JP2983900B2 - Ptfe樹脂摺動部材 - Google Patents

Ptfe樹脂摺動部材

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JP2983900B2 JP8752096A JP8752096A JP2983900B2 JP 2983900 B2 JP2983900 B2 JP 2983900B2 JP 8752096 A JP8752096 A JP 8752096A JP 8752096 A JP8752096 A JP 8752096A JP 2983900 B2 JP2983900 B2 JP 2983900B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、ピスト
ンリング、ロッドパッキング、リップシール、ベアリン
グ等の耐磨耗性が要求される摺動部材として用いられる
PTFE樹脂摺動部材に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、フッ素系樹脂の中にあって特にポ
リテトラフルオロエチレン(PTFE、四フッ化エチレ
ン樹脂)はその摩擦係数が0.09〜0.10と小さ
く、高い潤滑性を有するので上述例の摺動部材に用いら
れている。具体的には、上述のPTFEに無機充填材も
しくは樹脂充填材(C−H結合を有するような有機充填
材)を配合して成形したフッ素系樹脂組成物(摺動部
材)がある。
【0003】ここで上述の無機充填材としては、黒鉛
(graphite)、二硫化モリブデン(MoS2 )、カーボ
ンファイバ(炭素繊維)、ガラスファイバ(glass fibe
r )、チタン酸カリウム(K2 O・nTiO2 )、ブロ
ンズ(青銅のことでCuとSnの合金)などを用いる。
【0004】また上述の樹脂充填材としては、300〜
400℃の温度で熱分解しないポリエーテルエーテルケ
トン(PEEK)、ポリイミド(PI)粉末、ポリフェ
ニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルニトリル
(PEN)、ポリエーテルサルホン(PES)、芳香族
ポリエステル(LCP)、芳香族ポリアミドなどを用い
る。
【0005】上述のPTFEに対して無機充填材のみを
配合した従来のフッ素系樹脂組成物(摺動部材)は、P
TFE単体から成るフッ素系樹脂組成物(摺動部材)と
比較して、その耐磨耗性が著しく向上する利点がある反
面、高PV値(ここにPV値とは荷重Pと摺動速度Vと
の積を表し、負荷状態の尺度となる値)の条件において
は耐磨耗性を充分に満足することができない。このた
め、上述の無機充填材の配合量を多くして補強効果を向
上させた場合には、その無機充填材により摺動部材の相
手材(例えばS45Cなどの相手材)を著しく損傷する
ため、長期間にわたって良好な耐磨耗性、シール性を確
保することができない問題点があった。
【0006】一方、上述のPTFEに対して樹脂充填材
(有機充填材)のみを配合した従来のフッ素系樹脂組成
物(摺動部材)については、充填材として使用されるポ
リエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリフェニレ
ンサルファイド(PPS)、ポリエーテルニトリル(P
EN)、ポリエーテルサルホン(PES)、芳香族ポリ
エステル(LCP)等の樹脂は、圧力下200〜400
℃で樹脂が軟化するため、高PV値条件下において摺動
面付近の温度上昇による溶融、軟化に起因してクリープ
変形が発生し、材料が変形して、隙間が生じ、漏洩の原
因となるばかりでなく、圧力分布のくるいや、異常摩耗
の発生などの不具合が生ずる問題点があった。
【0007】なお、400℃以上の温度でも樹脂が軟化
しないポリイミド(PI)、芳香族ポリイミドを配合し
たフッ素系樹脂組成物(摺動部材)については、温度の
上昇に伴う材料の変形はより小さいものとなって、耐磨
耗性が優れているが、例えば耐クリープ性の向上を目的
(高摺動用途化を目的)として、ポリイミド(PI)の
PTFEに対する配分量を増加すると、伸びが減少し、
例えばピストンリングなどの摺動部材に適用することが
困難となる問題点があった。
【0008】さらに、上述のPTFEに対して無機充填
材および樹脂充填材を配合した従来の複合体は、その補
強効果により耐磨耗性がある程度向上する反面、高PV
値条件下においては耐摩耗性および物理的性質が充分な
効果を得るに至っていない。このように、摺動速度Vが
高く、荷重Pが大きい場合においては、低摩耗性、耐磨
耗性の全てを満足することができず、またクリープ変形
等の発生のため長期にわたって良好な摺動特性、シール
性を確保することができない問題点があった。 ところ
で、樹脂充填材の中にあって特にポリイミド樹脂はその
摺動性能が極めて優れており、このポリイミド樹脂硬化
物の粉砕品や合成品である粉末(ポリイミド粉末)を、
上述のPTFEに充填材として配合することが試みられ
ているが、これら2成分つまりPTFEとポリイミド粉
末では、機械的強度(耐圧縮強度など)が不充分とな
り、ある限界を越すと変形破壊が発生して、不具合が生
ずる問題点がある。
【0009】このため、上述の2成分に対してさらにガ
ラス繊維、カーボン繊維、チタン酸カリウム等の各種の
補強材を添加すると、これら無機材の研磨作用およびそ
の添加によるポリイミド粉末の摺動性能の低減により、
耐磨耗性能が著しく低下し、また相手材への攻撃性が高
くなる問題点が生ずる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、PTFE
樹脂にポリイミド繊維を配合し、その配合割合を特定
し、かつ予備成形の圧力を特定することで、高PV値条
件下においても耐磨耗性および機械的強度が向上し、長
期間にわたって優れたシール性を確保することができ
さらに、耐磨耗性、機械的強度の向上を確保しつつ、良
好な摺動部材を得ることができるPTFE樹脂摺動部材
の提供を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明は、基材にPT
FE樹脂を用い、該PTFE樹脂にポリイミド繊維が配
合されたフッ素系樹脂組成物において、上記PTFE樹
脂を60〜99.9重量パーセント、上記ポリイミド繊
維を0.1〜40重量パーセントの割合で配合し、30
〜70MPaの圧力で予備成形した成形体を焼成して得
られるPTFE樹脂摺動部材であることを特徴とする。
【0012】
【発明の作用及び効果】この発明によれば、PTFE
脂にポリイミド繊維を前述の特定の割合で配合し、か
つ、前述の特定の圧力で予備成形し焼成して摺動部材を
得るので、ポリイミドの摺動性能をそのまま維持するこ
とができ、PTFE樹脂の中でポリイミド繊維やそのフ
ィブリルの絡み合い或は基材樹脂との絡み合いにより成
形品内部での樹脂のズレが抑制されて機械的強度が向上
する。この結果、摩耗係数が低く、かつ安定しており、
高PV値条件下においても耐磨耗性および機械的強度が
向上し、クリープ変形等が抑制されることによりPV
条件下においても長期間にわたって優れたシール性を確
保することができる効果がある。
【0013】なお、上述のポリイミド繊維としては、例
えば芳香族カルボン酸の誘導体等と、芳香族イソシアネ
ート、芳香族アミン等の組合わせにより得られるポリイ
ミドの繊維形状を成すものが推奨され、また該ポリイミ
ド繊維はショートカット、パルプ等の形態で用いること
ができる。さらにポリミド繊維は長さ0.1〜10mm、
繊維径3〜50μmの範囲内にあるものを用いることが
望ましい。
【0014】さらに、この発明によれば、上述のポリイ
ミド繊維の最小配合量を0.1wt%としたので上記効果
すなわち摺動性能等を良好に発揮することができると共
に、上述のポリイミド繊維の最大配合量を40wt%とし
たので、これによりPTFE樹脂の最小配合量を60wt
%として、良好な摺動部材を得ることができる効果があ
る。
【0015】因に、ポリイミド繊維の最小配合量が0.
1wt%未満の場合には、ポリイミド繊維の配合量過小に
より上述の摺動性能等の効果が得られず、逆に、ポリイ
ミド繊維の最大配合量が40wt%を超過すると、これに
伴ってPTFE樹脂の最小配合量が減少するので、良好
摺動部材を得ることが困難となる。斯る点を解消する
ために上述の配合割合に特定するものである。
【0016】
【実施例】この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳
述する。本実施例のPTFE樹脂摺動部材は基材にPT
FE樹脂を用い、このPRFE樹脂にポリイミド繊維を
配合している。そして、上述のPTFE樹脂を60〜9
9.9wt%(望ましくは80〜99.5wt%)、上述の
ポリイミド繊維を0.1〜40wt%(望ましくは0.5
〜20wt%)の割合で配合し、混合する。
【0017】た上述のポリイミド繊維としては芳香族
カルボン酸の誘導体等と芳香族イソシアネート、芳香族
アミン等の組合わせにより得られるポリイミドの繊維形
状を成すもの、またショートカット、パルプ等の形態の
ポリイミド繊維等の何れでもよいが、特に繊維長さ1〜
5mm、繊維径10〜20μmの範囲内にあるものを用い
る。
【0018】さらに上述のPTFE樹脂と上述のポリイ
ミド繊維との混合には、ヘンシェルミキサ、マイクロミ
キサ、高分散型ミキサ等の混合手段を用い、乾式混合も
しくは湿式混合を行なう。 さらに、上述の混合工程の後
該混合体を所定の型に入れて、例えば30〜70MP
aの面圧にて予備成形し、この予備成形品を焼成して成
形品を得る。その後、工作機械により上述の成形品を切
削加工してピストンリング等の所定の製品(摺動部材)
を得る。
【0019】方、上記配合割合のPTFE樹脂および
ポリイミド繊維に対して耐摩耗性を低減させない潤滑充
填材や樹脂を添加することもできる。添加可能な潤滑充
填材や樹脂を列記すると次の通りである。
【0020】グラファイト、カーボン(炭素)、二硫化
モリブデン(MoS2 )、フッ化黒鉛(graphite fluor
ide カーボンモノフルオライドのこと)、窒化ホウ素
(BN)、マイカ(雲母)、タルク[滑石、Mg3 Si
4 O10(OH)2 ]、セピオライト[粘度鉱物の一種、
Mg4 Si6 O16(OH)2 (OH2 )・4H2 O]、
カオリン(カオリナイトを主成分とする岩石または粘
土)の他に各種耐熱樹脂としてのPPS(ポリフェニレ
ンサルファイド)、PEEK(ポリエーテルエーテルケ
トン)、LCP(芳香族ポリエステル)などが挙げられ
る。
【0021】本実施例のPTFE樹脂組成物(摺動部
材)と比較品のフッ素系樹脂組成物(摺動部材)との性
能を対比する目的で、次の[表1]に示すPTFE(基
材)、ポリイミド繊維、その他充填材のそれぞれの配合
割合を変えて、混合、型入れ、予備成形、焼成の各工程
を経て成形された外形25.6mmφ、内径20.0mm
φ、長さ16mmの摺動試験片(テストピース)をそれぞ
れ製造し、[表1]に示す実施例1〜6、比較例1〜7
の各テストピースに対して摺動試験および耐クリープ試
験を実施した結果を同表に示す。
【0022】上述の摺動試験は荷重P=0.6MPa、
摺動速度V=1.0m/s のPV=0.6MPa・m/s の
試験と、荷重P=1.2MPa、摺動速度V=1,0m/
s のPV=1,2MPa・m/s の試験との2態様摺動試
験を実施した。なお相手材としてはS45C(構造用炭
素鋼15種)を選定し、無給油条件下において摩擦係数
μと磨耗係数K[但し、単位はmm/(MPa・m/s ・h
r)]とを計測した。上述の摩耗係数Kの算出に際して
は次の[数1]で示す式により求めた。
【0023】
【数1】 また上述の耐クリープ試験(圧縮クリープ試験)は温度
条件25℃の下で、14MPaの圧力を24時間付加し
た後の変形量をパーセントで示す。
【0024】
【表1】 上述の[表1]から明らかなように基材としてのPTF
Eを60〜99.9wt%の範囲、ポリイミド繊維を0.
1〜40wt%の範囲で配合した本実施例のテストピース
(実施例1〜8参照)は優れた摺動性能および耐クリー
プ性能を示し、摩擦係数、摩耗係数ともに安定した値を
示し、ピストンリングやロッドパッキングなどのシール
部材に充分適用し得る結果が得られた。
【0025】これに対してポリイミド繊維を一切用いな
い比較例1〜7のテストピースは基材としてのPTFE
の配合重量パーセントが60〜99.9wt%の範囲内で
あっても、摺動性能および耐クリープ性能ともに満足し
得るものではない。ここで、比較例6、比較例7につい
ては耐クリープ試験の結果は本実施例のものと略同等で
ある反面、摺動試験結果における摩擦係数および摩耗係
数が何れも大きく満足し得る結果は得られなかった。ま
た比較例2、比較例4、比較例6のテストピースにあっ
ては異常摩耗が生ずるので、ピストンリングやロッドパ
ッキングなどのシール部材に適用不可であることが判明
した。
【0026】以上要するに、本発明のPTFE樹脂摺動
部材は、基材としてのPTFE樹脂にポリイミド繊維を
配合したので、ポリイミドの摺動性能をそのまま維持す
ることができ、PTFE樹脂の中でポリイミド繊維やそ
のフィブリルの絡み合い或は基材樹脂との絡み合いによ
り成形品内部での樹脂のズレが抑止されて機械的強度が
向上する。この結果、摩擦係数が低く、かつ安定してお
り、高PV値条件下においても耐磨耗性および機械的強
度が向上し、長期間にわたって優れたシール性を確保す
ることができる効果がある。
【0027】またPTFE樹脂を60〜99.9重量パ
ーセント、ポリイミド繊維を0.1〜40重量パーセン
トの割合で配合したPTFE樹脂摺動部材と成したの
で、上述の摺動性能等の効果を良好に発揮しつつ、良好
摺動部材を得ることができて、特にピストンリング、
ロッドパッキング、リップシール、ベアリング等の耐磨
耗性が要求される摺動部材として最適である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08L 27/12 C08L 79/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基材にPTFE樹脂を用い、該PTFE
    脂にポリイミド繊維が配合されたフッ素系樹脂組成物
    おいて、 上記PTFE樹脂を60〜99.9重量パーセント、上
    記ポリイミド繊維を0.1〜40重量パーセントの割合
    で配合し、 30〜70MPaの圧力で予備成形した成形体を焼成し
    て得られるPTFE樹脂摺動部材
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