JP2602363B2 - 樹脂組成物 - Google Patents

樹脂組成物

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、摺動材用樹脂組成物に関するものである。
〔従来の技術〕
ポリイミド樹脂は、機械的性質、熱的性質、電気的性
質などに優れた性能を有しているため、広範囲の分野で
利用されているが、溶融粘度が高くて成形加工性が悪
い、結晶化に伴う熱処理過程での寸法変化が大きい等の
欠点を有している。
本発明者らは、既に、上記欠点を改良するにはポリイ
ミド樹脂にサーモトロピック液晶ポリマーを配合するこ
とが有効であることを見出し、特許出願した(特開平4
−175373)。この樹脂組成物は、耐熱性、強靭性、加工
性等に優れている為、従来、金属またはセラミックスの
領域と考えられていた分野への用途開発が進められてい
る。
これらの樹脂組成物も、潤滑性の点では未だ十分に満
足のいくものではなく更に改良の余地がある。したがっ
て、摺動材料に使用する際には一般的に黒鉛、二硫化モ
リブデン、金属石ケン、フッ素樹脂、鉱油、合成油、ワ
ックス等の固体潤滑剤または潤滑油を単独もしくは併用
して分散含有させるなどの方法が採られる。
しかし、これらの方法はいずれも摺動特性を根本的に
改善するものとは言えない。すなわち、固体潤滑剤を配
合しても、基材樹脂の自己潤滑性の向上は殆ど期待でき
ず、例えば、フッ素樹脂等の低摩擦性合成樹脂を混入す
る場合には、添加量が比較的多量であれば摩擦係数が小
さくなるものの機械的強度、特に高温時の強度は低下し
耐摩耗性も悪くなる。また、潤滑油を分散含有させたも
のは摩擦係数が小さく、耐摩耗性もよくなるが、摺動材
にした場合、潤滑油が摺動材表面に浮き出し、摺動材と
してバラツキが大きくなり、広範囲の温度領域での使用
が困難となる。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の課題は、ポリイミド樹脂とサーモトロピック
液晶ポリマーからなる樹脂組成物において、優れた耐熱
性、強靭性に加え、優れた摺動特性を付与することにあ
る。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者らは、前記の課題を解決する為に鋭意検討し
た結果、ポリイミド樹脂とサーモトロピック液晶ポリマ
ーを含有してなる樹脂組成物にフェノール樹脂硬化物と
固体潤滑剤を配合することにより、摺動特性が顕著に向
上することを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明の樹脂組成物は、式(I) (式中、Xは直接結合、−C(CH3−、−C(CF3
−、−CO−、−S−および−SO2−から成る群より選
ばれた2価の基を示し、Rは から成る群より選ばれた4価の基を示す)で表される繰
り返し単位からなるポリイミド樹脂50〜99重量%と、式
(II)、式(III)および(IV) で表される構成単位からなるサーモトロピック液晶ポリ
マーの1種または2種以上の混合物50〜1重量%とを含
む樹脂組成物100重量部に対して、フェノール樹脂硬化
物3〜50重量部および固体潤滑剤1〜25重量部を含有し
てなることを特徴とする摺動材用樹脂組成物である。
上記式(I)のポリイミド樹脂は、式(V)で表され
るエーテルジアミンと、式(VI)で表されるテトラカル
ボン酸二無水物の1種以上とを通常公知の方法で反応さ
せて容易に製造することができる。
(式中、Xは一般式(I)の場合と同じ) (式中、Rは一般式(I)の場合と同じ) 本発明に係るポリイミドは、エーテル結合を有するジ
アミンを原料として用いることに特徴があり、特開昭61
−143478、同62−68817、同62−86021、米国特許第48,4
73,495号等に記載の方法により容易に製造できる。
中でも好ましいポリイミドは、下記の原料を用いて製
造できる。即ち、エーテルジアミンとして4,4′−ビス
〔4−(3−アミノフェノキシ)フェニル〕スルフィ
ド、4,4′−ビス〔4−(3−アミノフェノキシ)フェ
ニル〕スルホン、4,4′−ビス(3−アミノフェノキ
シ)ベンゾフェノン、4,4′−ビス(3−アミノフェノ
キシ)ビフェニル、2,2′−ビス〔4−(3−アミノフ
ェノキシ)フェニル〕プロパンまたは2,2′−ビス〔4
−(3−アミノフェノキシ)フェニル〕−1,1,1,3,3,3
−ヘキサフルオロプロパンが挙げられ、これらの中から
選ばれる化合部を単独、または2種以上混合したもので
ある。
またテトラカルボン酸二無水物として、エチレンテト
ラカルボン酸二無水物、シクロペンタンカルボン酸二無
水物、ピロメリット酸二無水物、1,2,3,4−ベンゼンテ
トラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラ
カルボン酸二無水物、1,4,5,8−ナフタレンテトラカル
ボン酸二無水物、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン
酸二無水物、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸二無
水物、2,3,6,7−アントラセンテトラカルボン酸二無水
物、1,2,7,8−フェナントレンテトラカルボン酸二無水
物、2,2′,3,3′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水
物、3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水
物、2,2′,3,3′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二
無水物、3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン
酸二無水物、p−フェニレンオキシジ(4−フタル酸)
二無水物、2,2′−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)
プロパン二無水物、2,2′−ビス(2,3−ジカルボキシフ
ェニル)プロパン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシ
フェニル)エーテル二無水物、ビス(3,4−ジカルボキ
シフェニル)スルホン二無水物、1,1,−ビス(2,3−ジ
カルボキシフェニル)エタン二無水物、ビス(2,3−ジ
カルホキシフェニル)メタン二無水物、ビス(3,4−ジ
カルボキシフェニル)メタン二無水物、であり、これら
の中から選ばれる化合物を単独、または2種以上を混合
したものが用いられる。
本発明の組成物に使用されるポリイミドは、これらの
ジアミン化合物とテトラカルボン酸二無水物を反応させ
て得られる。とくに、本発明の組成物で使用されるポリ
イミドは、対数粘度が、通常0.35〜0.65dl/g、好ましく
は0.40〜0.60dl/gの範囲のものである。この対数粘度が
0.35未満であると機械特性、耐久性が不十分となり、ま
た、0.65を越えると成形性が低下し射出成型困難とな
る。
なお、ここで言う対数粘度は、パラクロロフェノール
/フェノール(90/10重量比)の混合溶媒中、濃度0.5g/
100ml−溶媒で加熱溶解した後、35℃に冷却して測定さ
れたものである。
また、本発明で用いられるサーモトロピック液晶ポリ
マーは、式(II)、式(III)および式(IV)で表され
る構成単位からなる熱可塑性樹脂である。
このサーモトロピック液晶ポリマーで市販されている
代表的なものには、日本石油化学(株)「ザイダー」
(商標)、住友化学工業(株)「エコノール」(商標)
等が挙げられる。
本発明の摺動材用樹脂組成物(以下単に本発明の組成
物と言うことがある)において、ポリイミドとサーモト
ロピック液晶ポリマーとを含む樹脂組成物の両者の配合
割合は、ポリイミド樹脂50〜99重量%とサーモトロピッ
ク液晶ポリマー50〜1重量%である。サーモトロピック
液晶ポリマーの配合割合が、50重量%を越えると得られ
る樹脂組成物のウエルド強度が低下し、また異方性が目
立つ様になる。また、1重量%未満では得られる樹脂組
成物の成型加工性が充分でなく、結晶化遠度および熱処
理(アニール)過程での成型品の寸法安定性も改良され
ない。
本発明の摺動材用樹脂組成物は、上記の樹脂組成物に
必須の成分としてフェノール樹脂硬化物および固体潤滑
剤を含有してなるものである。
フェノール樹脂硬化物は、フェノール類にホルマリン
発生化合物を用いて製造されるノボラック型またはレゾ
ール型フェノール樹脂に必要に応じて公知の充填材を含
有させ、そのままもしくはヘキサミン等の架橋剤を加え
て加熱し、硬化物とした後粉砕したものである。その製
造方法は、例えば、特開昭57−17701号公報、同58−171
14号公報その他に数多く開示されており、市販品として
は、鐘紡社製のベルパール(登録商標)などを挙げるこ
とができる。
本発明の組成物に含有されるフェノール樹脂硬化物
は、熱不融性の粒状もしくは粉末状樹脂であり、平均粒
径が50μm以下で、しかも80重量%以上が150μm以下
の粒径のものが好ましい。
フェノール樹脂硬化物の粒径があまり大きすぎると、
成形した際に粉末の各粒子間相互の密着が不充分となっ
て成形品のバラツキが生じ、成形体の摩耗性や曲げ強度
等の機械的強度が低下するので好ましくない。
また、フェノール樹脂硬化物は、充分に硬化している
ことが必要であり、例えば、硬化度を表す尺度である”
メタノールに対する溶解度”、すなわち、試料約10gを
精秤し(その精秤重量をW0とする)、100%のメタノー
ル約500mlの中で30分間還流下に加熱処理した後、ガラ
スフィルターで濾過し、更にフィルター残試料をフィル
ター上で約100mlのメタノールで洗浄し、次いでフィル
ター残試料を70℃の温度で2時間乾燥し(その精秤重量
をW1とする)、次式で求めたメタノール溶解度が、 20重量%以下、好ましくは15重量%以下である。メタノ
ール溶解度が20重量%を越えると、成形時に発泡が起こ
り、成形体に空隙および微小クラック等を生じることが
あり、好ましくない。
これらのフェノール樹脂硬化物の配合量は、ポリイミ
ド樹脂とサーモトロピック液晶ポリマーからなる前記樹
脂組成物100重量部に対して、3〜50重量部、好ましく
は8〜40重量部である。3重量部未満では、耐摩耗性効
果が得られず、50重量部を越える量では、組成物の溶融
粘度が高くなり、溶融成形が出来ないばかりか、摩擦係
数を低下させることができず、摺動材料として好ましく
ない。
更に、本発明の組成物に含有される固体潤滑剤は、前
記のフェノール樹脂硬化物と共に基材樹脂の摺動特性を
改善するものであって、例えば、四フッ化エチレン樹脂
(以下、PTFEと略記する)、黒鉛、二硫化モリブデン、
二硫化タングステン、フッ化黒鉛、窒化ホウ素、窒化ケ
イ素、一酸化鉛などの金属酸化物等である。
この固体潤滑剤の添加量は、ポリイミド樹脂とサーモ
トロピック液晶ポリマーからなる前記樹脂組成物100重
量部に対して、1〜25重量部、好ましくは3〜14重量部
である。1重量%未満では摺動特性の改良効果がなく、
一方、25重量部を越えると芳香族ポリイミド樹脂本来の
機械的強度を低下させ好ましくない。
尚、本発明の組成物には、必要に応じガラス繊維、光
学繊維、セラミック繊維、アラミド繊維、チタン酸カリ
ウム繊維、金属繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維、カ
ーボンウィスカー、アスベスト、ロックウール等の繊維
状強化材、炭酸カルシウム、マイカ、ガラスビーズ、グ
ラファイト、二硫化モリブデン、クレー、シリカ、アル
ミナ、タルク、ケイソウ土、水和アルミナ、シラスバル
ーン等の充填剤、滑剤、離型剤、安定剤、着色剤の他、
他の熱可塑性樹脂(例えば、ポリフェニレンサルファイ
ド、ポリエーテルイミド、ホリエーテルサルホン、ポリ
エーテルケトンなど)、熱硬化性樹脂(例えば、フェノ
ール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド
樹脂、ポリアミドイミド樹脂など)を併用してもよい。
本発明の組成物を調製するための諸原材料を混合する
手段は、特に限定されるものではなく、原料を個別に溶
融混合機に供給しても、また予めヘルシエルミキサー、
ボールミキサー、リボンブレンダー等の汎用の混合機を
用いて2種以上のものを同時に混合してもよい。通常、
混合温度は、250〜420℃、好ましくは300〜400℃であ
る。
本発明の組成物を用いた成形方法も、圧縮成形、焼結
成形等を適用し得ることは勿論であるが、均一溶融ブレ
ンド体を形成し、生産性の高い射出成形若しくは押出成
形を行うことができる。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例および比較例により詳細に説明
する。
なお、実施例および比較例で用いたサーモトロピック
液晶ポリマー、フェノール樹脂硬化物および固体潤滑剤
は次の通りである。また、配合割合は重量部である。
サーモトロピック樹脂ポリマー: 日本石油化学社製 Xydar SRT−500 住友化学工業社製 エコノールE−6000 フェノール系樹脂: 鐘紡社製 ベルパールR−900、C−2000、用いたペル
バールR−900は、平均粒径が48μmメタノール溶解度
が5重量%以下である。ベルパールC−2000は、平均粒
径が22μm、メタノール溶解度が0.1重量%以下であ
る。なおメタノール溶解度が小さいほど耐アルコール性
は良好である。
PTFE(LONZA社製:KS−15) 黒鉛(日本黒鉛社製:ACP) 一酸化鉛(品川化工社製:リサージS号) 実施例1〜6 4,4′−ビス(3−アミノフェノキシ)ビフェニルと
ピロメリット酸二無水物を原料として得られた対数粘度
0.45dl/gのポリイミドと各種原材料を第1表に示すよう
な割合で乾式混合した後、二軸押出機を用いて370〜400
℃で押出して造粒し、得られたペレットを射出成形機
(シリンダー温度370〜400℃、射出圧力800kg/cm2、金
型温度180℃)に供給し、後述する各試験法に定められ
た試験片を成形し、摩擦摩耗特性、曲げ強度、曲げ弾性
率、軟化温度を測定した。
対数粘度はポリイミド粉末0.5gを100mlの溶媒(p−
クロロフェノール/フェノール=90/10重量比)で加熱
溶解し、35℃に冷却して測定した値である。得られた結
果を第1表に併記した。尚、各試験方法は次の通りであ
る。
1)摩擦係数: スラスト型摩擦摩耗試験機を用い、面圧1.1kg/cm2
滑り速度毎分150m、相手材SUJ2、無潤滑、運転時間60分
時の摩擦係数を求める。
2)摩耗係数(cm2/kg・m): 摩擦係数の測定に用いた試験機を使用し、面圧0.78kg
/cm2滑り速度毎分128m、相手材SUJ2、無潤滑、運転時間
約100時間における摩耗試験結果から摩耗係数を求め
る。
3)曲げ強度(kg/mm2)および曲げ弾性率: ASTM−D790による。
4)軟化温度(℃): 熱機械的分析装置(島津製作所製:TM−30)を用い
て、昇温速度毎分5℃、圧力18.6kg/cm2としたTMA針入
法による針入開始温度から求めた。
実施例7 ビス〔4−(3−アミノフェノキシ)フェニル〕スル
フィドとピロメット酸二無水物を原料として得られた対
数粘度0.46dl/gのポリイミドを使用した以外は実施例2
と同様の評価を行った。その結果を表1表に示す。
比較例1〜7 諸原材料の配合割合を第2表に示したようにした以外
はすべて実施例1と全く同様の操作を行って試験片を作
製し、それぞれの性質を測定し、得られた結果を第2表
に併記した。
尚、比較例1、2および5においては固体潤滑剤のみ
添加しフェノール樹脂は添加せず、比較例3および4で
は固体潤滑剤およびフェノール樹脂の両者を添加したも
のの、いずれもこの発明の限定範囲外の添加量のもので
あり、比較例6においてはフェノール樹脂は添加されて
いるが固体潤滑剤は添加されておらず、比較例7は芳香
族ポリイミド樹脂のみでフェノール樹脂も固体潤滑剤も
添加されていない。
第1表と第2表とを比較すると、実施例1〜7はいず
れも安定した低摩擦係数および低摩耗係数を示している
が、比較例1〜7は、これらのずれか一方または両方が
非常に大きい値であって、摺動特性が著しく劣っている
ことが明白である。
〔発明の効果〕
以上のことから明らかなように、この発明の摺動材用
樹脂組成物からなる成形品は、基材樹脂であるポリイミ
ド樹脂およびサーモトロピック液晶ポリマーからなる樹
脂組成物本来の耐熱性および機械的特性を損なうことな
く、低摩擦係数を有し、耐摩耗性も非常に優れたもので
ある。従って、この組成物のシート状、フィルム状、棒
状、繊維状などの成形品は、電気・電子機器、航空・宇
宙機器、自動車用機器、事務用機器、一般産業機器その
他各種機器類の摺動部品に広く利用することができるの
で、この発明の意義は極めて大きいと言える。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】式(I) (式中、Xは直接結合、−C(CH3−、−C(CF3
    −、−CO−、−S−および−SO2−から成る群より選
    ばれた2価の基を示し、Rは から成る群より選ばれた4価の基を示す)で表される繰
    り返し単位からなるポリイミド樹脂50〜99重量%と式
    (II)、式(III)および式(IV) で表される構成単位からなるサーモトロピック液晶ポリ
    マーの1種または2種以上の混合物50〜1重量%とを含
    む樹脂組成物と、この樹脂組成物100重量部に対して、
    フェノール樹脂硬化物3〜50重量部および固体潤滑剤1
    〜25重量部を含有してなることを特徴とする摺動材用樹
    脂組成物。
  2. 【請求項2】フェノール樹脂硬化物が、ノボラック型ま
    たはレゾール型フェノール樹脂を硬化した後、粉砕し、
    平均粒径50μm以下で、かつ80重量%以上が、150μm
    以下の粒径のものである請求項第1項記載の摺動材用樹
    脂組成物。
  3. 【請求項3】フェノール樹脂硬化物が、硬化度を表示す
    る尺度である硬化物のメタノール溶解度が20重量%以下
    のものである請求項第1項記載の摺動材用組成物。
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