JP2550088B2 - ポリフェニレンサルファイド樹脂系摺動部材料 - Google Patents

ポリフェニレンサルファイド樹脂系摺動部材料

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JP2550088B2 JP62198801A JP19880187A JP2550088B2 JP 2550088 B2 JP2550088 B2 JP 2550088B2 JP 62198801 A JP62198801 A JP 62198801A JP 19880187 A JP19880187 A JP 19880187A JP 2550088 B2 JP2550088 B2 JP 2550088B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はポリフェニレンサルファイド樹脂系摺動部
材料に関するものである。
〔従来の技術〕
ポリフェニレンサルファイド樹脂(以下これをPPS樹
脂と略記する)は、耐熱性、成形性、耐薬品性の優れた
樹脂であるが、この樹脂単独では脆弱であるため、ガラ
ス繊維、炭素繊維等の繊維状の充填剤またはシリカ粉、
マイカ粉等の粉末状充填剤を強化材として配合し、機械
的強度、耐摩耗性を改善することが広く行なわれてい
る。また、PPS樹脂それ自体はあまり自己潤滑性に優れ
ていないため、潤滑性を必要とする部分の材料として使
用する際には、四フッ化エチレン樹脂、二硫化モリブデ
ンのような固体潤滑剤またはシリコーンオイル、フッ素
オイルのような潤滑油などを添加して潤滑性を付与しな
ければ目的を達し得ない。しかし、このような潤滑性付
与剤の添加は、耐熱性や機械的強度に悪影響を及ぼし、
特に弾性率を大きく低下させる結果となる。したがっ
て、近年音響機器部品、情報機器部品等において、たと
えば光ピックアップのレンズホルダーのように10kHz以
上の高い振動数で運動させる部品においては、部品自体
の共振を防ぐために出来るだけ弾性率の高い材料が要求
されていることから、上記した潤滑性付与剤の添加によ
る弾性率の低下は大きな弊害となっていた。そこでこの
ような問題点を解決するために、ガラス繊維、炭素繊維
などの強化剤、特に高弾性率が得られることから炭素繊
維、と潤滑性付与剤の併用が行なわれているが、低い摩
擦係数を得るためには相当量の潤滑性付与剤の添加が必
要であり、その結果弾性率の低下が起こっている。さら
に、繊維状強化剤を添加した場合、強化効果の大きいガ
ラス繊維、炭素繊維の使用においては、摺動相手材を著
しく損傷させること、またPPS樹脂系摺動部材料は、特
に潤滑性付与剤が添加されていないかまたは添加されて
いてもその量の少ないものについては、摺動時間の経過
とともに徐徐に摩擦係数が大きくなり、かつ摩擦トルク
の変動幅も大きくなるなどの欠点を有し、この傾向は摺
動時のPV値(面圧と速度の積)が高い時または相手材の
面粗さが大きい時に顕著である。これはPPS樹脂は高い
融点をもつ耐熱性樹脂であるが、そのガラス転移点は比
較的低く90℃前後であることから長時間の摺動またはPV
値の高い時など摩擦表面温度がこの温度を超えると相手
材へのPPS樹脂の移着が増加し、相手材表面粗さの突起
の影響がなくなって、事実上の接触面積が増大し、かつ
この移着膜にポリイミド樹脂、四フッ化エチレン樹脂の
ような潤滑性はなく、その上充填剤を添加しているとき
には、上記の移着現象によって表面層のPPS樹脂が少な
くなる結果、摺動面に良好な潤滑作用のない充填剤の濃
度が増大することなどが関係しているのではないかと推
定される。
〔発明が解決しようとする問題点〕
このように、従来の技術においてはPPS樹脂本来の耐
熱性、耐薬品性等の優れた性質を保持し、しかも耐摩耗
性、機械的強度特に弾性率に優れ、長期にわたって優れ
た潤滑性を維持し、かつ相手材損傷性が非常に小さいと
いう実用性の大きいPPS樹脂系摺動部材料は得られない
という問題点があった。
〔問題点を解決するための手段〕
上記の問題点を解決するために、この発明はPPS樹脂1
00重量部に対して、引張り弾性率が35000kg/mm2以上で
あり、かつ引張り伸び率1.0%以下の炭素繊維を10〜150
重量部含有させたPPS樹脂系摺動部材料とする手段を採
用したものである。以下その詳細を述べる。
まず、この発明で使用するPPS樹脂は、一般式 で表わされる繰り返し単位からなる重合体であって、特
に繰り返し単位を90モル%以上含むものが特性上好まし
いが、90モル未満では期待する性質の組成物は得難くな
るので好ましくない。そしてこのような重合体を得るに
は既によく知られた方法を使用すればよいが、たとえば
硫化ナトリウムとp−ジクロルベンゼンとをN−メチル
ピロリドン、ジメチルアセトアミドなどのアミド系溶媒
もしくはスルホランなどのスルホン系溶媒中で反応させ
るのが好適である。なお、重合体の結晶性に影響を与え
ない範囲で、たとえば などの共重合成分を10モル%未満含んでもよい。このよ
うなPPS樹脂は、たとえば特公昭44−27671号公報および
同45−3368号公報に開示されているようなハロゲン置換
芳香族化合物と硫化アルカリとの反応、特公昭46−2725
5号公報に開示されているようなチオフェノール類のア
ルカリ触媒または銅塩等の共存下における縮合反応等に
よって合成されるが、目的に応じて具体的な方法を任意
に選択することが出来る。なお、PPS樹脂は上記のよう
な縮合等の反応直後においては、白色に近く低分子量、
低粘度の未架橋品であるから、これを空気中において融
点以下に加熱し酸化架橋させるか、または縮合反応の工
程で分子量を高めるなどして、押出成形、射出成形等に
適する溶融粘度のものに変化させてもよい。
つぎに、この発明に使用する炭素繊維は、引張り弾性
率が35000kg/mm2以上であれば、アクリロニトリル系、
ピッチ系、セルロース系等原料を特に限定するものでは
ないが、機械的強度を高める補強効果の優れている点を
勘案すればアクリロニトリル系炭素繊維が好ましい。こ
こで、PPS樹脂の強化剤として通常使用されるアクリロ
ニトリル系炭素繊維の弾性率は24000kg/mm2程度であ
り、この発明における規定値35000kg/mm2未満の炭素繊
維を添加したPPS樹脂系の摺動部材料では、既に述べた
ように長時間の摺動によって摩擦係数は増大し、相手材
を著しく損傷させるが、35000kg/mm2以上の引張り弾性
率をもった炭素繊維を添加したPPS樹脂は四フッ化エチ
レン樹脂のような潤滑性付与剤を用いていないにも拘ら
ず、低い摩擦係数を長時間にわたって維持でき、相手材
を殆んど損傷させないことは驚くべきことである。この
理由は明らかではないが、前記したようにPPS樹脂のガ
ラス転移点以上に摺動面の温度が上昇したとき、相手材
へ移着したPPS樹脂の皮膜を炭素繊維のエッジ等で取り
除く作用とともに、表面の移着によって高い密度で露呈
した炭素繊維が、その高い弾性率および低い引張り伸び
率の物性ゆえに、相手材によってエッジ部から軽い力で
次第に粉状にこすり取られる。そして、このような粉状
の炭素繊維は、摺動面上で個々にコロのように転動する
ため、摺動面の摩擦係数が低下していると考えられる。
すなわち、この発明のPPS樹脂系摺動材料に使用する
炭素繊維は、従来の低弾性率の炭素繊維のように、母材
から摺動面に突出して折れ曲がった状態にはならないの
で、PPS樹脂がガラス転移点を越える高温で相手材への
移着量を増加させる状態に至っても、摺動抵抗を増加さ
せることはなく、それどころか粉状となって個々に転動
することにより摺動抵抗を低減させていると考えられ
る。
したがって、この発明に用いる炭素繊維は、引張り伸
び率の小さいもの、具体的には引張り伸び率1.0%以下
のものが好ましいことになる。また、炭素繊維の繊維長
は、特に限定するものではないが、1〜6mm程度のもの
が望ましい。これは1mm未満の短繊維では混練時の応力
でさらに短くなって強化剤効果が低下し、一方6mmを越
える長繊維では混練時の分散性が悪くなって好ましくな
いからである。
さらにこの発明におけるPPS樹脂と炭素繊維との配合
割合を100重量部に対して10〜150重量部とする理由は、
炭素繊維が10重量部未満の少量では充分な潤滑性、耐摩
耗性、弾性率が得られず、逆に150重量部を越える多量
では溶融時に流動性が非常に悪くなって成形が困難とな
るからである。なお、この発明の組成物においても、通
常の樹脂組成物におけると同様に、この発明の目的を阻
害しない範囲内で、たとえば、グラファイト、カーボ
ン、二硫化モリブデン、フッ素樹脂、シリコーン油、フ
ッ素化油などの潤滑性向上剤、ガラス繊維、ボロン繊
維、炭化珪素繊維、アスベスト、ロックウール、ウォラ
ストナイト、チタン酸カリウムホイスカーなどの強化
剤、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、三酸化アンチ
モンなどの難燃剤、クレー、マイカ、石綿、シリカなど
の電気的特性改良剤、硫酸バリウム、シリカ、メタ珪酸
カルシウムなどの耐酸性向上剤、鉄、亜鉛、アルミニウ
ム、銅などの金属粉末の熱伝導度向上剤、ガラスビー
ズ、ガラス球、ガラスバルーン、アルミナ、タルク、そ
の他金属酸化物等の増量剤、さらには顔料などであり、
いずれもPPS樹脂の成形温度に耐える物質であればよ
い。
以上述べたこの発明の諸原材料物質を混合する方法
は、特に限定されるものではなく、たとえばPPS樹脂と
炭素繊維および必要に応じて各種添加剤をそれぞれ個別
に、または二種以上を同時にヘンシェルミキサー、ボー
ルミル、タンブラーミキサ等の混合機を用いて乾式混合
した後に、熱ロール、ニーダ、バンバリーミキサ、溶融
押出し機などで溶融混合したものを所定の形状に溶融成
形すればよい。この際の溶融混合温度はPPS樹脂が溶融
する温度以上、具体的には280〜400℃、好ましくは280
〜350℃が適当である。
〔実施例〕
実施例および比較例に使用した原材料を一括して示す
とつぎのとおりである。なお〔 〕内に略号を記入し、
また配合割合はすべて重量部である。
(1) ポリフェニレンサルファイド樹脂 〔PPS〕(米国フィリップ・ペトロリアム・インター
ナショナル社製:ライトンP−4)、 (2) 炭素繊維 〔HM−35〕(東邦レーヨン社製:ベスフライトHM−3
5、引張り弾性率35000kg/mm2、引張り伸び率0.77%)、 〔HM−40〕(同上社製:ベスフライトHM−40、引張り
弾性率40000kg/mm2、引張り伸び率0.65%)、 〔HTA〕(同上社製:ベスフライトHTA、引張り弾性率
24000kg/mm2、引張り伸び率1.52%)、 〔IM−40〕(同上社製:ベスフライトIM−40、引張り
弾性率30000kg/mm2、引張り伸び率1.40%)、 (3) 充填剤 〔マイカ〕(カナダマイカ社製:マイカS−325)、 〔タルク〕(松村産業社製:P−2)、 (4) 潤滑性付与剤 〔PTFE〕(三井デュポンフロロケミカル社製:テフロ
ン7J)、 〔SIL〕(信越化学社製:シリコーンオイルKF−9
6)、 実施例1〜7: 炭素繊維をエポキシ系サイジング剤で集束させ、繊維
長6mmに切断した後、諸原料を第1表に示す配合割合で
予め乾式混合した後、二軸抽出機(池貝鉄工社製:PCM−
30)に供給し、シリンダー温度300℃、スクリュー回転
数50rpmの条件で抽出し造粒した。得られたペレットを
シリンダー温度320℃、射出圧900kg/cm2、金型温度135
℃の条件のもとに射出成形し、円筒(外径23mm、内径14
mm、長さ13mm)、板(長さ126mm、幅12.7mm、厚さ3.2m
m)の試験片を得た。得られた円筒試験片に対しては動
摩擦係数、摩耗係数および相手材の損傷度を、また板状
試験片に対して曲げ強度、曲げ弾性率を測定した。測定
方法はそれぞれつぎのとおりである。
(1) 動摩擦係数、摩耗係数および相手材損傷度: 円筒状試験片に対して、スラスト型摩擦摩耗試験機を
使用し、荷重1.5kg/cm2、速度128m/分の条件下にステン
レス鋼(SUS 420J2)を相手材として摺動試験を行な
い、動摩擦係数については1時間摺動後の値と100時間
摺動後の値を測定した。また摩耗係数については100時
間摺動前後の重量変化を求めその値から算出する。ま
た、相手材損傷度は100時間摺動後の相手材摺動面の摩
耗深さをサーフコーダ(小坂研究所製:モデルSE−3E)
を用いて測定し、その最大深さを求めた。
(2) 曲げ強度および曲げ弾性率: 板状試験片に対し、ASTM−D790)に基づく方法を用い
た。
以上の各測定結果を第1表に併記した。
比較例1〜8: 諸原材料を第2表に示す配合割合で混合したこと以外
は実施例1と全く同じ操作を行なって円筒状および板状
の試験片を作製し、同様の諸特性値を求めた。なお、比
較例2については炭素繊維の配合量がこの発明の限定範
囲を越える多量であって、射出成形時において流れ不良
となり試験片の作製が不能となり、測定が出来なかっ
た。このような比較例2以外の比較例において得られた
測定値は第2表に併記した。
第1表および第2表を比較すれば、実施例1〜7は曲
げ強度、曲げ弾性率の機械的強度および耐摩耗性に優
れ、特に100時間摺動後の動摩擦係数が初期(1時間
後)の値と殆ど変化なく、非常に小さい値を示してい
る。また相手材も損傷を受けることなくきわめて優れた
摺動材であることがわかった。これに対して、比較例1
のようにこの発明における特定炭素繊維を配合しても、
その配合量が限定範囲よりも少ないときは、機械的強度
は小さく潤滑性、耐摩耗性も共に不満足なものとなっ
た。また、比較例3〜8のように、この発明において特
定されない炭素繊維を配合したものは、潤滑性、耐摩耗
性において不満足であり、特に長時間の摺動によって摩
擦係数が増大し、また相手材損傷度も大きい、ただ、四
フッ化エチレン樹脂を多量に配合した比較例7は、比較
例の中ではやや良好な潤滑性および耐摩耗性を示してい
るが、その程度は実施例1〜7に比べるとまだ低く、特
に機械的強度が著しく低下していることがわかる。
〔効果〕
この発明のPPS樹脂系摺動材は、PPS樹脂特有の優れた
耐熱性、耐薬品性などを保有し、しかも長期に安定した
低摩擦性、耐摩耗性、高機械的強度をも兼備し、PPS樹
脂のガラス転移点を越える高温状態でも低摩擦係数であ
り、かつ相手材の損傷性も非常に小さいことから、自動
車、航空・宇宙機器、一般産業機器、情報機器、事務機
器、音響機器、光学機器その他電気・電子機器などあら
ゆる分野の機器具用部品として広く利用することが出来
るが、中でも各種軸受類、スラストワッシャー、ギヤ、
カム、ピストンリング、コンプレッサベーン、各種バル
ブ、保持器、エンジン周辺の各部品等に利用すれば、特
に優れた摺動特性を発揮させることが出来、さらに光ピ
ックアップのアクチュエータ等の高振動部品に使用すれ
ば高い弾性率特性をも充分に発揮させることが出来るの
で、この発明の意義はきわめて大きいと言える。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ポリフェニレンサルファイド樹脂100重量
    部に対して、引張り弾性率が35000kg/mm2以上であり、
    かつ引張り伸び率1.0%以下の炭素繊維を10〜150重量部
    添加したことを特徴とするポリフェニレンサルファイド
    樹脂系摺動部材料。
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