JP3003103B2

JP3003103B2 - 摺動部材用ふっ素樹脂組成物

Info

Publication number: JP3003103B2
Application number: JP10467890A
Authority: JP
Inventors: 隆中丸; 忠渡井; 眞佐行六川
Original assignee: Oiles Corp
Current assignee: Oiles Corp
Priority date: 1989-11-30
Filing date: 1990-04-20
Publication date: 2000-01-24
Anticipated expiration: 2015-01-24
Also published as: JPH03223397A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、ふっ素樹脂組成物、特にガラス繊維、ガラ
ス粉末、炭素繊維又は炭素粉末から成る充填剤、及びリ
ン酸塩を含有する四フッ化エチレン樹脂組成物に関する
ものである。

［従来の技術］四フッ化エチレン樹脂（以下、これを「PTFE」と略記
する。）は耐熱性、耐薬品性に優れているばかりでな
く、摩擦係数が小さく自己潤滑性を有するので、軸受、
歯車のような摺動部材用材料、管、バルブその他の成形
品等、いわゆるエンジニアリングプラスチックの代表的
なものとして各方面に広く利用されている。しかしなが
ら、耐摩耗性は必ずしも充分満足し得るものではなく、
また荷重による変形（クリープ）が大きく、高荷重下又
は高温下における使用が制限される。

従来、この耐摩耗性ならびに耐クリープ性を改善する
ために、各種の充填剤、例えば、ガラス繊維、ガラスビ
ーズ、炭素繊維及び炭素粉末等を添加する試みがなされ
て来た。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、ガラス繊維等の充填剤の硬度が高いた
め、これらの充填剤が相手材を傷つける場合があり、更
には、PTFE自身をも削り取ってしまうためアブレッシブ
摩耗を引き起す危険性があった。その結果、充填量次第
では、却って摩耗量が増加してしまうという欠点があっ
た。

［課題を解決するための手段］上記課題を解決するために、本発明は、充填剤として
のガラス繊維、ガラス粉末、炭素繊維又は炭素粉末に加
えて、更にリン酸塩を均一混合して成る摺動部材用ふっ
素樹脂組成物を提供するものである。

本発明の摺動部材用ふっ素樹脂組成物は、軸受、カ
ム、ギアー、すべり板、可撓軸用ライナーチューブ等に
好適に用いることができる。

本発明のふっ素樹脂としては、従来公知の、例えばPT
FE、FEP（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）及びPFE（テトラフルオロエチレン
−パーフルオロアルキルエーテル共重合体）等を挙げる
ことができる。この中でも、特にPTFEが好適である。PT
FEは四フッ化エチレンの単独重合体であって、アルゴフ
ロン（伊国モンテジソン社製）、テフロン（米国デュポ
ン社製）、フルオン（英国アイ・シー・アイ社製）及び
ポリフロン（ダイキン工業社製）等の登録商標名で市販
されているふっ素樹脂の一種であって、圧縮成形は可能
であっても通常の射出成形は不可能な樹脂である。

本発明のふっ素樹脂組成物の充填剤として使用するガ
ラス繊維又はガラス粉末は、従来から当該技術分野にお
いて通常使用されているガラス繊維又はガラス粉末、即
ち非晶質性のケイ酸塩ガラス及びホウ酸塩ガラス等に加
えて、ウオラストナイト、チタン酸カリウムウイスカ等
も含むものである。

ガラス繊維の径（φ）は１〜20μｍのものが好まし
く、特に径が10μｍ前後のものが好適である。

ガラス繊維長（）としては、20μｍ〜1mmが好まし
く、特に、50〜300μｍが好ましい。また、アスペクト
比としては約5.1以上が望ましい。

ガラス粉末としては当該技術分野で従来から使用され
ている公知のものを使用することができる。

また、同様に本発明ふっ素樹脂組成物の充填剤として
使用することのできる炭素繊維（CF）としては、低温
（約1000〜1500℃）処理したピッチ系炭素繊維及び高温
（約2000〜2500℃）処理したピッチ系炭素繊維、PAN系
炭素繊維並びにフェノール系炭素繊維が好適なものであ
る。

炭素繊維の径（φ）及び繊維長（）は、それぞれ１
〜20μｍ及び30μｍ〜3mmが好ましく、特に径が約10μ
ｍ前後で長さが約100μｍのものが好ましい。

ピッチ系炭素繊維の具体例としては日東紡績（株）製
の商品名ザイラス（φ＝12μｍ、＝100μｍ）、PAN系
炭素繊維の具体例としては、三菱レーヨン（株）製のパ
イロフィル及びフェノール系炭素繊維の具体例としては
日本カイノール（株）製カイノールCF16BTを挙げること
ができる。

更に、本発明で充填剤として使用することができる無
定形炭素粉末の好適具体例としては、例えば、鐘紡
（株）製の球状フェノール樹脂であるベルパールC600
（ベルパールR800を600℃で処理したもの）及びベルパ
ールC2000（ベルパールR800を2000℃で処理したもの）
を挙げることができる。また、平均粒径約14μｍを有す
る仮焼コークスも好ましい炭素粉末の一例である。

炭素粉末の平均粒径は１〜40μｍの範囲が好適であ
る。

本発明で用いる充填剤の添加量としては、適当な耐摩
耗性、耐クリープ性を付与するためには、ガラス繊維及
びガラス粉末の場合には約１〜40重量％、特に、約５〜
30重量％が好ましく、炭素繊維及び炭素粉末の場合は約
１〜30重量％、特に約２〜20重量％が好ましい。

本発明のリン酸塩としては、第三リン酸、第二リン
酸、ピロリン酸、亜リン酸、メタリン酸等の金属塩及び
それらの混合物を挙げることができる。

この中でも、第三リン酸、第二リン酸及びピロリン酸
の金属塩が好ましい。金属としては、アルカリ金属、ア
ルカリ土類金属及び遷移金属が考えられ、中でもアルカ
リ及びアルカリ土類金属が好ましく、特に、Li、Ca、Mg
及びBaが好ましい。

具体的には、Li₃PO₄、Li₂HPO₄、Li₄P₂O₇、Ca₃（PO₄）
_２、Ca₂P₂O₇及びCaHPO₄（・2H₂O）が本発明で使用する
リン酸塩としては最も好ましい。

更にまた、Ca₁₀（PO₄）_６（OH）_２で表わされるハイ
ドロキシアパタイトも本発明のリン酸塩として好適に使
用することができる。

リン酸塩は、均一に混合するためにも平均粒径20μｍ
以下のものが好ましい。

また、リン酸塩中に結晶水を有しているものについて
は、本発明のふっ素樹脂組成物の焼成温度、即ち、約36
0〜380℃の範囲以上の温度で予め熱処理することによっ
て、前記焼成中にリン酸塩の結晶水が蒸発するのを防
ぎ、得られた成形品にクラックが入ることを防止するこ
とができる。

リン酸塩の添加量としては、耐摩耗性を向上させるた
めに、0.1〜15重量％が好ましく、特に３〜10重量％が
好適である。

尚、本発明ふっ素樹脂組成物中の充填剤及びリン酸塩
の合計量は40重量％を越えないことが好ましい。

本発明で使用するリン酸塩は、モース硬度が２〜４の
範囲にあり、モース硬度が４〜６である充填剤と何らか
の相互作用をすることによって、充填剤が原因となる相
手部材又はふっ素樹脂組成物自体の摩耗を効果的に抑制
することができるものと考えられる。

尚、本発明のふっ素樹脂組成物には、ガラス繊維等の
充填剤及びリン酸塩に加えて、当該技術分野で公知であ
るところの、成形性、耐摩耗性及び耐荷重性等の向上を
図る目的で使用されるその他の添加剤、例えば二硫化モ
リブデン及びグラファイト、その他顔料並びに導電性付
与材等を適宜、添加混合することができる。

本発明のふっ素樹脂組成物は、通常公知の方法によっ
て各種摺動部材に成形加工することができる。

まず、上記のような添加量により混合して得られた混
合粉末を常温にて加圧成形し、圧粉体を製造する。

成形圧力は300〜800kg/cm²の範囲が好ましい。

得られた圧粉体を焼成する工程は、ふっ素樹脂粉末を
溶融し樹脂粉末混合物を互いに融着させるために実施さ
れるものであり、通常常圧下、360〜380℃で２〜30時間
の範囲内でふっ素樹脂粉末の種類、量等に応じた条件下
で行なわれる。

尚、機械加工は、焼成して得た成形素材を室温まで冷
却させた後、従来の方法、例えば超硬工具を用いる旋盤
等で行ない得る。

本発明を以下の実施例を参照しつつ詳説する。

［実施例１〜25］種々のリン酸塩及び充填剤を下記の表に示す割合でPT
FEに混合し、ヘンシェルミキサーにより均一に混合し、
該混合粉末を金型内に装填し、成形圧力500kg/cm²下で
常温成形して圧粉体を成形し、該圧粉体を常圧下370℃
で５時間焼成して成形素材を成形し、これを室温に冷却
後加工して辺30mm×30mm×厚さ5mmの板状摺動部材試料
片を得た。

これを下記の条件で中空円筒状の軸材（内径20mm×外
径25.6mm、材質:SUS 304）の端面と摺接させるスラスト
試験を行った。

試験条件速度:11m/min 荷重:40kg/cm² 時間:8hr 潤滑：ドライ得られた結果を表に示す。

尚、摩擦係数は試験開始後１〜８時間の変動値を示
す。

以上の結果から明らかなように、ガラス繊維等を充填
剤として含むふっ素樹脂組成物に対し、本発明で使用す
るリン酸塩を適当量含有させることによって、該樹脂の
耐摩耗性が顕著に改善されたことが判る。

［実施例26］本発明のリン酸塩及び充填剤の添加量を変化させて、
それに伴いふっ素樹脂組成物の耐摩耗性がどのように変
化するか調べた。尚、スラスト試験の条件は、前記の通
りであった。

得られた結果を、第１図〜第４図に示す。第１図及び
第２図から明らかなように、ガラス繊維及びリン酸塩の
添加割合は、それぞれ１〜40重量％及び0.1〜15重量％
が好ましいことが判る。

また、第３図及び第４図から、炭素繊維等及びリン酸
塩の添加割合は、それぞれ１〜30重量％及び0.1〜15重
量％が好ましいことが分る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図はふっ素樹脂組成物のスラスト試験にお
ける摩耗深さを示す図である。尚、第１図のふっ素樹脂組成物においては、ガラス繊維
（MFA）15重量％を含むPTFE（フルオンG190）中に更に
種々の量のリン酸水素カルシウム（無水）を含有させて
測定した値を示す。第２図のふっ素樹脂組成物においては、リン酸水素カル
シウム（無水）５重量％を含む同PTFE中に更に種々の量
のガラス繊維（MFA）を含有させて測定した値を示す。第３図のふっ素樹脂組成物においては、高温処理CF（ザ
イラス）15重量％を含む同PTFE中に更に種々の量のピロ
リン酸カルシウムを含有させて測定した値を示す。第４図のふっ素樹脂組成物においては、ピロリン酸カル
シウム５重量％を含む同PTFE中に更に種々の量の高温処
理CF（ザイラス）を含有させて測定した値を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＣ０８Ｌ 27/12 Ｃ０８Ｌ 27/12 Ｃ１０Ｍ 107/38 Ｃ１０Ｍ 107/38 125/02 125/02 125/24 125/24 125/28 125/28 // Ｃ１０Ｎ 10:02 10:04 20:06 30:06 40:02 50:08 (56)参考文献特開昭54−86041（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−120633（ＪＰ，Ａ) 特公昭38−20715（ＪＰ，Ｂ１) 特表昭61−502469（ＪＰ，Ａ) 特表平３−500328（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C10M 107/38 C10M 125/02 C10M 125/24 C10M 125/28 C08L 27/12 C08K 3/04 C08K 3/32 C08K 3/40 C08K 7/04 C10N 40:02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ふっ素樹脂にガラス繊維、ガラス粉末、炭
素繊維及び無定形炭素粉末から成る群より選ばれた少な
くとも一種の充填剤、並びにリン酸塩を均一混合してな
る摺動部材用ふっ素樹脂組成物であって、フッ化鉛、鉛
・スズ合金及び鉛並びにポリシアノアリールエーテルを
含まない前記組成物。
【請求項２】ふっ素樹脂が四フッ化エチレン樹脂である
ことを特徴とする請求項１記載の組成物。
【請求項３】リン酸塩がLi₃PO₄、Li₂HPO₄、Li₄P₂O₇、Ca
₃（PO₄）_２、Ca₂P₂O₇、CaHPO₄（・2H₂O）又はハイドロ
キシアパタイトのいずれかであることを特徴とする請求
項１又は２記載の組成物。
【請求項４】充填剤がガラス繊維又はガラス粉末である
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の
組成物。
【請求項５】ガラス繊維又はガラス粉末が１〜40重量
％、リン酸塩が0.1〜15重量％含まれることを特徴とす
る請求項４記載の組成物。
【請求項６】ガラス繊維又はガラス粉末が５〜30重量
％、リン酸塩が３〜10重量％含まれることを特徴とする
請求項５記載の組成物。
【請求項７】充填剤が炭素繊維又は無定形炭素粉末であ
ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載
の組成物。
【請求項８】炭素繊維又は無定形炭素粉末が１〜30重量
％、リン酸塩が0.1〜15重量％含まれることを特徴とす
る請求項７記載の組成物。
【請求項９】炭素繊維又は無定形炭素粉末が２〜20重量
％、リン酸塩が３〜10重量％含まれることを特徴とする
請求項８記載の組成物。