JP2018193436A

JP2018193436A - 樹脂部材

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Publication number: JP2018193436A
Application number: JP2017096274A
Authority: JP
Inventors: 達志清友; Tatsushi Kiyotomo
Original assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Current assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Priority date: 2017-05-15
Filing date: 2017-05-15
Publication date: 2018-12-06
Anticipated expiration: 2037-05-15
Also published as: JP6449371B2

Abstract

【課題】高温で且つオイルが介在するＷＥＴ環境において摺接抵抗が低い樹脂部材を提供する。【解決手段】樹脂部材は、ベース樹脂と摩擦係数低減剤とを含有する樹脂材料で形成されている。樹脂材料の温度８０℃におけるオイルが介在するＷＥＴ環境での動摩擦係数と下記式（Ｉ）で定義される乗越抵抗指数（ＲＲＦ）との積が２．５０×１０−６以下である。【数１】ｔａｎδ：周波数２００Ｈｚ及び温度８０℃の試験条件の動的粘弾性試験で測定される損失係数Ｅ’：周波数２００Ｈｚ及び温度８０℃の試験条件の動的粘弾性試験で測定される引張貯蔵弾性率【選択図】なし

Description

本発明は樹脂部材に関する。

各種装置の部品として樹脂部材が用いられている。例えば、特許文献１には、ポリアミド樹脂等の結晶性樹脂とポリエチレン樹脂等の固体潤滑剤とを含有する樹脂材料で形成された樹脂歯車が開示されている。

ＷＯ２００４／０１５３０９

本発明の課題は、高温で且つオイルが介在するＷＥＴ環境において摺接抵抗が低い樹脂部材を提供することである。

本発明は、ベース樹脂と摩擦係数低減剤とを含有する樹脂材料で形成された樹脂部材であって、前記樹脂材料の温度８０℃におけるオイルが介在するＷＥＴ環境での動摩擦係数と下記式（Ｉ）で定義される乗越抵抗指数（ＲＲＦ）との積が２．５０×１０^−６以下である。

ｔａｎδ：周波数２００Ｈｚ及び温度８０℃の試験条件の動的粘弾性試験で測定される損失係数
Ｅ’：周波数２００Ｈｚ及び温度８０℃の試験条件の動的粘弾性試験で測定される引張貯蔵弾性率

本発明によれば、樹脂材料の温度８０℃におけるオイルが介在するＷＥＴ環境での動摩擦係数と乗越抵抗指数（ＲＲＦ）との積が２．５０×１０^−６以下であることにより、高温で且つオイルが介在するＷＥＴ環境において低い摺接抵抗を得ることができる。

以下、実施形態について詳細に説明する。

実施形態に係る樹脂部材は、例えば、自動車のエンジン、トランスミッション、クラッチ、ステアリング、サスペンション部に設けられる軸受、ワッシャー、スライダー等の自動車部品の他、電気自動車のモーター軸受等を構成する。

実施形態に係る樹脂部材は、ベース樹脂と摩擦係数低減剤とを含有する樹脂材料（以下「樹脂材料Ａ」という。）で形成されている。そして、この樹脂材料Ａの温度８０℃におけるオイルが介在するＷＥＴ環境での動摩擦係数μ（以下「動摩擦係数μ（ＷＥＴ，８０℃）」という。）と下記式（Ｉ）で定義される乗越抵抗指数（ＲＲＦ）との積が２．５０×１０^−６以下である。

ｔａｎδ：周波数２００Ｈｚ及び温度８０℃の試験条件の動的粘弾性試験で測定される損失係数（以下「ｔａｎδ（２００Ｈｚ，８０℃）」という。）
Ｅ’：周波数２００Ｈｚ及び温度８０℃の試験条件の動的粘弾性試験で測定される引張貯蔵弾性率（以下「Ｅ’（２００Ｈｚ，８０℃）」という。）

実施形態に係る樹脂部材によれば、樹脂材料Ａの動摩擦係数μ（ＷＥＴ，８０℃）と乗越抵抗指数（ＲＲＦ）との積が２．５０×１０^−６以下であることにより、高温で且つオイルが介在するＷＥＴ環境において低い摺接抵抗を得ることができる。本発明者は、オイルが介在するＷＥＴ環境において樹脂部材の摺接抵抗を、単にそれを形成する樹脂材料の動摩擦係数だけで制御することはできず、摺接面の動的な変形によるエネルギー損失も考慮する必要があることを見出すと共に、それを動摩擦係数μ（ＷＥＴ，８０℃）と乗越抵抗指数（ＲＲＦ）との積に基づいて制御することができることをも見出した。

ここで、ベース樹脂は熱可塑性樹脂であることが好ましい。ベース樹脂の熱可塑性樹脂は、結晶性熱可塑性樹脂であることが好ましいが、非晶性熱可塑性樹脂であってもよい。結晶性熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリオレフィン樹脂等が挙げられる。非晶性熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂等が挙げられる。ベース樹脂は、これらのうちポリアミド樹脂を用いることが好ましい。

ベース樹脂のポリアミド樹脂としては、脂肪族ポリアミド樹脂及び半芳香族ポリアミド樹脂が挙げられる。

脂肪族ポリアミド樹脂としては、例えば、ナイロン６（ＰＡ６）、ナイロン１１（ＰＡ１１）、ナイロン１２（ＰＡ１２）、ナイロン４６（ＰＡ４６）、ナイロン６６（ＰＡ６６）、ナイロン９２（ＰＡ９２）、ナイロン９９（ＰＡ９９）、ナイロン６１０（ＰＡ６１０）、ナイロン６１２（ＰＡ６１２）、ナイロン９１２（ＰＡ９１２）、ナイロン１０１０（ＰＡ１０１０）、ナイロン１０１２（ＰＡ１０１２）、ナイロン６とナイロン１２との共重合体（ＰＡ６／１２）、ナイロン６とナイロン６６との共重合体（ＰＡ６／６６）等が挙げられる。

半芳香族ポリアミド樹脂としては、例えば、ナイロン４Ｔ（ＰＡ４Ｔ）、ナイロン６Ｔ（ＰＡ６Ｔ）、ナイロンＭＸＤ６（ＰＡＭＸＤ６）、ナイロン９Ｔ（ＰＡ９Ｔ）、ナイロン１０Ｔ（ＰＡ１０Ｔ）、ナイロン１１Ｔ（ＰＡ１１Ｔ）、ナイロン１２Ｔ（ＰＡ１２Ｔ）、ナイロン１３Ｔ（ＰＡ１３Ｔ）等が挙げられる。

ベース樹脂は、これらのうちの１種又は２種以上の熱可塑性樹脂を含むことが好ましく、高温で且つオイルが介在するＷＥＴ環境において低い摺接抵抗を得る観点からは、結晶性熱可塑性樹脂を含むことがより好ましく、ポリアミド樹脂を含むことが更に好ましく、融点が２５０℃以上のポリアミド樹脂を含むことがより更に好ましく、ナイロン６６、ナイロン９Ｔ、及びナイロン１０Ｔのうちの１種又は２種以上を含むことがより更に好ましい。

樹脂材料Ａにおけるベース樹脂の含有量は、好ましくは８５．０質量％以上９５．０質量％以下、より好ましくは８７．５質量％以上９２．５質量％以下である。

摩擦係数低減剤としては、ポリオレフィン系樹脂、フッ素系樹脂、二硫化モリブデン、
グラファイト（黒鉛）等が挙げられる。ポリオレフィン系樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、それらの共重合体樹脂等が挙げられる。摩擦係数低減剤は、これらのうちの１種又は２種以上を含むことが好ましく、高温で且つオイルが介在するＷＥＴ環境において低い摺接抵抗を得る観点からは、ポリオレフィン系樹脂を含むことがより好ましく、ポリエチレン樹脂を含むことが更に好ましく、分子量が１００万以上の超高分子量ポリエチレン樹脂を含むことがより更に好ましい。また、摩擦係数低減剤は、酸変性されたポリエチレン樹脂を含むことが好ましい。

樹脂材料Ａにおける摩擦係数低減剤の含有量は、好ましくは５．００質量％以上１５．０質量％以下、より好ましくは７．５０質量％以上１２．５質量％以下である。

樹脂材料Ａは、ベース樹脂及び摩擦係数低減剤以外に、酸化防止剤、難燃剤等を含有していてもよい。樹脂材料Ａは、カーボン繊維やガラス繊維やアラミド繊維等の繊維強化材を含有していないことが好ましく、繊維強化材を含有している場合でも、その含有量は、好ましくは５．００質量％以下である。

樹脂材料Ａの動摩擦係数μ（ＷＥＴ，８０℃）と乗越抵抗指数（ＲＲＦ）との積は２．５０×１０^−６以下であるが、好ましくは２．００×１０^−６以下、より好ましくは１．５０×１０^−６以下である。

樹脂材料Ａの動摩擦係数μ（ＷＥＴ，８０℃）は、好ましくは０．０８０以下、より好ましくは０．０６０以下である。樹脂材料Ａの動摩擦係数μ（ＷＥＴ，８０℃）は、鈴木式摩擦摩耗試験機を用い、ＪＩＳＫ７２１８：１９８６に準じ、外径２５．６ｍｍ、内径２０．０ｍｍ、及び高さ１５．０ｍｍの中空円筒状の試験片について、エンジンオイル（ＳＡＥ０Ｗ−２０）が介在したＷＥＴ環境で、試験温度を８０℃、相手材を表面粗さＲａが０．４μｍのＳ５５Ｃ材、面圧力を４．０ＭＰａ、及び摺り速度を５００ｍｍ／秒として実施されるリングオンディスク式の摩擦摩耗試験により測定される。

樹脂材料Ａの乗越抵抗指数（ＲＲＦ）は、上記式（Ｉ）により算出されるが、好ましくは３．００×１０^−５以下、より好ましくは２．５０×１０^−５以下である。

樹脂材料Ａのｔａｎδ（２００Ｈｚ，８０℃）は、好ましくは３．５０×１０^−２以下、より好ましくは３．００×１０^−２以下である。樹脂材料ＡのＥ’（２００Ｈｚ，８０℃）は、好ましくは１．２５Ｐａ以上、より好ましくは１．５０Ｐａ以上である。樹脂材料Ａのｔａｎδ（２００Ｈｚ，８０℃）及びＥ’（２００Ｈｚ，８０℃）は、ＪＩＳＫ７２４４−１：１９９８に準じ、幅４ｍｍ、厚さ２ｍｍ、及び長さ２５ｍｍの短冊状の試験片について、振動周波数を２００Ｈｚ及び試験温度を８０℃として実施される引張振動式の動的粘弾性試験（動的機械特性試験）により測定される。

実施形態に係る樹脂部材は、樹脂材料Ａのペレット等を用い、射出成形、押出成形、プレス成形等により製造することができる。

（樹脂材料）
以下の実施例１〜５及び比較例１〜４を準備した。それぞれの構成は表１及び２にも示す。

＜実施例１〜５＞
ベース樹脂のナイロン６６（アミランＣＭ３００６東レ社製融点２６５℃）を９０．０質量％と摩擦係数低減剤の超高分子量ポリエチレン樹脂（リュブマーＬＹ１０４０三井化学社製）を１０．０質量％とを含有する樹脂材料を実施例１とした。

また、ベース樹脂をナイロン９Ｔ（ジェネスタＮ１０００Ａクラレ社製融点３０６℃）及びナイロン１０Ｔ（ゼコットＸＮ５００ユニチカ社製融点３１５℃）としたことを除いて実施例１と同一構成の樹脂材料をそれぞれ実施例２及び３とした。

更に、ベース樹脂のナイロン９Ｔ及び摩擦係数低減剤の超高分子量ポリエチレン樹脂の含有量をそれぞれ９５．０質量％及び５．００質量％としたことを除いて実施例２と同一構成の樹脂材料を実施例４とした。ベース樹脂のナイロン９Ｔ及び摩擦係数低減剤の超高分子量ポリエチレン樹脂の含有量をそれぞれ８５．０質量％及び１５．０質量％としたことを除いて実施例２と同一構成の樹脂材料を実施例５とした。

＜比較例１〜４＞
ナイロン４６（スタニールＴＳ３４１ＮＤＳＭ社製融点２９５℃）のみで構成された樹脂材料を比較例１とした。

ナイロン６６を８７．０質量％と、無水マレイン酸変性エチレン−オクテンコポリマー（スコナＴＳＰＯＥ１００２ＧＢＬＬＢＹＫ社製）を１０．０質量％と、パラ系アラミド短繊維（テクノーラＴ３２２ＥＨ帝人社製、繊維長３ｍｍ）を３．００質量部とを含有する樹脂材料を比較例２とした。

また、ベース樹脂をナイロン９Ｔ及びナイロン１０Ｔとしたことを除いて比較例２と同一構成の樹脂材料をそれぞれ比較例３及び４とした。

（試験方法）
＜動摩擦係数μ（ＷＥＴ，８０℃）＞
実施例１〜５及び比較例１〜４のそれぞれについて、外径２５．６ｍｍ、内径２０．０ｍｍ、及び高さ１５．０ｍｍの中空円筒状の試験片を作製した。そして、鈴木式摩擦摩耗試験機を用い、ＪＩＳＫ７２１８：１９８６に準じ、エンジンオイル（ＳＡＥ０Ｗ−２０）が介在したＷＥＴ環境で、試験温度を８０℃、相手材を表面粗さＲａが０．４μｍのＳ５５Ｃ材、面圧力を４．０ＭＰａ、及び摺り速度を５００ｍｍ／秒としてリングオンディスク式の摩擦摩耗試験を実施して動摩擦係数μ（ＷＥＴ，８０℃）を測定した。

＜乗越抵抗指数（ＲＲＦ）＞
実施例１〜５及び比較例１〜４のそれぞれについて、幅４ｍｍ、厚さ２ｍｍ、及び長さ２５ｍｍの短冊状の試験片を作製した。続いて、ＪＩＳＫ７２４４−１：１９９８に準じ、振動周波数を２００Ｈｚ及び試験温度を８０℃として引張振動式の動的粘弾性試験（動的機械特性試験）を実施してｔａｎδ（２００Ｈｚ，８０℃）及びＥ’（２００Ｈｚ，８０℃）を測定した。そして、上記式（Ｉ）で定義される乗越抵抗指数（ＲＲＦ）を算出した。また、動摩擦係数μ（ＷＥＴ，８０℃）と乗越抵抗指数（ＲＲＦ）との積を算出した。

＜ジャーナル軸受試験＞
実施例１〜５及び比較例１〜４のそれぞれについて、外径２５ｍｍ、内径２０ｍｍ、及び長さ１０ｍｍの軸受試験片を作製した。Ｓ５５Ｃ材で形成された軸径が２０ｍｍの軸にオイル（ＳＡＥ０Ｗ−２０）を介在させて軸受試験片を外嵌めし、試験温度を８０℃として、軸受試験片に側方から１０００Ｎ（Ｐ＝５ＭＰａ）の負荷を与えた状態で軸を９５５ｒｐｍ（Ｖ＝１０００ｍｍ／ｓｅｃ）の回転数で回転させた。そして、このとき軸に摺接抵抗により発生したトルクを測定した。

（試験結果）
試験結果を表１及び２に示す。

表１によれば、動摩擦係数μ（ＷＥＴ，８０℃）と乗越抵抗指数（ＲＲＦ）との積が２．５０×１０^−６以下である実施例１〜５は、その積が２．５０×１０^−６より大きい比較例１〜４よりもジャーナル軸受試験における軸に摺接抵抗により発生したトルクが小さい、つまり、高温で且つオイルが介在するＷＥＴ環境において低い摺接抵抗を得ることができることが分かる。

本発明は樹脂部材の技術分野について有用である。

本発明は、ベース樹脂と摩擦係数低減剤とを含有する樹脂材料で形成され且つ摺接面を有する樹脂部材であって、前記樹脂材料の温度８０℃におけるオイルが介在するＷＥＴ環境での動摩擦係数と下記式（Ｉ）で定義される乗越抵抗指数（ＲＲＦ）との積が２．００×１０^−６以下であり、前記ベース樹脂は、半芳香族ポリアミド樹脂を含む熱可塑性樹脂であり、前記摩擦係数低減剤は、酸変性された分子量が１００万以上の超高分子量ポリエチレン樹脂を含む。

本発明は、ベース樹脂と摩擦係数低減剤とを含有する一方、繊維強化材を含有していない樹脂材料で形成され且つ摺接面を有する樹脂部材であって、前記樹脂材料の温度８０℃におけるオイルが介在するＷＥＴ環境での動摩擦係数と下記式（Ｉ）で定義される乗越抵抗指数（ＲＲＦ）との積が２．００×１０−６以下であり、前記ベース樹脂は、半芳香族ポリアミド樹脂を含む熱可塑性樹脂であり、前記摩擦係数低減剤は、酸変性された分子量が１００万以上の超高分子量ポリエチレン樹脂を含む。

本発明は、ベース樹脂と摩擦係数低減剤とを含有する一方、繊維強化材を含有していない樹脂材料で形成され且つ摺接面を有する樹脂部材であって、前記樹脂材料の温度８０℃におけるオイルが介在するＷＥＴ環境での動摩擦係数と下記式（Ｉ）で定義される乗越抵抗指数（ＲＲＦ）との積が２．００×１０^−６以下であり、前記ベース樹脂は、半芳香族ポリアミド樹脂を含む熱可塑性樹脂であり、前記摩擦係数低減剤は、酸変性された分子量が１００万以上の超高分子量ポリエチレン樹脂を含む。

Claims

ベース樹脂と摩擦係数低減剤とを含有する樹脂材料で形成された樹脂部材であって、
前記樹脂材料の温度８０℃におけるオイルが介在するＷＥＴ環境での動摩擦係数と下記式（Ｉ）で定義される乗越抵抗指数（ＲＲＦ）との積が２．５０×１０^−６以下である樹脂部材。

ｔａｎδ：周波数２００Ｈｚ及び温度８０℃の試験条件の動的粘弾性試験で測定される損失係数
Ｅ’：周波数２００Ｈｚ及び温度８０℃の試験条件の動的粘弾性試験で測定される引張貯蔵弾性率
請求項１に記載された樹脂部材において、
前記ベース樹脂が熱可塑性樹脂を含む樹脂部材。
請求項１又は２に記載された樹脂部材において、
前記樹脂材料における前記ベース樹脂の含有量が７０．０質量％以上９５．０質量％以下である樹脂部材。
請求項１乃至３のいずれかに記載された樹脂部材において、
前記摩擦係数低減剤がポリオレフィン系樹脂を含む樹脂部材。
請求項１乃至４のいずれかに記載された樹脂部材において、
前記樹脂材料における前記摩擦係数低減剤の含有量が５．００質量％以上１５．０質量％である樹脂部材。