JP3474288B2 - 潤滑性固体およびその製造方法 - Google Patents
潤滑性固体およびその製造方法Info
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Description
使用する潤滑性と熱伝導性に優れた固体およびその製造
方法に関する。 【0002】 【従来の技術】機械設備における密封設計において、漏
れや異物進入を防ぐためにシール技術が重要な役割を果
たし、シールの性能や耐久性が機械設備のオーバーホー
ル周期を左右する。一般に、シールは運動用シールのパ
ッキンと静止用シールのガスケットに分けられる。特に
パッキンでは、作動面に摩擦、摩耗、温度上昇等が伴
い、これが性能や耐久性を支配する。パッキン用のシー
ル材料としては、例えば、綿糸、麻、石綿、そして最近
は合成ゴム、すなわちニトリルゴムが使用されている。
真空中や高温中のような乾燥中でシールが行われること
も少なくなく、このようなときは、固体面の直接接触と
いう条件になり、シール面の損傷・摩耗の防止に苦慮す
ることになる。そこで、作動シール面の摩擦を小にして
動力損失を防ぎ、発熱・焼き付きを抑えることが重要と
なる。このようなシール材料としては、フッ素ゴム、シ
リコンゴム、ポリフッ化エチレン樹脂等が使用される。 【0003】一方、新しい材料として無機・有機融合体
がある。これは、以下のような理由で研究されはじめ
た。一般に、セラミックス等の無機材料は耐熱性が高
く、硬い等の利点を有するが、反面脆い、加工しにくい
等の欠点がある。有機材料は成形や加工しやすいが、熱
に弱く、硬度が低い等の欠点がある。これらに対して、
無機質と有機質を分子レベルで化学的に結合して融合
(ハイブリッド)させた材料は、無機と有機の特性を
互いに補う、新しい機能や特殊な機能の付与が可能、
無限に近い組み合わせがある、低温で合成が可能、
などの利点を有する。このような無機・有機融合体の例
としては、有機修飾シリケート(A.Kaiser e
t al.,J.Membrance Soc.22,
257−268(1985))やセラマー(G.L.W
ilkes et al.,Polym.Prep.2
6,300−302(1985),H.−H.Huan
g etal.,Polymer.Bull.14,5
57−564(1985))と呼ばれるものがある。こ
れらは、例えば柔軟性のある無機材料、有機色素の封入
媒体等としての検討がなされている。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】パッキン用シール材と
しては、作動シール面の摩擦を小にして動力損失を防
ぎ、発熱・焼き付きを抑えることが望まれるが、フッ素
ゴム(0.12Wm―1K―1)、シリコンゴム(0.
2Wm―1K―1)、ポリフッ化エチレン樹脂(0.3
Wm―1K―1)等の既存の材料では熱伝導率が低く、
発生した熱により容易に温度が上昇し、性能や耐久性の
低下を導く。そこで本発明は、上記課題を解決するた
め、無機・有機融合体に潤滑性をもたせた熱伝導率の高
い潤滑性固体を提供することを目的とする。 【0005】 【課題を解決するための手段、作用】本発明のシール用
潤滑性固体は、M―O―M結合(Mは金属、半金属)か
ら成る無機ポリマーの骨格をSi(R)n(O―)4―
n基(Rはフルオロアルキル基、又は、アルキル基及び
フルオロアルキル基で、F/(F+H)のモル比が0.
01〜1である、n=1〜3)で置換した無機・有機融
合体中に、グラファイト、二硫化モリブデン、二硫化タ
ングステン、マイカ、窒化ホウ素、層状珪酸塩のうち1
種あるいは2種以上の粒子を3〜70体積%の割合で分
散したことを特徴とするシール用潤滑性固体である。 【0006】無機ポリマーとは、M−O−M結合を骨格
として重合した高分子であり、M−O−M結合が無機成
分を表すものである。 【0007】Rとは、フルオロアルキル基、又は、アル
キル基及びフルオロアルキル基であり、有機成分を表す
ものである。本発明では、F/(F+H)のモル比を
0.01〜1とする。こうすれば、低い摩擦係数を有
し、さらに熱伝導率が高く、層状構造を有する粒子を分
散させた構造となるためその粒子による熱伝導性および
潤滑性も発揮できる。0.01より少ないと摩擦係数が
高く、十分な潤滑性が得られない。F/(F+H)=
1、すなわち、すべての水素原子をフッ素原子に置換し
ても良い。 【0008】Si(R)n(O―)4―n基を無機骨格
に化学結合するためにはn=1〜3とする必要がある。
n=4ではSiの4つの結合手をすべてRで占めること
になり、無機骨格に化学結合できない。n=0はSiに
Rが結合していないことを意味し、潤滑性を発揮するフ
ッ素原子の結合したRを系内に導入できない。 【0009】前記粒子は、無機・有機融合体中に3〜7
0体積%の割合で含ませる。3%未満では強度および熱
伝導性を十分向上させることができない。一方、70%
を越えると粒子間に十分な無機・有機融合体を含ませる
ことが困難になり、形状を保つことができない。 【0010】分散する粒子のサイズは0.05〜20μ
mの範囲が好ましい。0.05μm未満の粒子は非常に
微細であるため、均一に分散するのが困難であり、20
μmを越える粒子は溶液中での沈降がはやいため、均一
に分散するのが困難である。 【0011】本発明の潤滑性個体は、アルコキシド、ア
ルキルアルコキシシラン、フルオロアルキルアルコキシ
シランのうち1種あるいは2種を加水分解した溶液にグ
ラファイト、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、
マイカ、窒化ホウ素、層状珪酸塩のうち1種あるいは2
種以上の粒子を分散し、熟成・ゲル化することによって
製造でき、あるいはアルコキシド、アルキルアルコキシ
シラン、フルオロアルキルアルコキシシランのうち1種
あるいは2種にグラファイト、二硫化モリブデン、二硫
化タングステン、マイカ、窒化ホウ素、層状珪酸塩のう
ち1種あるいは2種以上の粒子を分散し、加水分解した
溶液を熟成・ゲル化することによって製造できる。 【0012】本発明で使用するアルコキシドは特に限定
しないが、例えば、メトキシド、エトキシド、プロポキ
シド、ブトキシド等が挙げられる。また、アルコキシド
は、そのアルコキシ基の一部をβ−ジケトン、β−ケト
エステル、アルカノールアミン、アルキルアルカノール
アミン、有機酸等で置換したものである。したがって、
無機成分を構成する金属、半金属は、アルコキシドを形
成することができるものに限定される。例えば、Si、
Al、Ti、Zr、Ta、Nb、Y、Co等である。こ
れらの金属アルコキシドは、1種または2種以上使用で
きる。 【0013】本発明で使用するアルキルアルコキシシラ
ンとしては、モノアルキルトリアルコキシシラン、ジア
ルキルジアルコキシシラン、トリアルキルアルコキシシ
ランがある。これらのアルキル基としては、例えば、メ
チル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられ
る。また、アルコキシ基としては、例えば、メトキシ
基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等が挙げら
れる。 【0014】本発明で使用するフルオロアルキルアルコ
キシシランとしては、モノフルオロアルキルトリアルコ
キシシラン、モノフルオロアルキルモノアルキルジアル
コキシシラン、ジフルオロアルキルジアルコキシシラ
ン、モノフルオロアルキルジアルキルモノアルコキシシ
ラン、ジフルオロアルキルモノアルキルモノアルコキシ
シラン、トリフルオロアルキルモノアルコキシシランが
ある。フルオロアルキル基としては、―CF3、―C2
F5、―C3F7 、―CH2CH2CF3、―CH2C
H2C6F13、―CH2CH2C8F17等が挙げら
れる。アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル
基、プロピル基、ブチル基等が挙げられる。また、アル
コキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、
プロポキシ基、ブトキシ基等が挙げられる。 【0015】 【0016】本発明におけるアルコキシドの加水分解で
は、アルコキシドに対して10モル倍までの水を添加し
て加水分解する。この際、無機酸、有機酸あるいはそれ
らの両方を触媒として使用してもよい。添加する水は、
アルコール等の有機溶媒で希釈してもよい。10モル倍
以上の水を使用するとすぐにゲル化するために、好まし
くない。 【0017】加水分解においては、アルキルアルコキシ
シラン、フルオロアルキルアルコキシシラン、およびア
ルコキシドを均一に分散、溶解できる有機溶媒を使用す
る。例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、
ブタノール等の各種アルコール、アセトン、トルエン、
キシレン等である。 【0018】ゲル化は、加水分解後、室温〜溶媒の沸点
以下の温度で熟成しながら溶媒、加水分解で生成したア
ルコール等を除去して行う。また、ゲル化後、必要に応
じて熱処理することもできる。 【0019】 【実施例】本発明の実施例を具体的に説明する。ただ
し、本発明は、これらの実施例のみに限定されるもので
はない。 【0020】表1、表2に示す条件でアルコキシドの加
水分解溶液に粒子を分散し、25mmφの円筒容器に入
れて80℃の熟成温度でゲル化させた後、取り出してさ
らに同温度で48時間熟成して試料を作製し、熱伝導率
および摩擦係数を測定した。熱伝導率の測定はレーザー
フラッシュ法によって行った。摩擦係数は、Bowde
n−Leben試験機を用いて、鋼面上に試料を置き、
荷重2kg、すべり速度0.01cm/secで測定し
た。 【0021】 【表1】【0022】 【表2】【0023】非潤滑鋼の摩擦係数は約1であり、また、
ゴム類の摩擦係数は1〜4である。これらの値に比べる
と、No.1〜4は低い摩擦係数を示した。これは、低
い摩擦係数0.04を持つポリフッ化エチレン樹脂に近
い値である。No.1〜4の熱伝導率は、フッ素ゴムの
0.12Wm―1K―1、シリコンゴムの0.2Wm
―1K―1、ポリフッ化エチレン樹脂の0.3Wm―1
K―1等に比べると高い値を示した。しかし、No.5
は熱伝導率は比較的高いが、摩擦係数が高かった。これ
はフッ素の含有量が少ないためである。No.7は摩擦
係数は低いが、熱伝導率が低かった。これは、グラファ
イト粒子が少ないためである。No.6はグラファイト
粒子が多すぎるため固化しなかった。 【0024】 【発明の効果】本発明の潤滑性固体はシール材、特にパ
ッキン用シール材として適しており、作動シール面の摩
擦を小にして動力損失を防ぎ、発熱・焼き付きを抑える
ことができる。したがって、シールの性能や耐久性が高
いため、機械設備のオーバーホール周期を長くできる。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 M―O―M結合(Mは金属、半金属)
から成る無機ポリマーの骨格をSi(R)n(O―)4
―n基(Rはフルオロアルキル基、又は、アルキル基及
びフルオロアルキル基で、F/(F+H)のモル比が
0.01〜1である、n=1〜3)で置換した無機・有
機融合体中に、グラファイト、二硫化モリブデン、二硫
化タングステン、マイカ、窒化ホウ素、層状珪酸塩のう
ち1種あるいは2種以上の粒子を3〜70体積%の割合
で分散したことを特徴とするシール用潤滑性固体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29806394A JP3474288B2 (ja) | 1994-11-08 | 1994-11-08 | 潤滑性固体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29806394A JP3474288B2 (ja) | 1994-11-08 | 1994-11-08 | 潤滑性固体およびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08134485A JPH08134485A (ja) | 1996-05-28 |
JP3474288B2 true JP3474288B2 (ja) | 2003-12-08 |
Family
ID=17854661
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP29806394A Expired - Lifetime JP3474288B2 (ja) | 1994-11-08 | 1994-11-08 | 潤滑性固体およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3474288B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA2383894C (en) * | 1999-08-27 | 2006-01-24 | Hideo Yamamoto | Threaded joint for oil well pipe |
US7831369B2 (en) * | 2005-11-16 | 2010-11-09 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Method and apparatus for vehicle and engine operation |
-
1994
- 1994-11-08 JP JP29806394A patent/JP3474288B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH08134485A (ja) | 1996-05-28 |
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