JP2008285636A - 摺動部材 - Google Patents

Abstract

【課題】摺動耐久性の高い摺動部材を提供すること。
【解決手段】
（Ａ）成分：ポリオレフィン、
（Ｂ）成分：アクリロニトリル及びスチレンをモノマー単位として含む共重合体からなる分子鎖を有するアクリロニトリル含有高分子、及び
（Ｃ）成分：潤滑剤
を含有する摺動部材。
【選択図】図１

Description

本発明は、摺動部材に関する。

自動車におけるドアーの昇降する昇降硝子窓には、ガラスランチャンネルなどのウェザストリップが圧接する。ドアー硝子窓の昇降開閉操作を円滑快適にするために、ウェザストリップが有する摺動部材の摩擦抵抗を小さくすることが重要である。摩擦抵抗を小さくする方法として、摺動部材を加工する際に表面に凹凸等の粗面部を形成させる技術が知られている（例えば特許文献１、２、及び３）。
特開平６−１９０８９０号公報 特開平６−３４４４７２号公報 特開平８−１１１８３号公報

しかし、従来の技術では、摺動部材の凹凸のある表面部分がドアー硝子の開閉により磨耗するため、摺動性が低下しやすく、摺動耐久性が不足するという問題があった。

そこで、本発明は摺動耐久性の高い摺動部材を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、
（Ａ）成分：ポリオレフィン、
（Ｂ）成分：アクリロニトリル及びスチレンをモノマー単位として含む共重合体からなる分子鎖を有するアクリロニトリル含有高分子、及び
（Ｃ）成分：潤滑剤
を含有する摺動部材を提供する。

上記本発明の摺動部材は、上記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）成分を組み合わせたことにより、摺動耐久性の高いものとなった。そのような効果が得られる理由は必ずしも明らかでないが、本発明者は以下のように推察している。（Ａ）成分（ポリオレフィン）は、（Ｂ）成分（アクリロニトリル含有高分子）中のアクリルニトリル及びスチレンをモノマー単位として有する共重合体からなる分子鎖（以下「ＡＳ」という。）との相溶性が低いため、（Ａ）成分及び（Ｂ）成分中の該分子鎖は相分離して、相間にボイド（微細な空隙）が生じる。このボイド中に潤滑剤が担持される。従って、表面が磨耗しても摺動材内部にあるボイドから磨耗面に潤滑剤を供給することができる。そのため、摺動耐久性が高くなると考えられる。

上記潤滑剤はポリシロキサンであることが好ましい。潤滑剤がポリシロキサンであるとき、−４０℃〜８０℃といった幅広い温度域で、安定した潤滑性を発現するという利点がある。

（Ｂ）成分であるアクリロニトリル含有高分子は、ＡＳをハードセグメントとして有し、該ハードセグメントと結合したソフトセグメントとしての分子鎖を更に有するブロック共重合体であることが好ましい。（Ｂ）成分がハードセグメントだけでなく、ソフトセグメントも有することで、摺動部材の柔軟性が高くなる。

前記ソフトセグメントとしての分子鎖が、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体からなる分子鎖であることが好ましい。エチレン−プロピレン−ジエン共重合体を用いた場合、耐候性が高くなる。

本発明の摺動部材は、前記（Ａ）成分、（Ｂ）成分、及び（Ｃ）成分とは別に、（Ｄ）成分：エラストマーを更に含有する摺動部材であることが好ましい。

ソフトセグメントとして機能する（Ｄ）成分：エラストマーを（Ｂ）成分とは別に、摺動部材に配合することでも摺動部材の柔軟性が高くなる。（Ｂ）成分中のＡＳにソフトセグメントを結合させ、更にエラストマーを配合してもよい。

前記エラストマーは、スチレン及びαオレフィンをモノマー単位として含む共重合体であることが好ましい。スチレン及びαオレフィンをモノマー単位として含む共重合体は、（Ａ）成分及び（Ｂ）成分の双方との相溶性があるので、機械的物性の向上が図れるという利点がある。

本発明によれば、摺動耐久性の高い摺動部材を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態に即して詳細に説明する。

図１は、摺動部材を備える成形品の一実施形態を示す断面図である。図１に示す成形品１は、本体部１０と、本体部１０の表面の一部を覆う摺動部材１１とを備える二層成形品である。摺動部材１１の表面が摺動性を有しており、成形品１は、例えば、窓ガラスを摺動部材１１に摺接させるウェザストリップとして用いられる。

摺動部材１１は、（Ａ）成分：ポリオレフィン、（Ｂ）成分：アクリロニトリル含有高分子、及び（Ｃ）成分：潤滑剤を含有する。アクリロニトリル含有高分子は、ハードセグメントとしてのＡＳと、ソフトセグメントとしての分子鎖とを有するブロック共重合体である。摺動部材１１の表面に、内部から染み出た摺動物質である潤滑剤が存在することにより、摺動部材１１に摺動性が付与される。

摺動部材１１においては、各成分が相分離した相分離構造が形成されている。図２は、摺動部材１１の相分離構造を示す模式図である。図２に示す相分離構造は、（Ａ）成分を主成分とする相（以下「Ａ相」という。）２１と、（Ｂ）成分を主成分とする相（以下「Ｂ相」という。）２０とを有する。Ｂ相２０は更に、ＡＳを主成分とするハードセグメント相２２と、ソフトセグメントの分子鎖を主成分とするソフトセグメント相２３とに相分離している。ハードセグメント相２２はＡ相２１との相溶性が低いため、ハードセグメント相２２とＡ相２１との間には微小な空隙２４が形成されている。この空隙２４内に（Ｃ）成分の潤滑剤２５が保持されている。空隙２４内に潤滑剤２５が保持されていることにより、摺動部材１１が磨耗してその一部が消失したときに潤滑剤２５が摺動部材１１の表面に供給されるため、高い摺動耐久性が得られる。

Ｂ相がソフトセグメント相２３を有していることにより、Ｂ相２０がハードセグメント相２２のみから構成される場合と比較して、摺動部材１１の柔軟性が高くなり、曲げによる白化や割れの発生等の不具合がより生じ難い。

（Ａ）成分のポリオレフィンは、１種又は２種以上のオレフィンモノマーに由来するモノマー単位から実質的に構成されるポリマーである。ポリオレフィンは、熱可塑性ポリオレフィン、オレフィン系ゴム、及びこれらの混合物であるオレフィン系熱可塑性エラストマーに分類される。

熱可塑性ポリオレフィンは、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレン−αオレフィン共重合体、エチレン−αオレフィン共重合体、プロピレン−αオレフィン共重合体、エチレン−ポリプロピレン系エラストマー／エチレン−プロピレン／ポリエチレン、エチレン−アクリル共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、及び環状オレフィン重合体から選択される熱可塑性ポリオレフィンに例示される。これらのうち、ハードセグメントとソフトセグメントとから構成されるブロック共重合体は、リアクターＴＰＯと呼ばれる。ここでは、リアクターＴＰＯは熱可塑性ポリオレフィンとして扱う。

オレフィン系ゴムは、オレフィンのうち、ＪＩＳ Ｋ ６２００に定義されるゴムあるいはゴムの未架橋物を指す。オレフィン系ゴムとしては、例えば、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＲ）、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、ブタジエン系ゴム、イソプレン系ゴム、又は、天然ゴムの架橋体、及び未架橋体が挙げられる。あるいは、これらゴムの水素付加物であってもよい。

ＴＰＯは、ハードセグメントとしての熱可塑性ポリオレフィンと、ソフトセグメントとしてのオレフィン系ゴムとの混合物である。ハードセグメント／ソフトセグメントの組み合わせは、ポリプロピレン（以下「ＰＰ」という。）／エチレン−αオレフィン−ジエン共重合体（以下「ＥＰＤＭ」という。）、ポリエチレン／ＥＰＤＭ、エチレン−プロピレン共重合体（ブロック共重合体又はランダム共重合体）／ＥＰＤＭ、ＰＰ／エチレン−プロピレン−αオレフィン共重合体（ブロック共重合体、ランダム共重合体、又はＰＰ含有リアクターＴＰＯ）とＥＰＤＭ、及びＰＰとエチレン−αオレフィン／ＥＰＤＭから、無数の組み合わせがあり、任意に選択することができる。

ＴＰＯのうち、ソフトセグメントであるオレフィン系ゴムが動的に架橋されてなるものをＴＰＶという。ＴＰＶは、ハードセグメントである熱可塑性ポリオレフィン中に、オレフィン系ゴムの架橋体のドメインが分散した構造を有している。ドメインは、架橋ゴムの弾性的特性を有している。そのため、ＴＰＶは、流動性を有しているゴム状のマトリックス、つまり熱可塑性エラストマーとしての特性を有している。ＴＰＶの製造方法は、予めポリオレフィンやＥＰＤＭ等の材料を高度に分散あるいは相溶させておいてから、高せん断を与えて混錬と同時にゴムを架橋して得る方法を採る。特に、高せん断下での架橋は動的であるので動架橋といわれるが、この処方によってオレフィン系ゴムの架橋体のドメインがポリオレフィンに分散した系が得られる。本発明において特に限定されないが、より低硬度で高物性なＴＰＶをポリオレフィンとして用いることが好ましい。

ＡＳは、アクリロニトリル及びスチレンをモノマー単位として含んでいればよく、他のモノマー単位を更に含んでいてもよい。

本実施形態の場合、ＡＳにソフトセグメントとして機能する分子鎖が結合している。ソフトセグメントとしては、合成ゴムが挙げられる。該合成ゴムとしては、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体を用いることが好ましい。合成ゴムとＡＳとがグラフト重合されているものが市販化されていて、例えばエチレン−プロピレン−ジエン共重合体がグラフト重合されているＡＥＳ、及びブチレンゴムがグラフト重合されているＡＢＳが挙げられる。（Ｂ）成分は、ＡＳにソフトセグメントとして機能する上記分子鎖が結合しているものだけでなく、上記分子鎖が結合していないＡＳのみからなるポリマーを用いてもよい。また、ソフトセグメントとして機能しない分子鎖がＡＳに結合していてもよい。

（Ｂ）成分中のソフトセグメント量が多いと、ＡＳ量が少なくなるのでボイドが形成されにくく、潤滑剤の保持ができにくくなる。一方、ソフトセグメント量が少ないと、摺動部材の柔軟性が低くなるので、ＡＳにグラフト重合されているソフトセグメントは、ハードセグメントとソフトセグメントの合計重量を基準として、３０〜８５重量％が好ましく、４０〜７０重量％のとき更に好ましい。

市販化されているＡＢＳやＡＥＳは、ゴムコンテントが一般に低いので、ソフトセグメント成分として、（Ｄ）成分；エラストマーを添加して補足することが好ましい。

該エラストマーは、スチレン及びαオレフィンをモノマー単位として含む共重合体であることが好ましい。該共重合体としては、例えば、スチレン−ブチレン−エチレン共重合体、スチレンエチレン共重合体が挙げられる。一般に、これらの共重合体は、共重合体中の不飽和炭素結合部に水素原子が付加して用いられる。本発明でも水素原子が付加したものを用いてよい。共重合体をモノマー単位として構成するモノマーの種類や構成比、水素付加量について限定されない。

摺動部材の（Ｃ）成分は潤滑剤である。潤滑剤はポリシロキサンであることが好ましい。ポリシロキサンとしては、例えば、シリコーンオイル及びシリコーンガムが挙げられる。

本体部１０は、好ましくはオレフィン系ＴＰＶから構成される。成形品１は、例えば摺動部材１１の材料を混練して得た摺動材料ペレットと、本体部１０の材料とを同時に押出成形して層状に重ね合わせることにより得ることができる。

以下、実施例及び比較例に基づき本発明を更に具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。

以下の方法で、本体部と、本体部の表面に積層された、本発明に係る摺動部材とからなる二層成形品を得た。

（１）（摺動材料の調製）
表１（実施例１〜５、並びに、比較例１及び２）に示す組成（重量部）の混合物を、二軸押出機を用いて混練して、摺動材料ペレットを作製した。実施例１〜５では、Ｃ成分が分散された均質な摺動材料ペレットが得られた。比較例１及び２では、Ｃ成分が未分散の状態で二軸押出機から押出され、均質なペレットが得られなかった。

（２）（材料）
以下の実施例及び比較例においては、下記材料を用いた。
（Ａ）成分；ＴＰＶ：ＤＳＭ製「サーリンク４１４９Ｄ」（商品名）
；エチレン−プロピレン共重合体：デュポン製「ＤＰ３０００」（商品名）
（Ｂ）成分；アクリロニトリル−スチレン共重合体：日本Ａ＆Ｌ製「ＡＳ Ｓ−１２００Ｂ」（商品名）
（Ｃ）成分；シリコーン化合物：日信化学工業製「シャリーヌＲ」
：信越化学工業製「ＫＦ９６−１００ｐｏｉｓｅ」「Ｘ−２２−２１０１」（商品名）
（Ｄ）成分；水添スチレン系熱可塑性エラストマー（ＳＥＢＳ）：旭化成製「タフテックＨ１０４１」（商品名）
その他；安定剤：チバガイギー製「Ｉ−１０１０」（商品名）

（３）（二層成形品の調製）
摺動材料の調整に続いて、二層成形品の調製をおこなった。平板状の二層成形ダイスに２台の押出機を接続し、一方から本体部の材料となるオレフィン系ＴＰＶを、もう一方から実施例１〜５の摺動材料を吐出させて、二層成形品を得た。比較例１及び２の摺動材料ペレットは（Ｃ）成分が十分に分散されず、均質なペレットではなかったので、二層成形品の調整は行わず、以下の評価を中止した。（Ｃ）成分が分散されなかったのは、（Ｂ）成分が無いために、（Ｃ）成分を取り込む機構が形成されなかったためと考えられる。

（４）（成形性）
上記「二層成形品の調製」において実施例１〜５の摺動材料を二層成形ダイスで押出した際の、ダイス部分へのシリコーンの付着（メヤニ）を観察した。摺動部材表面にシリコーン化合物がブリードしていないものを「良好」とした。

（５）破断強度、伸び、硬度、比重
実施例１〜５の摺動材料について、破断強度、伸びをＪＩＳ Ｋ ６７２３規定の試験方法で、硬度をＪＩＳ Ｋ ７２１５規定の試験方法で、比重をＪＩＳ Ｋ ７１１２規定の試験方法で、測定した。

（６）摺動性
摺動部材層をコートした二層部分が可橈するように、（３）（二層成形品の調製）で得られた二層成形品（試料）を治具で固定した。図３はこの治具の模式断面図である。同図に示す治具３は、支持板４０と、二層成形品３２を保持するための第１の固定部材４２、第２の固定部材４４及び第３の固定部４１（支持板４０と一体となった凸部）と、第１の固定部材４２及び第２の固定部材４４を支持板４０上に固定するためのボルト４６と、から構成されている。この治具を摺動試験機に固定し、試料に１７Ｎの荷重を掛けて、モータを駆動させガラス板（長さ５０ｍｍ）を水平運動させて（平均１５０ｍｍ／秒）、二層成形品３２（試料）を摺動し、摺動性を評価した。図４は摺動性の評価に用いた摺動試験機の模式断面図である。図４に示す摺動試験機４は、二層成形品３２を保持する治具３を長手方向に固定するための支持板５１と、支持板５１上に備えられたモータ５２と、モータ５２の回転運動を平行する２本のロッド５６に沿った直線運動に変換するアーム５４と、ベアリングを介して往復直線運動するガラス保持部材５８及びロードセル固定部材６０と、二層成形品３２を摺動するガラス板５７と、摺動による抵抗を検出するロードセル５９と、を備えている。

この場合において、以下のＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄの一連のセットを７セット繰り返した。セット中における、ガラス板と試料との動的摩擦係数を記録したものを図５に示す。図５では、各セットでの最初と最後の動的摩擦係数をプロットした。
Ａ．泥水を付けて１００回（５０サイクル）摺動。
Ｂ．試料上の泥水をガーゼで拭きとり、水を付けて１００回摺動。
Ｃ．試料上の水をガーゼで拭きとり４００回摺動。
Ｄ．水を付けて１００回摺動。（４）〜（６）の評価結果を以下の表２に示す。

上記の結果から、摺動耐久性の高い摺動部材が得られることが確認された。

本発明の摺動部材は、ガラスランチャンネル等の自動車部品に限らず、サッシ窓用気密材にも使用することができる。

実施形態に係る摺動部材を備えた成形品の断面図である。 摺動部材の相分離構造を示す模式図である。 二層成形品を固定する治具の模式図である。 摺動試験機の模式図である。 動的摩擦係数の変化を表した図である。

符号の説明

１…摺動部材を備えた成形品、２…摺動部材の内部模式図、３…治具、４…摺動試験機、１０…成形品本体部、１１…摺動部材、２０…Ｂ相、２１…Ａ相、２２…ハードセグメント相、２３…ソフトセグメント相、２４…空隙、２５…潤滑剤、３２…二層成形品、４０，５１…支持板、４１…第３の固定部、４２…第１の固定部材、４４…第２の固定部材、４６…ボルト、５２…モータ、５４…アーム、５６…ロッド、５７…ガラス板、５８…ガラス保持部材、６０…ロードセル固定部材。

Claims (6)

1. （Ａ）成分：ポリオレフィン、
   （Ｂ）成分：アクリロニトリル及びスチレンをモノマー単位として含む共重合体からなる分子鎖を有するアクリロニトリル含有高分子、及び
   （Ｃ）成分：潤滑剤
   を含有する摺動部材。
2. 前記潤滑剤が、ポリシロキサンである請求項１記載の摺動部材。
3. 前記アクリロニトリル含有高分子が、前記アクリロニトリル及びスチレンをモノマー単位として含む共重合体からなる分子鎖をハードセグメントとして有し、該ハードセグメントと結合したソフトセグメントとしての分子鎖を更に有するブロック共重合体である、請求項１又は２記載の摺動部材。
4. 前記ソフトセグメントとしての分子鎖が、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体からなる請求項３記載の摺動部材。
5. 前記（Ａ）成分、（Ｂ）成分、及び（Ｃ）成分とは別に、（Ｄ）成分：エラストマーを更に含有する請求項１から４のいずれか一項に記載の摺動部材。
6. 前記エラストマーが、スチレン及びαオレフィンをモノマー単位として含む共重合体である請求項５記載の摺動部材。

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