ｘはフッ素原子又はトリフルオロメチル基、Ｙはハロゲン原子、ｍは０又は１（ただし、ｍが１の場合、Ｘはフッ素原子である）、ｎは０又は１〜５の整数、ｐは１又は２を表わす］で示される化合物が挙げられる。

本発明の摺動部材用熱可塑性樹脂組成物において、マトリックスとなるポリアミド樹脂としては、アミノ酸、ラクタムあるいはジアミンとジカルボン酸（それらの一対の塩も含まれる）とから形成されるアミド結合を有する重合体である。このようなポリアミド樹脂の例としては、ポリカプラミド（ナイロン６）、ポリテトラメチレンアジパミド（ナイロン４６）、ポリヘキサメチレンアジパミド（ナイロン６６）、ポリヘキサメチレンセバカミド（ナイロン６１０）、ポリヘキサメチレンドデカミド（ナイロン６１２）、ポリウンデカメチレンアジパミド（ナイロン１１６）、ポリウンデカミド（ナイロン１１）、ポリドデカミド（ナイロン１２）、ポリトリメチルヘキサメチレンテレフタルアミド（ナイロンＴＭＤＴ）、ポリヘキサメチレンイソフタルアミド（ナイロン６Ｉ）、ポリヘキサメチレンテレフタル／イソフタルアミド（ナイロン６Ｔ／６Ｉ）、ポリビス（４−アミノシクロヘキシル）メタンドデカミド（ナイロンＰＡＣＭ１２）、ポリビス（３−メチル−４−アミノシクロヘキシル）メタンドデカミド（ナイロンジメチルＰＡＣＭ１２）、ポリメタキシリレンアジパミド（ナイロンＭＸＤ６）、ポリノナメチレンテレフタルアミド（ナイロン９Ｔ）、ポリウンデカメチレンテレフタルアミド（ナイロン１１Ｔ）、ポリウンデカメチレンヘキサヒドロテレフタルアミド〔ナイロン１１Ｔ（Ｈ）〕又はこれらの共重合ポリアミド、混合ポリアミドなどが挙げられ、中でもナイロン６又はこれらの共重合ポリアミド、ナイロン６６又はこれらの共重合ポリアミドが好ましく、ナイロン６及びナイロン６６が最適である。

本発明の摺動部材用熱可塑性樹脂組成物におけるＰＴＦＥ粉末の含有量は、５〜４０質量％である。含有量が５質量％未満になると所望の摺動特性が得られず、４０質量％を超えると溶融混練時にサージングを起こし、あるいは、著しく流動性が低下して溶融成形性が損なわれる。また、ＰＴＦＥ粉末の含有量は、摺動性と機械的強度、成形性を両立させる点から１０〜３０質量％であることが好ましい。

なお、本発明の樹脂組成物中には、その特性を大きく損なわない範囲で、顔料、離型剤、熱安定剤、酸化防止剤、難燃剤、可塑剤などを添加することができる。

本発明の摺動部材用熱可塑性樹脂組成物の調製には、公知の混合方法が適用できる。たとえば、タンブラー、Ｖ型ブレンダー、ナウターミキサー、バンバリーミキサー、混練ロール、押出機などの混練機により混合して製造することができ、より好ましくは押出機、特に２軸押出機により溶融混練して組成物を製造することである。

このようにして得られる摺動部材用熱可塑性樹脂組成物のペレットは、通常用いられる熱可塑性樹脂を成形する機械、たとえば射出成形機、圧縮成形機、押出成形機などによって所望形状の成形物、たとえばシート状、パイプ状、板状などに成形することができる。また、補強のため、本発明で用いられた熱可塑性樹脂やそれ以外の樹脂を積層することも可能である。

本発明の、ポリアミド樹脂をマトリックスとして用いた摺動部材用熱可塑性樹脂組成物を成形すれば、ポリアミド樹脂が本来有する機械的特性や成形性などと、ＰＴＦＥが本来有する摺動特性、耐熱性、耐寒性、難燃性、非粘着性、耐薬品性、耐候性、電気的特性、表面特性などを兼ね備えた成形品を得ることができるのにとどまらず、ＰＴＦＥの性状を特定することにより、成形時の生産性や成形品の機械的特性を相乗的に向上させることができる。

このため、本発明の摺動部材用熱可塑性樹脂組成物は、成形性、機械的特性だけでなく特に摺動特性の優れた摺動部材、たとえば自動車、産業機器分野の軸受、ガイド部材（ローラー、すべり板）、チェーン、歯車（ギア、スクリュー）、摺動シール材などの摺動部材の成形用として好適なものである。

次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は実施例のみに限定されるものではない。なお、実施例で用いた原料、及び物性試験の測定法は次の通りである。
１．原料
（１）ポリアミド樹脂〔商品名：Ａ１０３０ＢＲＬ、ユニチカ社製〕
（２）ＰＴＦＥ１：三幸ファインマテリアル社製エースフロンＳＫ４５（分子量１５００万平均粒径２００μｍ）
（３）ＰＴＦＥ２：三幸ファインマテリアル社製エースフロンＳＡ６０（分子量１３００万平均粒径５０μｍ）
（４）ＰＴＦＥ３：三幸ファインマテリアル社製エースフロンＳＫ５０（分子量１５００万平均粒径３５０μｍ）
（５）ＰＴＦＥ４：三幸ファインマテリアル社製エースフロンＳ（分子量１５万平均粒径２５μｍ）
２．測定法
（ａ）曲げ強度：ＡＳＴＭＤ７９０に準拠して測定した。７５ＭＰａ以上が好ましい。
（ｂ）曲げ弾性率：ＡＳＴＭＤ７９０に準拠して測定した。２．０ＧＰａ以上が好ましい。
（ｃ）衝撃強さ：ＡＳＴＭＤ２５６に準拠して測定した。４５Ｊ／ｍ以上が好ましい。
（ｄ）摩擦係数：樹脂組成物を用いて、外径２５．６ｍｍ、内径２０ｍｍ、厚み１５ｍｍの円筒形の試験片を作製した。次いで、鈴木式摩擦摩耗試験機（東洋測器社製Ｃ-Ｍ型）の摩擦力検出器を用いて、荷重４０ｋｇｆ／ｃｍ^２の条件で、１時間後の摩擦係数を測定した。摩擦係数は０．２５以下が好ましい。
（実施例１）
ポリアミド樹脂８０質量部とＰＴＦＥ１の２０質量部とを二軸押出機（東芝機械社製、ＴＥＭ３７−ＢＳ）にて樹脂温度２６０℃で溶融混練押出し、ペレット化した。次いで、このペレットを乾燥した後、射出成形機（東芝機械社製、ＩＳ１００Ｅ−３Ａ）を用いて、シリンダー温度２６０℃、金型温度１００℃の条件で射出成形することにより、各種試験片を作製した。これらの試験片を曲げ強度、曲げ弾性率、摩擦係数の測定に供した。
（実施例２〜３、比較例１〜５）
ポリアミド樹脂の配合割合とＰＴＦＥの種類及び配合割合を表１のように変更した以外は、実施例１と同様にして試験片を作製し、それぞれ物性試験に供した。
実施例１〜３及び比較例１〜５で得られた試験片の評価結果を併せて表１に示す。

表１から明らかなように、実施例１〜３はいずれもポリアミド樹脂とＰＴＦＥとが本発明の範囲でブレンドされているため、その試験片はいずれも良好な機械特性と摩擦係数を有し、摺動性に優れたものであった。

一方、比較例１は、ポリアミド樹脂のみを用いたため、その試験片は機械特性には優れているものの、摩擦係数が大きくて摺動性が劣るものであった。また、比較例２は、ポリアミド樹脂の配合割合が本発明の下限より少なかったため、その試験片は機械特性に劣るものとなった。

次に、比較例３は、ＰＴＦＥの粒径が、本発明の上限より大きかったため、溶融押出し時にサージングが発生し、ペレットを作製できなかった。さらに、比較例４及び５は、ＰＴＦＥの分子量とその平均粒径が本発明の下限より小さかったため、試験片は摩擦係数が大きくて摺動性が劣るものであった。

Claims

ポリアミド樹脂と数平均分子量１０００万〜２０００万で平均粒径５０〜２００μｍのポリテトラフルオロエチレン粉末とからなり、ポリアミド樹脂がマトリックスを形成し、かつポリテトラフルオロエチレン粉末が５〜４０質量％を占める溶融成形可能な摺動部材用熱可塑性樹脂組成物。