JP2980929B2

JP2980929B2 - 潤滑性ゴム成形体

Info

Publication number: JP2980929B2
Application number: JP2019976A
Authority: JP
Inventors: 芳郎沖; 和俊杉谷; 幸政清水; 秀次八木; 武夫金子
Original assignee: ENUTEIENU KK
Current assignee: ENUTEIENU KK
Priority date: 1989-01-27
Filing date: 1990-01-29
Publication date: 1999-11-22
Anticipated expiration: 2014-11-22
Also published as: JPH02276849A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は潤滑性ゴム成形体に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、潤滑性ゴム材としてウレタン系ゴムおよびジエ
ン系ゴムが優秀な耐油性、耐摩耗性、ゴム弾性、機械的
強度等を生かして、オイルシール、グラスラン、等速ジ
ョイントなどのダストブーツ、各種バルブ、トナーシー
ル等その使用される分野は多岐にわたっているが、近
年、機械や自動車の高性能化、高速化などに伴い、摺動
部に使われるものにはさらに優れた潤滑性が要求される
ようになった。また、複写機、プリンタ、ファクシミ
リ、コンピュータ等の情報関連機器のように室内で使用
するものについては、それらが作動するときに発生する
音が騒音として大きい問題となっており、そのため消音
機能を有し摺動特性に優れたゴム成形品の要求が高まっ
て来た。さらに最近は、半導体レーザを利用したコンパ
クトディスク、ビデオディスク、高ファイル等の光関連
機器において、集光レンズによって結ばれるスポットで
正しくディスク面上のビットの情報を読み取るために
は、外部からこれら機器に加えられる振動に対して良好
な制振作用も兼ね備えた潤滑性に優れた摺動材料が要求
されるようになった。

これらの諸要求を満たす目的で、摺動性の良い合成樹
脂、たとえばポリアミド、ポリアセタール、ポリオレフ
ィン、フッ素樹脂等を用いるか、またはこれら樹脂に各
種エラストマーを配合するなど多くの試みがなされた
が、従来のゴム自体が有するシール性、追従性、制振
性、消音性等の特性が殆んど生かされず、また従来の配
合のジエン系ゴム組成物においては摺動特性について決
して満足出来るものとはいえないので、大きい駆動力を
必要としたり、摩擦音を発したり、スティックスリップ
を起こしたりするばかりでなく、使用時間の長期化につ
れて摩擦抵抗は増大し、摩耗は厳しくなり、さらには摺
動部における発熱も大きくなって、ゴム状弾性体自体の
変形をも招くなど多くの問題があった。一般にゴム状弾
性材を有する摺動材料の摩擦抵抗を小さくするために
は、ゴム状弾性体の表面に、たとえば、特公昭46−2368
1号公報に示されているように、フッ素樹脂フィルムを
貼り合わせる方法（貼着法と略記）、また、たとえば、
特公昭57−32950号公報に示されているように、オレフ
ィン系樹脂を熱溶着させる方法（溶着法と略記）、造膜
性重合体を溶解した有機溶剤中にフッ素樹脂等の個体潤
滑材を分散させた液を塗布して焼き付ける方法（塗布法
と略記）またはフッ素樹脂等の個体潤滑剤もしくはシリ
コーンオイル等の潤滑油を別個にまたは同時にゴム弾性
体に配合するなどの方法（混入法と略記）が採られて来
たが、これら方法にはそれぞれつぎのような欠点があ
る。すなわち、貼着法または融着法においては、フッ素
樹脂フィルムもしくはオレフィン系樹脂フィルムの基材
に対する接着性が非常に悪く、特にフッ素樹脂フィルム
の場合は予め表面処理（アルカリ金属もしくはイオンス
パッタリング等による処理）をする必要があり、たとえ
表面処理が施されているフッ素樹脂フィルムであって
も、またオレンフィン系樹脂の場合であっても、接着性
は不充分であって、使用中にフィルムはよく剥離する
し、複雑な形状の成形体には利用しにくく、フィルムの
膜厚が大きいため、ゴム状弾性体が本来持っている優れ
たシール性、追従性、制振性などの諸特性に悪影響を及
ぼすなどの欠点がある。そして、つぎの塗布法において
は、接着力の点では前記の貼着法、融着法よりは勝って
いるが、元来潤滑性を有しない重合体を使用するため
に、充分な潤滑性を発揮させることは困難であり、さら
に混入法においては、個体潤滑剤を配合する場合、少量
では潤滑性が劣り、多量のときにはゴム状弾性体本来の
諸特性を妨害し、潤滑油を配合する場合には、摺動時に
潤滑油を浸み出させることにより摺動特性を発現させよ
うとするものであるが、摩擦係数が小さい値で安定しな
いこと、温度が高くなると油が浸出してしまうこと、成
形性が悪いこと、成形時もしくは混練時に油が分離しや
すいこと、基材の諸特性が妨害されること、摺動した面
が油で汚染されてほこり等が付着しやすいこと、一旦油
が切れると異常摩耗を起こすなど非常に多くの問題を抱
えている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、従来の技術においては、シール性、追従
性、消音性、制振性などのゴム状弾性体が元来有してい
る機能を低下させず、しかも摩擦係数が小さい値で安定
し、摩耗係数の小さい材料は得られず、数多くの優れた
特性を有するゴム状弾性体も、低摩擦係数が要求される
摺動材料には適しないという問題点があり、これを解決
することが課題であった。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題を解決するために、この発明は、第１必須
成分である熱可塑性のテトラフルオロエチレン・エチレ
ン共重合体と、第２必須成分であるテトラフルオロエチ
レン・プロピレン共重合体、フッ化ビニリデン・ヘキサ
フルオロプロピレン共重合体およびフッ化ビニリデン・
ヘキサフルオロプロピレン・テトラフルオロエチレン共
重合体からなる群から選ばれる１種以上の架橋性共重合
体と、第３必須成分である低分子量含フッ素重合体とを
配合した組成物を加硫して得られる潤滑性ゴム成形体と
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、この発明の第１必須成分であるテトラフルオロ
エチレン・エチレン共重合体には水性媒体中での触媒乳
化重合法、懸濁重合法、触媒溶液重合法、気相重合法、
電離性放射線照射重合法など種々の重合形式で製造され
るもの、またはエチレンとテトラフルオロエチレンの含
有割合が種々変更されたもの、さらにはエチレンおよび
テトラフルオロエチレンの他に少量の共単量体（イソブ
チレン、フッ化ビニル、ヘキサフルオロプロピレン、パ
ーフルオロビニルエーテルなど）または変性剤を含むも
の等が、広範囲にあげられる。そして、この発明におい
ては、通常の場合、テトラフルオロエチレン／エチレン
の含有モル比が40/60から70/30程度、特に45/55から60/
40程度のテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体
が、この発明において望ましいものといえる。共重合体
の分子量は通常５万程度以下が望ましく、特に５千から
２万程度のものが好ましい。また、この共重合体は、温
度300℃、荷重2160gで直径1mm、長さ5mmのオリフィスを
用いて測定される溶融流動性が１〜20（g/10分）、特に
１〜７（g/10分）程度のものが好ましい。さらに、粒径
については充分な弾性体特性を得るため、および、分散
性を考慮して20μｍ以下、特に５〜10μｍ程度が望まし
い。代表例としては結晶融点が265〜270℃の熱可塑性フ
ッ素樹脂である旭硝子社製のアフロンCOP等を挙げるこ
とができる。

一方、この発明の第２必須成分であるテトラフルオロ
エチレン・プロピレン共重合体は、特に限定されるもの
ではなく、広範囲のものを例示することができる。すな
わち、塊状重合、懸濁重合、乳化重合、溶液重合など各
種の重合方式によって製造されるもの、重合開始剤を使
用する触媒重合、電離性放射線重合、レドックス系重合
などの方法によって製造されるもの等が数多く例示でき
る。また、テトラフルオロエチレンとプロピレンの主成
分の他に、これらと共重合することのできる成分、たと
えばエチレン、イソブチレン、アクリル酸およびそのア
ルキルエステル、メタクリル酸およびそのアルキルエス
テル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオ
ロプロピレン、クロロエチルビニルエーテル、パーフル
オロアルキルビニルエーテル等を適当に含有させたテト
ラフルオロエチレン・プロピレン共重合体であってもよ
い。そして、このような共重合体エラストマーを構成す
るテトラフルオロエチレンとプロピレン、さらには必要
に応じて添加される他の成分とのモル比、共重合体の分
子量などは、目的とする架橋体の利用面、テトラフルオ
ロエチレン・エチレン共重合体との混合性、入手の容易
性などにより任意に選定することができる。たとえば、
この発明においては、テトラフルオロエチレン／プロピ
レンの含有モル比が99/1から10/90、好ましくはこの共
重合体エラストマーの特徴である優れた耐熱性などを考
慮して95/5から30/70、特に90/10から45/55であるよう
なテトラフルオロエチレン・プロピレン共重合体を広範
囲に使用することができるのである。なお、テトラフル
オロエチレンおよびプロピレンの主成分以外の前記した
ような成分の含有量は、０〜50モル％、好ましくは３〜
40モル％程度である。また、共重合体の分子量は、通常
５万程度以上が望ましく、可及的に分子量の高いものが
良好な結果を与えるので、たとえば、７万以上、好まし
くは10〜25万程度の分子量のテトラフルオロエチレン・
プロピレン共重合体を用いることもできる。このような
テトラフルオロエチレン・プロピレン共重合体の代表例
として旭硝子社−日本合成ゴム社製のAFLAS等を挙げる
ことができる。

また、この発明における他の第２必須成分であるフッ
化ビニリデン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体およ
びフッ化ビニリデン・ヘキサフルオロプロピレン・テト
ラフルオロエチレン共重合体はいずれも前記テトラフル
オロエチレン・プロピレン共重合体とほぼ同様な方法で
作られるものであり、分子量も10〜25万程度のものが好
ましい。このような共重合体の代表例として、フッ化ビ
ニリデン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体について
は旭モント社製のテクノフロン（FOR420）、昭和電工・
デュポン社製のバイトンＡタイプを、また、フッ化ビニ
リデン・ヘキサフルオロプロピレン・テトラフルオロエ
チレン共重合体については旭モント社製のテクノフロン
（FOR TF50）、昭和電工・デュポン社製のバイトンＢタ
イプを挙げることができる。

上記の第１必須成分のテトラフルオロエチレン・エチ
レン共重合体および第２必須成分である前記所定の架橋
性共重合体（含フッ素エラストマーとも称される。）に
より主として弾性体の特性を得ることができる。また、
より優れた摺動特性を付与するために第３必須成分であ
る低分子量含フッ素重合体を配合しなければならない。
ここで低分子量含フッ素重合体とは、テトラフルオロエ
チレン重合体、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオ
ロプロピレン共重合体（FEP）等のフルオロオレフィン
重合体、主要構造単位−C_nF_2n−０−（ｎは１〜４の整
数）を有するフルオロポリエーテルのうち分子量50000
以下のものをいう。そして、これらのうち、平均粒径５
μｍ以下の次式で示されるテトラフルオロエチレン重合体が最も好まし
く、たとえば、デュポン社製バイダックスAR、旭硝子社
製フルオンルブリカントL169などを挙げることができ
る。

つぎに、−C_nF_2n−０−（ｎは１〜４の整数）の主要
構造単位を有する平均分子量50000以下のフルオロポリ
エーテルとしては、などを例示することができる。そしてこのような重合体
について他の配合材料および添加材に対する親和性（密
着性）の向上のために、イソシアネート基、水酸基、カ
ルボキシル基、エステル基の官能基を含む単位を有する
ものが望ましい。したがって、このようなフルオロポリ
エーテルの具体例としては、が挙げられ、これらを単独使用しても併用してもよい。
また、官能基に活性化水素が含まれているフルオロポリ
エーテルとポリフルオロポリエーテル基を含有しないイ
ソシアナート化合物とを併用しても、また、イソシアネ
ート基を有するフルオロポリエーテルと、各種のフルオ
ロポリエーテル基を含有しないジアミン類、トリアミン
類または各種のフルオロポリエーテル基を含有しないジ
オール類、トリオール類を併用するなどの方法を採用し
てもよい。特に官能基同志が反応して分子量の増大が起
こるようなフルオロポリエーテルを組み合わせて使用す
ることが好ましく、たとえばイソシアネート基を含む単
位を有するものと、水酸基を含む単位を有するものとを
組み合わせるなどは同じように望ましい。

第１必須成分であるテトラフルオロエチレン・エチレ
ン共重合体、第２必須成分である前記所定の架橋性共重
合体（含フッ素エラストマー）および第３必須成分であ
る低分子量フッ素重合体の配合比は、含フッ素エラスト
マーとテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体の重
量比が50:50から95:5の範囲であり、含フッ素エラスト
マーとテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体の合
計100重量部当り低分子量含フッ素重合体５〜50重量部
が好ましい。なぜなら、低分子量含フッ素重合体の量が
５重量部未満では充分な潤滑特性を得ることができず、
50重量部を越えるとゴム材としての弾性特性が損なわれ
るからである。

上記の第１必須成分、第２必須成分および第３必須成
分を含む組成物を加硫するために、有機過酸化物などの
架橋剤を配合する。また、この発明の効果を損なわない
範囲で上記した成分の他に各種添加剤を配合してもよ
い。例えば、ステアリン酸ナトリウム、酸化マグネシウ
ム、水酸化カルシウムなどの酸化防止剤または受酸剤、
カーボンなどの帯電防止剤、シリカ、アルミナなどの充
填剤、金属酸化物、着色剤、難燃剤などを適宜加えても
よいことはいうまでもない。

以上の各種原材料を混合する方法は特に限定するもの
ではなく、通常広く用いられている方法、たとえば主原
料になる樹脂、その他諸原料をそれぞれ個別に順次にま
たは同時にロール混合機その他の混合機により適宜混合
すれば良い。なお、この時摩擦による発熱を防止する意
味で混合機に冷却機構を設けることが望ましい。また、
ロール混合機を使用する場合には、仕上げの混合として
ロール間隔を3mm以下程度に締めて素練りを行なうとさ
らに良い。

〔作用〕

以上述べたこの発明の潤滑性ゴム成形体は、第１必須
成分として熱可塑性のテトラフルオロエチレン・エチレ
ン共重合体、第２必須成分としてテトラフルオロエチレ
ン・プロピレン共重合体、フッ化ビニリデン・ヘキサフ
ルオロプロピレン共重合体およびフッ化ビニリデン・ヘ
キサフルオロプロピレン・テトラフルオロエチレン共重
合体からなる群の中から選ばれる１種以上の架橋性共重
合体および第３必須成分として低分子量含フッ素重合体
を配合した組成物を加硫して成形することにより、弾性
体の特性と同時に良好な潤滑特性をも有することができ
る。

〔実施例〕

まず、実施例および比較例に用いた諸原料を一括して
示すと以下のとおりである。なお、各成分の配合割合は
すべて重量％であるが、〜に示す原料については
〜に示す原料の総重量100に対する重量％である。

テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体〔ETFE〕
（旭硝子社製：アフロンCOP）、テトラフルオロエチレン・プロピレン共重合体（旭硝
子・日本合成ゴム社製:AFLAS 150P）、フッ化ビニリデン・フルオロプロピレン共重合体（旭
モンテ社製：テクノフロン FOR420＜加硫剤を含有する
＞）、フッ化ビニリデン・フルオロプロピレン共重合体（昭
和電工・デュポン社製：バイトンB50）、フルオロシリコーンエラストマー（ダウコーニング社
製：シラスティックLS）、パーフルオロエラストマー（ダイキン社製：ダイエル
パーフロ）、ニトリルブタジエン共重合体（NBR）、低分子量テトラフルオロエチレン（旭硝子社製：ルブ
リカントL169、平均粒径５μｍ）、低分子量テトラフルオロエチレン（デュポン社製：バ
イダックス1000、平均粒径20μｍ）、高分子量テトラフルオロエチレン（三井・デュポンフ
ロロケミカル社製：テフロン7J、平均分子量100000）、シリコーン樹脂（トーレ・シリコーン社製：トレフィ
ル）、カーボン（ファンデルビルト社製:MTカーボン）、ステアリン酸ナトリウム、有機過酸化物〔α，α′−ビス（ｔ−ブチルペルオキ
シ）ジイソプロピルベンゼン〕、多官能性モノマー（トリアリルイソシアヌレイトTAI
C）、酸化マグネシウム（試薬）、水酸化カルシウム（試薬）、加硫剤（昭和電工・デュポン社製：キュラティブ＃2
0）、加硫剤（昭和電工・デュポン社製：キュラティブ＃3
0）。

実施例１〜３まず、ロール間隔５〜10mm程度に調整したロール混合
機にAFLASを巻きつけ、第１表に示した割合で順次ス
テアリン酸ナトリウム、MTカーボン、アフロン CO
P、TAICを混合した。その後、ロール間隔を1mmに調
整し、素練りを約10回行なった。なお、この時の摩擦熱
を防止する目的で、常時、ロール内に冷却水を通し、ロ
ール温度を60℃以下に保った。つぎに、冷却水を止め、
ロール内にスチームを通し、ゴム温度が70℃以上、90℃
以下になるように調整し、その後、ロール間隔を５〜10
mm程度に戻し、低分子量含フッ素重合体およびを少
量ずつ添加しながら混合した。その後再びロール間隔を
1mmに狭めて素練りを約10回行なった。

以下の工程で縦300mm、横300mm、厚み1mmのシート状
に成形された各コンパウンドに対して、一次加硫（170
℃、10分間、プレス圧7kgf/cm²）および二次加硫（230
℃、16時間、フリー加熱）を行ない、加硫を終わった各
シートについて、摩擦・摩耗特性、弾性体特性を求め
た。各試験方法は、つぎのとおりである。

摩擦・摩耗試験：得られたシートを外径21mm、内径17mm、厚み1mmの環
状に打ちぬき、外径21mm、内径17mm、厚み10mmのアルミ
製治具に接着し、摩擦摩耗用試験片とした。そして、摩
擦係数は滑り速度1m/分、面圧3kgf/cm²の条件でスラス
ト型摩擦試験機にて測定し、摩耗係数は滑り速度30m/
分、面圧1kgf/cm²の条件でスラスト型摩耗試験機にて測
定した。いづれも、相手材には軸受鋼（SUJ2）を使用
し、得られた結果は第２表にまとめた。

弾性体特性：得られたシート状試験片に対して、JIS−K6301に準
じ、引張り破断強度、引張り破断伸び、硬度（JIS−
Ａ）を調べ、それらの結果を第２表にまとめた。

実施例４および５実施例４においてはテクノフロンFOR420を、また実
施例５においてはバイトンB50をそれぞれ第１表に示
す割合で配合したこと以外は、加工条件、試験片の調整
方法、諸試験の方法のすべての点で、実施例１〜３と全
く同じであり、得られた結果は第２表中に併記した。

比較例１〜10: 第１表に示したように、比較例１〜10においては、配
合材料が異なる以外すべて実施例１と同じ工程を経てシ
ート状試験片を得た。得られた各試験片シートは実施例
と同様に各試験に供し、結果を第２表中に併記した。

第２表から明らかなように、アフラスを主配合材料と
した比較例１〜４、テクノフロンを主要配合材料とした
比較例５、６およびバイトンを主要配合材料とした比較
例７は、摩擦係数が0.75以上であって実施例１〜５の摩
擦係数（0.25〜0.31）に比べて大きく、摩耗係数も実施
例に比較して大きかった。比較例８〜10についてもほぼ
同様の結果となった。

しかし、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合
体、テトラフルオロエチレン・プロピレン共重合体を比
較例１〜３と同じ割合で配合し、さらに低分子量含フッ
素重合体を10〜30％添加した実施例１〜３は弾性体特性
として充分な特性を有しながら、摩擦係数0.31以下、摩
耗係数60×10^-10cm³/kgf・ｍ以下という優れた摺動特性
を有する摺動材に改質されていた。また、この発明によ
る同様な手法を用いた実施例４および５も弾性体特性を
有しつつ、優れた摺動特性を示した。

〔効果〕

以上述べたように、この発明の潤滑性ゴム成形体は、
充分な弾性体特性を有し、耐摩耗性も優れており、しか
も優れた潤滑特性をも持つものであるから、シール性、
追従性、消音性、制振性などのゴム特有の機能とともに
低摩擦係数が要求される摺動材料として好適なものであ
る。したがって、この発明の意義はきわめて大きいとい
える。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩ // Ｃ０８Ｊ 5/16 ＣＥＷＣ０８Ｊ 5/16 ＣＥＷＣ１０Ｍ 107/38 Ｃ１０Ｍ 107/38 (56)参考文献特開昭51−65157（ＪＰ，Ａ) 特公昭47−6505（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C08L 27/16 C08L 23/08 C08L 23/14 C08L 27/12 C08L 71/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１必須成分である熱可塑性のテトラフル
オロエチレン・エチレン共重合体と、第２必須成分であ
るテトラフルオロエチレン・プロピレン共重合体、フッ
化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン共重合体およ
びフッ化ビニリデン・ヘキサフルオロプロピレン・テト
ラフルオロエチレン共重合体からなる群から選ばれる１
種以上の架橋性共重合体と、第３必須成分である低分子
量含フッ素重合体とを配合した組成物を加硫して得られ
る潤滑性ゴム成形体。
【請求項２】第３必須成分である低分子量含フッ素重合
体が、分子量50000以下の重合体である請求項１記載の
潤滑性ゴム成形体。
【請求項３】第３必須成分である低分子量含フッ素重合
体が、フルオロオレフィン重合体およびフルオロポリエ
ーテルから選ばれる少なくとも１種以上の重合体である
請求項１記載の潤滑性ゴム成形体。
【請求項４】第３必須成分である低分子量含フッ素重合
体が、テトラフルオロエチレン重合体である請求項１記
載の潤滑性ゴム成形体。
【請求項５】第２必須成分と第１必須成分の重量比が、
50:50から95:5の範囲であり、かつ第２必須成分と第１
必須成分の合計100重量部当りの第３必須成分が５〜50
重量部である請求項１記載の潤滑性ゴム成形体。
【請求項６】第２必須成分が、分子量10万〜25万の重合
体である請求項１記載の潤滑性ゴム成形体。
【請求項７】第１必須成分であるテトラフルオロエチレ
ン・エチレン共重合体が、温度300℃、荷重2160gで直径
1mm、長さ5mmのオリフィスを用いて測定される溶融流動
性が１〜20（g/10分）のものである請求項１記載の潤滑
性ゴム成形体。