JP3202853B2

JP3202853B2 - 潤滑性ゴム組成物

Info

Publication number: JP3202853B2
Application number: JP33015093A
Authority: JP
Inventors: 芳郎沖; 一郎皆元
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 2001-08-27
Anticipated expiration: 2016-08-27
Also published as: JPH07188500A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は潤滑性ゴム組成物に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】フッ素ゴム（以下、ＦＰＭと記す）は、
耐熱性、耐候性、耐油性、耐薬品性および耐オゾン性に
優れる特殊ゴムであり、通常、上記特性が生かされる過
酷な用途に用いられている。しかし、そのほとんどは、
一般工業用、軍事用、宇宙用、民生用および医療用等の
分野においてシール用途および振動吸収用途に用いられ
ている。摺動を兼用しているものも少なくなく、ほとん
どがグリースあるいはオイルとの併用に用いられてい
る。

【０００３】たとえば、シール部品においては、雰囲気
等の使用条件のみを考慮して、フッ素ゴムの種類の選
択、あるいは充填剤比率による硬度の選択をする程度で
材料が選定されてきたため、シール兼摺動部に発生する
せん断力により発熱がおこり、オイル・グリースが排出
され、スティックスリップが発生して正常な作動が安定
してされなかったり、異音が発生して問題となってい
る。さらに最悪な結果として、摩耗が進行し、破れ・破
損等が発生し、短期間での交換を行なわざるを得ないも
のがあった。

【０００４】例示すると自動車・二輪車のオイル周辺一
般オイルシール、ガソリン供給系オイルシート、給排気
系シール、エアコン系冷媒用シール、ワイパーブレー
ド、グラスラン、事務機器の電子式複写機のトナー周辺
のシール、定着部トナーブレード、カップジュース自動
販売機の切り替えバルブ用シール、家庭用浄水器・混合
栓用シール、一般製造ラインの切り替えバルブ用シー
ル、パン・餅等混練機用シール、上水・下水用バタフラ
イバルブ用シール、医療用注射器ピストンシール等、数
え切れない。

【０００５】これまで、ゴム材料全般のすべり特性改良
として、ジエン系合成ゴム等、シール部のシール兼摺動
部表面にテフロンシートを張りつけたものが採用されて
いる（特公昭４６−２３６８１号公報記載）。しかし、
長期にわたり高圧力にさらされるため、接着部の剥離が
問題となっている。また、摺動面が弾性体でないため、
シール性で十分満足されていない。当然、フッ素ゴム表
面への接着は、さらに不安が大きいものであるために実
用化されていない。

【０００６】シール性および低摩擦持性の付与として、
ジエン系ゴム基材にオイルを含浸させたタイプも検討さ
れたが、経時的にオイルが排出され、しだいに摺動抵抗
が大きくなり、スティックスリップ等の発生および破損
発生等の不具合があった。シール部表面へのテフロンコ
ーティングも試みられたが、コーティング膜焼成条件に
対するゴム基材の耐熱性の問題もあり、使用可能な類で
は耐摩耗性が十分ではなかった。また、皮膜の下地への
追従性が十分でなく、部品取り付け時の伸びや運動にて
皮膜剥離がおこる。さらに、ワイパーブレード等にて実
施されている塩素系溶剤による薬液処理あるいはプラズ
マ処理等も考案されたが、いずれも十分ではなかった。

【０００７】特公昭５７−３２９５０号公報記載の発明
にあるようなオレフィン系ポリマーのシール部への融着
も検討されたが、シール性が失われて使用できなかっ
た。一般的に有名な、ジエン系ゴムにテフロン系、シリ
コーン系等の固体潤滑剤を添加し、低摩擦持性を付与さ
せたものが多数考案され、特許出願あるいは学会報告さ
れているが、いずれも若干の低摩擦化は達成されたが、
添加により高硬度となったり、シール性が不十分になっ
たりして、使用に耐え得るものではなかった。また、ゴ
ム基材とのぬれ性が悪いため、引っ張り強度、引き裂き
強度が極端に低下し、耐摩耗性が従来品より劣っていた
等の問題があり、実際に採用されなかった。シリコーン
ゴム、フッ素ゴムも対象にはなったが、特に有意性は認
められなかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】したがって、いずれの
用途においても、静・動摩擦持性に優れ、耐摩耗特性に
も優れ、長寿命で信頼して使用できる潤滑性ゴム材料が
要求され、この発明の課題は、この要求に応え得る潤滑
性ゴム組成物を提供することである。

【０００９】

【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、ＦＰＭと、表面にカーボン材が突き
刺さったテトラフルオロエチレン樹脂粉末と、球状黒鉛
とを配合する構成を採用したものである。以下、その詳
細を述べる。

【００１０】まず、この発明におけるＦＰＭとは、各種
有機合成法にて合成され、室温においてゴム状弾性を有
するものであれば広範囲のものを例示できる。このＦＰ
Ｍの分子量は、通常５万以上のものが望ましく、可及的
に高分子量のものが良好な結果を得ることから、より望
ましくは７万以上、特に望ましくは１０〜５０万程度の
ものを用いる。以上の条件に該当する代表例としては、旭硝子社製４フッ化エチレン・フ゜ロヒ゜レン共重合体
アフラス昭和電工社製フッ化ヒ゛ニリテ゛ン・６フッ化フ゜ロヒ゜レン共重合体
バイトンモンテフルオス社製フッ化ヒ゛ニリテ゛ン・６フッ化フ゜ロヒ゜レン共重合体
テクノフロン東芝シリコーン社製フッ化シリコーンコ゛ム住友スリーエム社製フッ化ヒ゛ニリテ゛ン・６フッ化フ゜ロヒ゜レン共重合体
フローレルが例示できる。

【００１１】表面にカーボン材が突き刺さったテトラフ
ルオロエチレン樹脂とは、例えば、乳化重合終了時にカ
ーボン材と共沈させて凝析・洗浄・乾燥後、表面にカー
ボン材が突き刺さったテトラフルオロエチレン樹脂であ
る。

【００１２】テトラフルオロエチレン樹脂粉末にカーボ
ン材を乾式混合にて混合し、表面にカーボン材が突き刺
さったものでもよい。なお、このカーボン材とは、一般
的な炭素粉から黒鉛までの粉末状のものであり、特に黒
鉛が好ましく、一般にゴム基材として用いられるストラ
クチュアの大きいＨＡＦカーボン、ＳＡＦカーボン、Ｍ
Ｔカーボン等と併用しても構わない。

【００１３】図１にあるように、テトラフルオロエチレ
ン樹脂（図中、ＰＴＦＥと表示する）１に黒鉛２が全方
向に突き刺さっていることから、ゴム基材３内での物理
的な杭効果を生じ、ゴム基材と黒鉛の親和性にて単純に
ゴム基材、テトラフルオロエチレン樹脂を混練したもの
より高強度のものが得られると考える。

【００１４】また、この発明における球状黒鉛とは、ピ
ッチから紡糸する工程にて副生される球状黒鉛、あるい
はフェノール樹脂を触媒下にてパラフォルムと反応させ
て球状に重合後、焼成、粉砕した球状黒鉛が挙げられ
る。市販されているものを以下に例示する。大阪ガスケミカル社製メソカーボンビーズ鐘紡社製ベルパールユニチカ社製ユニベックス日本カーボン社製マイクロカーボンビーズ。

【００１５】この発明におけるＦＰＭとテトラフルオロ
エチレン樹脂の重量比は、ＦＰＭ１００重量部に対して
１０重量部以上１４０重量部未満になることが好まし
い。テトラフルオロエチレン樹脂が１０重量部未満であ
った場合、ＦＰＭに十分な摩擦特性を付与できない。逆
に、１４０重量部を超えるとゴム硬度が高くなり、ゴム
特性がなくなるほか、機械的強度が極端に低下し、実際
の使用に耐えられない。

【００１６】この発明におけるＦＰＭ１００重量部に対
する球状黒鉛の充填重量比は、５重量部以上８０重量部
未満になることが好ましい。球状黒鉛が５重量部未満で
あった場合、ＦＰＭに十分な耐摩耗特性を付与できな
い。逆に、８０重量部を超えるとゴム硬度が高くなりゴ
ム特性はなくなるほか、機械的強度が極端に低下し、実
際の使用に耐えられない。

【００１７】なお、この発明の目的を損なわない範囲
で、以下に列記するような公知の添加剤を配合しても構
わない。

【００１８】(1) 補強剤例えば、カーボンブラック、
シリカ、クレー、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウ
ム、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、タルク、
マイカ、カオリン、ベントナイト、シラス、ウォラスト
ナイト、炭化ケイ素、ガラス粉末、カーボン粉末、ボロ
ン繊維、アラミド繊維等 (2) 加硫助剤例えば、ポリオール、過酸化物、ポリア
ミン等 (3) 加硫促進剤例えば、グアニジン類、イオウ類、ア
ルデヒドーアミン類、亜鉛塩類等 (4) 加硫活性剤例えば、酸化マグネシウム、水酸化カ
ルシウム、酸化鉛等 (5) 可塑剤例えば、フッ化オイル等 (6) 老化防止剤例えば、アミン類、フェノール類等 (7) 相溶化剤 (8) 着色剤以上の各種原材料を混練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、例えば、主原料
となるＦＰＭ、その他充填剤を個別に順次あるいは同時
にロール混合機、プロペラ混合機、ニーダ混合機、二軸
溶融混合機、その他混合機にて混合すれば良い。また、
このとき摩擦による発熱を防止する意味で温調器を設置
することが望ましい。また、ロール混合機を使用する場
合、仕上げ混合として、薄通しすることが好ましい。

【００１９】

【作用】この発明における潤滑性ゴム組成物は、ゴム基
材を構成するフッ素ゴムに、表面にカーボン材が突き刺
さったテトラフルオロエチレン樹脂粉末を配合したこと
から、カーボン材が杭となってゴム基材とテトラフルオ
ロエチレン樹脂との混和状態が保持される。

【００２０】また、球状黒鉛も併せて配合されているこ
とから、ゴム基材との親和性を発揮して、テトラフルオ
ロエチレン樹脂との混練をより強固なものとする。

【００２１】

【実施例】以下、この発明を実施例により更に詳細に説
明する。

【００２２】まず、実施例および比較例に用いたＦＰＭ
基本組成を以下に示す。

【００２３】なお、各成分の配合割合はすべて重量％で
あるが、ゴム基材１００重量部に対しての充填比率であ
る。

【００２４】（１）基礎配合Ａ＝フッ化ビニリデン・６フッ化プロピレン共重合体ＦＰＭモンテカチーニ社製テクノフロン F5350 100 重量部ステアリン酸一般工業材 2重量部カーボンＭＴ 5重量部酸化マグネシウム一般工業材 3重量部水酸化カルシウム一般工業材 6重量部（２）基礎配合Ｂ＝フッ化ビニリデン・６フッ化プロピレン共重合体ＦＰＭ昭和電工社製バイトンＡ 100 重量部ステアリン酸一般工業材 2重量部カーボンＭＴ 5重量部酸化マグネシウム一般工業材 15重量部Ｄｉａｋ No.3 一般工業材 3重量部（３）基礎配合Ｃ＝４フッ化エチレン・プロピレン共重合体ＦＰＭ旭硝子社製アフラス１５０ 100 重量部ステアリン酸一般工業材 2重量部カーボンＭＴ 5重量部有機過酸化物一般工業材 1重量部ＴＡＩＣ一般工業材 5重量部潤滑剤（１）黒鉛共沈ＰＴＦＥ PTFE/GRP-1 乳化重合にて重合完了後に平均粒径６μｍの黒鉛と共沈
させ、凝析、洗浄して得られたものである。（２）黒鉛とのト゛ライフ゛レント゛ＰＴＦＥ PTFE/GRP-2 乳化重合にて重合完了後、凝析、洗浄して得られたファ
インパウダーを平均粒径６μｍの黒鉛とヘンシェルミキ
サーにてドライブレンドしたものである。（３）ＰＴＦＥ旭硝子社製ＰＴＦＥルーブリカントＬ１６９（４）ＥＴＦＥ旭硝子社製アフロンＣＯＰＺ８８２０（５）球状黒鉛Ａ鐘紡社製ベルパールＣ２０００（６）球状黒鉛Ｂ大阪ガス社製メソカーボンビーズＭＰ２８０
０。

【００２５】〔実施例１〜７〕まず、ロール間隔５〜１
０mm程度に調整したロール混合機に、ＦＰＭ（テクノフ
ロン）を巻き付け、基礎配合Ａに示した割合で無機充填
剤、カーボン、加硫剤を順次混合し、最後に表１で示す
割合にてＰＴＦＥ及びその他充填剤を混練した。

【００２６】その後、ロール間隔を１mmに調整し、薄通
しを１０回行なった。なお、このときの摩擦熱を防止す
る目的で、常時、ロール内に冷却水を通し、ロール温度
を６０度以下に保った。

【００２７】次に冷却水を止めてロール内にスチームを
通し、ゴム温度が７０度以上９０度以内になるように調
整し、その後、ロール間隔を１mmに狭めて薄通しを１０
回行ない、それぞれ１０kgのコンパウンドを得た。

【００２８】各コンパウンドに対して、縦３００mm、横
３００mm、厚さ１mmの金型を用い、プレス成形にて、１
次加硫（１７０℃、１０分間、プレス圧３５kg／cm²）
および２次加硫（フリー加熱、２３０℃、１６時間）を
行ない、加硫が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。

【００２９】各試験方法は以下のとおりである。

【００３０】（１）摩擦、摩耗特性試験得られたシートをφ１７×φ２１（mm）のリング打ち抜
き、φ１７×φ２１×１０（mm）のアルミ合金製リング
に接着し、摩擦試験片とした。相手材は軸受鋼（ＳＵＪ
２）研磨品とし、スラスト型摩擦摩耗試験にて評価し
た。試験条件は周速１．０ｍ／ｍｉｎ、面圧３．０kgｆ
／cm²、時間１００ｈである。得られた結果を表２に示
す。

【００３１】（２）非粘着特性試験得られた試験片において、水に対する接触角をゴニオメ
ータ式接触角度測定器で測定し、接触角度の大きいもの
ほど非粘着性は良いと判断した。得られた結果を表２に
示す。

【００３２】（３）弾性体特性試験得られた試験片に対してＪＩＳ−Ｋ６３０１に準拠し、
引き張り強度・伸び・硬度（ＪＩＳ−Ａ）を調査した。
得られた結果を表２に示す。

【００３３】〔実施例８〕実施例８では、ＦＰＭをバイ
トンにし、表１に示す割合にて実施例１〜７とまったく
同様な方法を用いて、混合、シート成形、加硫を行なっ
た。また、試験片の調整および試験方法も実施例１〜７
とまったく同様な方法を用いた。得られた結果を表２に
示す。

【００３４】〔実施例９〕実施例９では、ＦＰＭをアフ
ラスにし、表１に示す割合にて実施例１〜７とまったく
同様な方法を用いて、混合、シート成形、加硫を行なっ
た。また、試験片の調整および試験方法も実施例１〜７
とまったく同様な方法を用いた。得られた結果を表２に
示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】

【００３７】〔比較例１〜４〕比較例１〜４では、表１に示す割合にて実施例とまった
く同様な方法を用いて、混合、シート成形、加硫を行な
った。また、試験片の調整および試験方法も実施例とま
ったく同様な方法を用いた。得られた結果を表２に示
す。

【００３８】表２より明らかなように、ＦＰＭにＰＴＦ
Ｅを添加した比較例２、３は、いずれも摩擦係数がゴム
基材に比較して低くなっているが、機械的強度（特に引
張強度）の低下が大きく、耐摩耗性も十分でない。共沈
ＰＴＦＥ、球状黒鉛を単独使用した比較例４は、摩擦係
数は低いものの摩耗特性が十分に改善されていない。

【００３９】しかし、表面にカーボン材が突き刺さった
ＰＴＦＥおよび球状黒鉛を添加した実施例では、機械的
強度の低下が少なく、低摩擦係数の維持および耐摩耗性
の向上が確認できた。また、ＦＰＭ材料としてのゴム物
性も十分なものであった。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたように、この発明に係る潤滑
性ゴム組成物は、フッ素ゴムとして十分なゴム特性を有
しながら、低摩擦係数、耐摩擦特性に優れているもので
ある。したがって、シール部品等にて、グリースレス等
を可能にし、長期にわたりシール性等についての安定性
・信頼性に優れた潤滑・弾性ゴム素材として使用するこ
とができる。

【００４１】従って、この発明の意義はきわめて大きい
と言える。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の模式図

【符号の説明】

１ＰＴＦＥ２黒鉛３ゴム基材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C08L 9/00 - 19/00 C08L 27/00 - 27/24 C08K 3/00 - 13/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１必須成分を室温でゴム状弾性を有す
るフッ素ゴムとし、第２必須成分を表面にカーボン材が
突き刺さったテトラフルオロエチレン樹脂粉末とし、第
３必須成分を球状黒鉛とする潤滑性ゴム組成物。
【請求項２】第２必須成分が、乳化重合終了後にカー
ボン材と共沈させることにより、その表面にカーボン材
が突き刺さったテトラフルオロエチレン樹脂粉末である
請求項１記載の潤滑性ゴム組成物。
【請求項３】第２必須成分が、テトラフルオロエチレ
ン樹脂粉末とカーボン材とを乾式混合にて混合すること
により、その表面にカーボン材が突き刺さったテトラフ
ルオロエチレン樹脂粉末である請求項１記載の潤滑性ゴ
ム組成物。
【請求項４】第２必須成分の配合割合が第１必須成分
１００重量部に対して１０重量部以上１４０重量部未満
の範囲であり、かつ、第１必須成分１００重量部に対し
て第３必須成分が５重量部以上８０重量部未満である請
求項１記載の潤滑性ゴム組成物。