JP3675885B2 - 耐摩耗性組成物 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、耐摩耗性に優れた組成物に関する。
【０００２】
【背景技術】
例えば、シリコンウェハー、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示体用ガラス基板、ハイブリッドＩＣ用セラミックス基板、サーマルヘッド用ガラス基板等各種の基板の製造工程においては、基板を加工、処理、洗浄、輸送、保管するために、各基板を傷つけないように互いに接触することなく収納体に出入、収納することが必要である。それとともに収納体自身も摩耗されにくいものであることが求められる。その上、かかる収納体は、上記洗浄の際、滅菌をするので耐熱性を必要とし、さらに不純物等の混入の虞のないものであることが要求される。
【０００３】
耐熱性が要求される点と成形加工性の面から、耐熱性樹脂であるポリアリーレンサルファイドをマトリックス樹脂として用いることが考えられる。しかし、ポリアリーレンサルファイドは、耐熱性、耐薬品性、耐油性に優れ、かつ自己潤滑性もあると期待されるものの、耐摩耗性が殆ど無い。このため、摺動用部材として用いる場合、ポリアリーレンサルファイドに、炭素繊維、グラファイト等の粒状炭素物質を含有させ、摺動性を付与せしめることが広く行われている。
【０００４】
ところが、かかるポリフェニレンサルファイドとグラファイトと炭素繊維よりなる摺動材は、耐摩耗性がよいものとはいえなかった。また、特開平２−２１８７５２号公報には、ポリアリーレンサルファイド、カーボンビーズ、炭素繊維からなる組成物が開示されているが、ここに具体的に開示されている組成物を用いた摺動材でも、なお摩耗されやすいという問題があった。
【０００５】
上記用途とは全く別な用途である、各種薬品あるいはオイル等の流量計のベーン（浮子）のように、耐熱性は要求されないが、耐薬品性、耐油性、液相での耐摩耗性が要求される用途分野が存在する。また、摺動相手材が極めて硬度の高い材料、例えばガラス板のような用途へも、ポリアリーレンサルファイドをバインダーとする摺動部材の応用が試みられるようになってきた。しかしながら、このような分野に対し、ポリアリーレンサルファイドと炭素繊維からなる組成物を適用した場合でも、先の場合と同様に著しく摩耗するという問題があった。ポリアリーレンサルファイド、炭素繊維、グラファイトからなる組成物を用いた場合、ポリアリーレンサルファイド、炭素繊維、カーボンビーズからなる組成物を用いた場合のいずれも、摩耗はある程度抑えられるが、十分ではない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、硬度の高い材料との摺動性、特に耐摩耗性に優れた摺動性部材用組成物を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来技術において具体的に開示されていた炭素粉末とは異なる特定の炭素粉末と炭素繊維とポリアリーレンサルファイドよりなる組成物が優れた性能を有することを見出したことに基づく。
本発明によれば、炭素粉末１〜２５質量％、炭素繊維２５〜５０質量％及びポリアリーレンサルファイド４９〜７４質量％を含有する耐摩耗性組成物であって、該炭素粉末が、平均粒径１〜６０μｍを有し、そして、
（ａ）Ｘ線回析法により求めた（００２）面の平均層面間隔ｄ002が０．３３８〜０．３８０ｎｍであり、
（ｂ）Ｃ軸方向の平均の結晶子の大きさＬｃ(002)が１〜７０ｎｍであり、かつ
（ｃ）該ｄ002とＬｃ(002)が下記式（Ｉ）
【０００８】
【数２】
【０００９】
で示される関係を満足する
との特性（ａ）〜（ｃ）を有するものであることを特徴とする耐摩耗性組成物が提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
炭素粉末としては、Ｘ線回折法により求めた（００２）面の平均層面間隔ｄ002が０．３３８〜０．３８０ｎｍ、好ましくは０．３４０〜０．３７５ｎｍのものが用いられる。平均層面間隔が小さいほど黒鉛化度が進む関係にあり、０．３３８ｎｍ未満の炭素粉末を用いた場合、黒鉛化度が高くなって劈開が生じやすくなり、逆に平均層面間隔が０．３８０ｎｍを超える炭素粉末を用いた場合には、黒鉛化度が低くなり、摺動した際に潤滑する成分が少なくなる。その結果、いずれの場合も摩耗量が増加する。平均層面間隔は、以下のようにして求めたものである。即ち、炭素粉末をアルミニウム製試料セルに充填し、グラファイトモノクロメーターにより単色化したＣｕＫα線を線源とし、Ｘ線回折図形を得る。（００２）回折線のピーク位置は、重心法（回折線の重心位置を求め、これに対応する２θ値でピーク位置を求める方法）により求め、標準物質用高純度シリコン粉末の（１１１）回折線（２８．４６６°）を用いて補正し、Ｂｒａｇｇの公式
【００１１】
【数３】
【００１２】
よりｄ002を計算した。ここでＣｕＫα線の波長λは、０．１５４１８ｎｍとした。
【００１３】
炭素粉末は、Ｃ軸方向の平均の結晶子の大きさＬｃ(002)が１〜７０ｎｍ、好ましくは１．１〜６０ｎｍ、より好ましくは１．２〜５０ｎｍのものが用いられる。Ｃ軸方向の平均の結晶子の大きさＬｃ(002) は、炭素粉末試料の（００２）回折線の半値幅から標準物質用高純度シリコン粉末の（１１１）回折線の半値幅を差し引いた値β1/2を用い、Ｓｃｈｅｒｒｅｒの式
【００１４】
【数４】
【００１５】
により計算したものである。ここで形状因子Ｋは、０．９とした。
【００１６】
さらに、炭素粉末は、平均層面間隔ｄ002及びＣ軸方向の結晶子の大きさＬｃ(002)が下記式（Ｉ）
【００１７】
【数５】
【００１８】
で示される関係を満足するものである。
式（Ｉ）を満たさない炭素粉末、例えばアセチレンブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック、活性炭では、耐摩耗性が不十分である。
【００１９】
炭素粉末は、光散乱法で求めた平均粒径が１〜６０μｍのものが用いられ、中でも２〜５０μｍ、特に３〜４０μｍのものが好ましく用いられる。平均粒径が１μｍ未満では、成形時における粘度が上昇し成形加工性が損なわれ、また、平均粒径が６０μｍを超えると、摺動の際に炭素粉末の脱落による摩耗量の増加が生じやすい。
【００２０】
上記諸条件を満たす炭素粉末を得るには、例えば次のような方法が好適に採用される。その方法は、特公昭５９−１０９３０号公報に記載した方法に似ているが、酸化する際の温度を異にする。即ち、石油系または石炭系ピッチと、沸点２００℃以上の２〜３環の芳香族化合物から選ばれた粘度調節剤の混合物を溶融して口金より押出して紐状となしたもの、若しくは該紐状物を延伸したものを、冷却固化せしめてピッチ成形体を得、さらにピッチ成形体を粉砕し、直径に対する長さの比が５以下、特に２以下の棒状ピッチとする。次に粉砕したピッチ成形体を、ピッチ混合物の軟化点以上の熱水中に投入して球状ピッチ成形体を形成した後、ピッチに対して溶解度が低くかつ粘度調節剤に対して溶解度の高い溶剤でピッチ成形体から粘度調節剤を抽出除去せしめ、得られたピッチ成形体を酸化雰囲気中、１６０〜２８０℃の温度で酸化処理し、次いで焼成する方法である。酸化が１６０℃未満の温度では不融化が十分でなく、また２８０℃を越えると不融化と同時に賦活化も進み、所望の物性が得られにくい。好ましくは１７０〜２７０℃で行われる。酸化を行なう時間は、通常３０〜９０分程度であり、好ましくは４５〜７５分程度が採用される。焼成は、酸化処理により不融化された後、不活性雰囲気中で６００〜２８５０℃の温度で行なわれる。
【００２１】
炭素粉末は、組成物中、１〜２５質量％、好ましくは３〜２０質量％、より一層好ましくは５〜１５質量％含有される。炭素粉末が１質量％未満では、摺動の際の摩耗量が増加し、他方、炭素粉末が２５質量％を超えると成形時の組成物の粘度が増大し、成形加工性が損なわれるため好ましくないためである。
【００２２】
炭素繊維としては、セルロース繊維、ポリアクリロニトリル繊維、リグニン繊維、石油系ピッチ、石炭系ピッチ等を原料として焼成された、耐炎性の炭素質、易黒鉛化性炭素質等の種々のタイプのものが使用可能である。特に本発明で好ましいのは、黒鉛化率の低い炭素繊維である。
【００２３】
炭素繊維としては、平均繊維長が５０〜１０００μｍのものが好ましく、１００〜５００μｍのものがより一層好ましい。平均繊維長が５０μｍを下回ると撓みが少なくなり、１０００μｍを上回ると成形時の成形収縮率の異方性が大きくなる。また、組成物における炭素繊維は、その中の繊維長１００μｍ以下の含有率が６０質量％以下のものは、組成物の表面に炭素繊維が浮き出ないようにすることができる点で好ましい。炭素繊維中、繊維長１００μｍ以下の含有率は、より好ましくは４５質量％以下、特に好ましくは３０質量％以下である。組成物中における炭素繊維の割合は、２５〜５０質量％、好ましくは２７〜４５質量％である。炭素繊維の割合が２５質量％未満では摩耗量が増加し、５０質量％を越える場合には成形物を構成する成分相互の接着性が弱く成形物が壊れやすくなる。炭素繊維の平均繊維長及び１００μｍ以下の含有率の測定は、組成物の樹脂を過酸化水素と熱濃硫酸によって除去し、炭素繊維の長さを光学顕微鏡で、５００個測定して求めたものである。
【００２４】
ポリアリーレンサルファイドは、主構成単位として−（−Ａｒ−Ｓ−）−（ここで「−Ａｒ−」は、アリーレン基を意味する。）を５０質量％以上、好ましくは７０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上含むポリマーである。その中でも二官能性モノマーを主体とするモノマーから得られた実質的に線状構造を有するポリアリーレンサルファイドが靱性に優れるため好ましい。ただし、部分的に架橋構造を含むもの、あるいは酸化架橋により溶融粘度の増大処理（キュアー）を行なったものであっても、機械的物性が損なわれない限り用いることができる。また、ポリアリーレンスルフィドは、ホモポリマーであってもよいし、ランダム共重合体であってもよいし、ブロック共重合体であってもよい。
【００２５】
ポリアリーレンスルフィドは、細管粘度計を用いて求めた、３１０℃、剪断速度１２００ｓｅｃ-1における見掛粘度が、５〜２０００Ｐａ・ｓのものが好ましく、１０〜１５００Ｐａ・ｓのものがより一層好ましく、１５〜１２００Ｐａ・ｓのものが特に好ましい。見掛粘度が５Ｐａ・ｓ未満では、得られた成形物の機械的強度が極めて低く、一方２０００Ｐａ・ｓを超えると成形性が損なわれる。
【００２６】
ポリアリーレンサルファイドは、組成物中、４９〜７４質量％、好ましくは５５〜７０質量％の割合で含有される。ポリアリーレンサルファイドが４９質量％未満では流動性が低下し成形物の表面光沢が失われ、炭素繊維が浮き出て欠落しやすくなり、７４質量％を越える場合には摩耗量が多くなる。
【００２７】
本発明では、本発明の目的を損なわない限り、他の樹脂、安定剤、加工助剤、充填剤等を含めることができる。本発明の組成物は、押出成形、射出成形等の公知の成形方法により成形される。組成物は、成形に先立ってペレット化するのが好ましいが、直接粉体から成形することもできる。
【００２８】
【実施例】
実施例、比較例に示した諸特性のうち、既述していない測定法について以下に述べる。
［テーバー摩耗量］
射出成形機（東芝機械製ＩＳ−７５）にペレット状の各実施例及び比較例に示す構成からなる組成物を供給し、シリンダ温度３１０℃、ノズル温度３１０℃、射出圧力１４７ＭＰａ、金型温度１５０℃にて厚さ３ｍｍ、横幅１００ｍｍ、縦幅１００ｍｍの成形品を作成し、試料とした。摩耗試験は、ＪＩＳ Ｋ ７２０４に従ってテーバー摩耗試験器により行なった。摩耗輪は、ＣＳ−１７を用い、荷重を９．８Ｎとし、１０００回転後の摩耗量を測定した。
【００２９】
［炭素粉末の粒径］
光散乱法（堀場製作所製 ＬＡ−５００を使用）により測定した。
【００３０】
［実施例１］
（炭素粉末の作成）
軟化点２１０℃、キノリン不溶分１質量％、Ｈ／Ｃ原子比０．６３の石油系ピッチ６８ｋｇとナフタレン３２ｋｇとを、攪拌翼のついた内容積３００リットルの耐圧容器に仕込み、１９０℃に加熱し溶融混合した後、８０〜９０℃に冷却して押出し、直径が約５００μｍの紐状成形体を得た。次いで、この紐状成形体を直径に対する長さの比が約１．５になるように粉砕し、得られた粉砕物を９３℃に加熱した０．５３％ポリビニルアルコール（ケン化度８８％）水溶液中に投下し、攪拌分散し、冷却して球状ピッチ成形体を得た。さらに濾過を行ない水分を除去し、球状ピッチ成形体の約６倍量のｎ−ヘキサンでピッチ成形体中のナフタレンを抽出除去した。この様にして得られた球状ピッチ成形体を流動層において１００ｇの球状ピッチ成形体に対し、２０リットル／分の流量で空気を送り、３０℃／時間で１６５℃まで昇温し、１６５℃で１時間保持し酸化不融化を行ない酸化ピッチを得た。
【００３１】
この酸化ピッチを４８０℃で１時間熱処理して、揮発分が４．７％の炭素前駆体を得た。この炭素前駆体を粉砕して、平均粒径が約１２μｍの炭素前駆体微粒子とした。次に、この炭素前駆体微粒子を窒素気流中、２０００℃で１時間炭素化し、炭素粉末を得た。得られた炭素粉末の平均層面間隔ｄ002は０．３４２ｎｍ、Ｃ軸方向の平均の結晶子の大きさＬｃ(002)は９．２２ｎｍ、粒径は１０μｍであった。
【００３２】
（組成物の作成）
上記方法によって得られた炭素粉末１ｋｇ（組成物中５質量％）、石油ピッチ系炭素繊維（呉羽化学工業製「Ｍ１０７Ｔ」を使用、平均繊維長は１３０μｍ：１００μｍ以下の含有率は２１％）６ｋｇ（組成物中３０質量％）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（以下、「ＰＰＳ」と略称する）（呉羽化学工業製、３１０℃における剪断速度１２００秒-1での見掛溶融粘度約１２０Ｐａ・ｓを使用）を１３ｋｇ（組成物中６５質量％）秤量し、１００リットルのタンブラーミキサーへ投入混合し、混合物を得た。得られた混合物を乾燥後、４５ｍｍφ二軸押し出し機へ供給し、シリンダー温度２８０〜３１０℃にて混練を行ない、ペレット状組成物を得た。
【００３３】
（組成物の特性評価）
得られた組成物を射出成型機（東芝機械製ＩＳ７５）へ供給し、シリンダーのＣ1温度を２９０℃、最高シリンダー温度を３３０℃、ダイス温度を３１０℃、金型温度を約１５０℃として、１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ３ｍｍの板状成形品を得た。得られた板状成型品のテーバー摩耗量は２７ｍｇであった。表１に実施例及び比較例の主な構成と特性をまとめて示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】
［実施例２］
実施例１と同様の炭素粉末１．６ｋｇ（組成物中８質量％）、炭素繊維６．４ｋｇ（組成物中３２質量％）、ＰＰＳ１２ｋｇ（組成物中６０質量％）を秤量し、混合、混練を行ないペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ、２５ｍｇであった。
【００３６】
［実施例３］
実施例１と同様の炭素粉末２．０ｋｇ（組成物中１０質量％）、炭素繊維６．０ｋｇ（組成物中３０質量％）、ＰＰＳ１２ｋｇ（組成物中６０質量％）を秤量し、混合、混練を行ないペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ２５ｍｇであった。
【００３７】
［実施例４］
実施例１と同様の炭素粉末１．０ｋｇ（組成物中５質量％）、炭素繊維７．０ｋｇ（組成物中３５質量％）、ＰＰＳ１２ｋｇ（組成物中６０質量％）を秤量し、混合、混練を行ないペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ、２４ｍｇであった。
【００３８】
［実施例５］
（炭素粉末の作成）
炭素前駆体までは実施例１と同様に作成し、この炭素前駆体を粉砕して、平均粒径が約２３μｍの炭素前駆体微粒子を得た。次に、この炭素前駆体微粒子を窒素気流中、１０００℃で１時間炭素化し、炭素粉末を得た。得られた炭素粉末の平均層面間隔ｄ002は０．３６１ｎｍであった。また、Ｃ軸方向の平均の結晶子の大きさＬｃ(002)は１．６２ｎｍ、平均粒径は２２μｍであった。
【００３９】
（組成物の作成）
得られた炭素粉末１．０ｋｇ（組成物中５質量％）、実施例１と同様の炭素繊維６．０ｋｇ（組成物中３０質量％）、ＰＰＳ１３．０ｋｇ（組成物中６５質量％）を秤量し、実施例１と同様に混合、混練を行ないペレット状組成物を得た。
【００４０】
（組成物の特性評価）
得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ、２３ｍｇであった。
【００４１】
［実施例６］
実施例５と同様の炭素粉末１．０ｋｇ（組成物中５質量％）、炭素繊維７．０ｋｇ（組成物中３５質量％）、ＰＰＳ１２．０ｋｇ（組成物中６０質量％）を秤量し、実施例１と同様に混合、混練を行ないペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ、２４ｍｇであった。
【００４２】
［実施例７］
（炭素粉末の作成）
球状ピッチ成形体までは実施例１と同様に作成し、流動床を使用して１００ｇの球状ピッチ成形体に対し、２０リットル／分の流量で空気を送り、３０℃／時間で２６０℃まで昇温し、２６０℃で１時間保持して酸化処理を行い熱に対して不融な多孔性球状ピッチ成形体を得た。この多孔性球状ピッチ成形体を窒素ガスを含む水蒸気雰囲気の流動床内で２００℃／時間の条件で６００℃まで昇温し６００℃に１時間保持し予備焼成を行ない、冷却し炭素前駆体を得た。この炭素前駆体を粉砕し、平均粒径が約２６μｍの炭素前駆体微粒子を得た。更にこの炭素前駆体微粒子を窒素ガス中で６００℃／時間の条件で１２００℃まで昇温し、１２００℃で１時間焼成した後、冷却し炭素粉末を得た。得られた炭素粉末の平均層面間隔ｄ002は０．３７７ｎｍ、Ｃ軸方向の平均の結晶子の大きさＬｃ(002)は１．２８ｎｍ、平均粒径は２５μｍであった。
【００４３】
（組成物の作成）
上記炭素粉末１．０ｋｇ（組成物中５質量％）、実施例１と同様の炭素繊維６．０ｋｇ（組成物中３０質量％）、ＰＰＳ１３．０ｋｇ（組成物中６５質量％）を秤量し、実施例１と同様に混合、混練を行ないペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ、２５ｍｇであった。
【００４４】
［実施例８］
（炭素粉末の作成）
実施例７と同様に作成した炭素前駆体を粉砕し、窒素ガス中で６００℃／時間の条件で２０００℃まで昇温し、２０００℃で１時間焼成した後、冷却し炭素粉末を得た。炭素粉末の平均層面間隔ｄ002は０．３６２ｎｍ、Ｃ軸方向の平均の結晶子の大きさＬｃ(002)は１．７２ｎｍ、平均粒径は２５μｍであった。
【００４５】
（組成物の作成）
上記炭素粉末１．０ｋｇ（組成物中５質量％）、実施例１と同様の炭素繊維６．０ｋｇ（組成物中３０質量％）、ＰＰＳ１３．０ｋｇ（組成物中６５質量％）を秤量し、実施例１と同様に混合、混練を行ないペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ、２４ｍｇであった。
【００４６】
［実施例９］
（炭素粉末の作成）
炭素前駆体までは実施例１と同様に作成し、炭素前駆体を粉砕して平均粒径が約６２μｍの炭素前駆体微粒子を得た。次に、この炭素前駆体微粒子を窒素気流中、２０００℃で１時間炭素化し、平均粒径が約３５μｍの炭素粉末を得た。炭素粉末の平均層面間隔ｄ002は０．３４２ｎｍ、Ｃ軸方向の平均の結晶子の大きさＬｃ(002)は９．２２ｎｍであった。
【００４７】
（組成物の作成）
上記方法で得られた炭素粉末を１．０ｋｇ（組成物中５質量％）、実施例１と同様の炭素繊維６．０ｋｇ（組成物中３０質量％）、ＰＰＳ１３．０ｋｇ（組成物中６５質量％）を秤量し、混合、混練を行ない、ペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ、２７ｍｇであった。
【００４８】
［実施例１０］
実施例１と同様の炭素粉末２．０ｋｇ（組成物中１０質量％）、実施例１と同様の炭素繊維７．０ｋｇ（組成物中３５質量％）、ＰＰＳ１１．０ｋｇ（組成物中５５質量％）を秤量し、実施例１と同様に混合、混練を行ないペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ、２７ｍｇであった。
【００４９】
［実施例１１］
（炭素粉末の作成）
炭素前駆体微粒子までは実施例１と同様に作成し、得られた炭素前駆体微粒子を窒素気流中、２８００℃で１時間炭素化し、平均粒径が約１０μｍの炭素粉末を得た。得られた炭素粉末の平均層面間隔ｄ002は０．３４０ｎｍ、Ｃ軸方向の平均の結晶子の大きさＬｃ(002)は５０．０８ｎｍであった。
【００５０】
（組成物の作成）
上記方法によって得られた炭素粉末を１．０ｋｇ（組成物中５質量％）、実施例１と同様の炭素繊維６．０ｋｇ（組成物中３０質量％）、ＰＰＳ１３．０ｋｇ（組成物中６５質量％）を秤量し、混合、混練を行ない、ペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ、２８ｍｇであった。
【００５１】
［比較例１］
実施例１と同様の炭素繊維６．０ｋｇ（組成物中３０質量％）、ＰＰＳ１４．０ｋｇ（組成物中７０質量％）を秤量し、実施例１と同様に混合、混練を行ないペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ、４０ｍｇであった。
【００５２】
［比較例２］
実施例１と同様の炭素粉末１．０ｋｇ（組成物中５質量％）、炭素繊維４．０ｋｇ（組成物中２０質量％）、ＰＰＳ１５．０ｋｇ（組成物中７５質量％）を秤量し、実施例１と同様に混合、混練を行ないペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形しテーバー摩耗量を測定したところ、５２ｍｇであった。
【００５３】
［比較例３］
実施例１と同様の炭素粉末１．０ｋｇ（組成物中５質量％）、炭素繊維１０．０ｋｇ（組成物中５０質量％）、ＰＰＳ９．０ｋｇ（組成物中４５質量％）を秤量し、実施例１と同様に混合、混練を行いペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様にテーバー摩耗量を測定したところ、６０ｍｇであった。
【００５４】
［比較例４］
実施例１と同様の炭素粉末４．０ｋｇ（組成物中２０質量％）、炭素繊維４．０ｋｇ（組成物中２０質量％）、ＰＰＳ１２．０ｋｇ（組成物中６０質量％）を秤量し、実施例１と同様に混合、混練を行ないペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ、４８ｍｇであった。
【００５５】
［比較例５］
平均層面間隔ｄ002が０．３３７ｎｍ、Ｃ軸方向の平均の結晶子の大きさＬｃ(002)が１００．８０ｎｍの天然黒鉛の粉末（平均粒径２５μｍ）１．０ｋｇ（組成物中５質量％）、実施例１と同様の炭素繊維６．０ｋｇ（組成物中３０質量％）、ＰＰＳ１３．０ｋｇ（組成物中６５質量％）を秤量し、実施例１と同様に混合、混練を行ないペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ、３６ｍｇであった。
【００５６】
［比較例６］
平均層面間隔ｄ002が０．３３６ｎｍ、Ｃ軸方向の平均の結晶子の大きさＬｃ(002)が０．９５８ｎｍのカーボンブラックの粉末１．０ｋｇ（組成物中５質量％）、実施例１と同様の炭素繊維６．０ｋｇ（組成物中３０質量％）、ＰＰＳ１３．０ｋｇ（組成物中６５質量％）を秤量し、実施例１と同様に混合、混練を行ないペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ、３０ｍｇであった。
【００５７】
［比較例７］
（炭素粉末の作成）
軟化点１８２℃、キノリン不溶分１０質量％、Ｈ／Ｃ原子比０．５３のピッチ７５ｋｇにナフタレン２５ｋｇを攪拌翼の付いた内容量３００リットルの耐圧容器に仕込み、２１０℃に加熱溶融混合し、８０〜９０℃に冷却して直径０．５ｍｍの孔を有する口金から押し出し、直径約１５０μｍの紐状成形体を得た。この紐状成形体を高速カッターに入れ１分間攪拌し、粉砕物を得た。得られた粉砕物の直径に対する長さの比が１．１であった。次いで、９０℃に加熱した０．５％ポリビニルアルコール（ケン化度８８％）水溶液に投下し、攪拌分散し、冷却して球状ピッチ成形体を得た。さらに、濾過を行ない、水溶分を除去し、球状ピッチ成形体の約６倍量のｎ−ヘキサンでピッチ成形体中のナフタレンの抽出除去を行なった。次に流動層に於いて１００ｇの球状ピッチ成形体に対し、２０リットル／分の流量で空気を送り、３０℃／時間で３００℃まで昇温し酸化不融化を行ない平均粒径が約７０μｍの不融化ビーズを得た。更に得られた不融化ビーズを２００℃／時間の条件で１０００℃まで昇温し、１０００℃の温度で１時間保持して炭化し、平均粒径が６０μｍの炭素粉末を得た。得られた炭素粉末の平均層面間隔ｄ002は０．３５３ｎｍ、Ｃ軸方向の結晶子の大きさＬｃ(002 ）は１．１０ｎｍであった。
【００５８】
（組成物の作成）
上記炭素粉末１．０ｋｇ（組成物中５質量％）、実施例１と同様の炭素繊維６．０ｋｇ（組成物中３０質量％）、ＰＰＳ１３．０ｋｇ（組成物中６５質量％）を秤量し、実施例１と同様に混合、混練を行ないペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ、３１ｍｇであった。
【００５９】
［比較例８］
（組成物の作成）
比較例７と同様の方法で得られた炭素粉末１．０ｋｇ（組成物中５質量％）、実施例１と同様の炭素繊維４．０ｋｇ（組成物中２０質量％）、ＰＰＳ１５．０ｋｇ（組成物中７５質量％）を秤量し、実施例１と同様に混合、混練を行ないペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ、５１ｍｇであった。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、摩耗量が従来技術に比べ一段と少ない耐摩耗性組成物が得られる。本発明は、特にシリコンウェハー、ガラス基板等の硬い材料に対し、摺動させても、摩耗されにくい材料を提供するものである。
【産業上の利用分野】
本発明は、耐摩耗性に優れた組成物に関する。
【０００２】
【背景技術】
例えば、シリコンウェハー、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示体用ガラス基板、ハイブリッドＩＣ用セラミックス基板、サーマルヘッド用ガラス基板等各種の基板の製造工程においては、基板を加工、処理、洗浄、輸送、保管するために、各基板を傷つけないように互いに接触することなく収納体に出入、収納することが必要である。それとともに収納体自身も摩耗されにくいものであることが求められる。その上、かかる収納体は、上記洗浄の際、滅菌をするので耐熱性を必要とし、さらに不純物等の混入の虞のないものであることが要求される。
【０００３】
耐熱性が要求される点と成形加工性の面から、耐熱性樹脂であるポリアリーレンサルファイドをマトリックス樹脂として用いることが考えられる。しかし、ポリアリーレンサルファイドは、耐熱性、耐薬品性、耐油性に優れ、かつ自己潤滑性もあると期待されるものの、耐摩耗性が殆ど無い。このため、摺動用部材として用いる場合、ポリアリーレンサルファイドに、炭素繊維、グラファイト等の粒状炭素物質を含有させ、摺動性を付与せしめることが広く行われている。
【０００４】
ところが、かかるポリフェニレンサルファイドとグラファイトと炭素繊維よりなる摺動材は、耐摩耗性がよいものとはいえなかった。また、特開平２−２１８７５２号公報には、ポリアリーレンサルファイド、カーボンビーズ、炭素繊維からなる組成物が開示されているが、ここに具体的に開示されている組成物を用いた摺動材でも、なお摩耗されやすいという問題があった。
【０００５】
上記用途とは全く別な用途である、各種薬品あるいはオイル等の流量計のベーン（浮子）のように、耐熱性は要求されないが、耐薬品性、耐油性、液相での耐摩耗性が要求される用途分野が存在する。また、摺動相手材が極めて硬度の高い材料、例えばガラス板のような用途へも、ポリアリーレンサルファイドをバインダーとする摺動部材の応用が試みられるようになってきた。しかしながら、このような分野に対し、ポリアリーレンサルファイドと炭素繊維からなる組成物を適用した場合でも、先の場合と同様に著しく摩耗するという問題があった。ポリアリーレンサルファイド、炭素繊維、グラファイトからなる組成物を用いた場合、ポリアリーレンサルファイド、炭素繊維、カーボンビーズからなる組成物を用いた場合のいずれも、摩耗はある程度抑えられるが、十分ではない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、硬度の高い材料との摺動性、特に耐摩耗性に優れた摺動性部材用組成物を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来技術において具体的に開示されていた炭素粉末とは異なる特定の炭素粉末と炭素繊維とポリアリーレンサルファイドよりなる組成物が優れた性能を有することを見出したことに基づく。
本発明によれば、炭素粉末１〜２５質量％、炭素繊維２５〜５０質量％及びポリアリーレンサルファイド４９〜７４質量％を含有する耐摩耗性組成物であって、該炭素粉末が、平均粒径１〜６０μｍを有し、そして、
（ａ）Ｘ線回析法により求めた（００２）面の平均層面間隔ｄ002が０．３３８〜０．３８０ｎｍであり、
（ｂ）Ｃ軸方向の平均の結晶子の大きさＬｃ(002)が１〜７０ｎｍであり、かつ
（ｃ）該ｄ002とＬｃ(002)が下記式（Ｉ）
【０００８】
【数２】
で示される関係を満足する
との特性（ａ）〜（ｃ）を有するものであることを特徴とする耐摩耗性組成物が提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
炭素粉末としては、Ｘ線回折法により求めた（００２）面の平均層面間隔ｄ002が０．３３８〜０．３８０ｎｍ、好ましくは０．３４０〜０．３７５ｎｍのものが用いられる。平均層面間隔が小さいほど黒鉛化度が進む関係にあり、０．３３８ｎｍ未満の炭素粉末を用いた場合、黒鉛化度が高くなって劈開が生じやすくなり、逆に平均層面間隔が０．３８０ｎｍを超える炭素粉末を用いた場合には、黒鉛化度が低くなり、摺動した際に潤滑する成分が少なくなる。その結果、いずれの場合も摩耗量が増加する。平均層面間隔は、以下のようにして求めたものである。即ち、炭素粉末をアルミニウム製試料セルに充填し、グラファイトモノクロメーターにより単色化したＣｕＫα線を線源とし、Ｘ線回折図形を得る。（００２）回折線のピーク位置は、重心法（回折線の重心位置を求め、これに対応する２θ値でピーク位置を求める方法）により求め、標準物質用高純度シリコン粉末の（１１１）回折線（２８．４６６°）を用いて補正し、Ｂｒａｇｇの公式
【００１１】
【数３】
よりｄ002を計算した。ここでＣｕＫα線の波長λは、０．１５４１８ｎｍとした。
【００１３】
炭素粉末は、Ｃ軸方向の平均の結晶子の大きさＬｃ(002)が１〜７０ｎｍ、好ましくは１．１〜６０ｎｍ、より好ましくは１．２〜５０ｎｍのものが用いられる。Ｃ軸方向の平均の結晶子の大きさＬｃ(002) は、炭素粉末試料の（００２）回折線の半値幅から標準物質用高純度シリコン粉末の（１１１）回折線の半値幅を差し引いた値β1/2を用い、Ｓｃｈｅｒｒｅｒの式
【００１４】
【数４】
により計算したものである。ここで形状因子Ｋは、０．９とした。
【００１６】
さらに、炭素粉末は、平均層面間隔ｄ002及びＣ軸方向の結晶子の大きさＬｃ(002)が下記式（Ｉ）
【００１７】
【数５】
で示される関係を満足するものである。
式（Ｉ）を満たさない炭素粉末、例えばアセチレンブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック、活性炭では、耐摩耗性が不十分である。
【００１９】
炭素粉末は、光散乱法で求めた平均粒径が１〜６０μｍのものが用いられ、中でも２〜５０μｍ、特に３〜４０μｍのものが好ましく用いられる。平均粒径が１μｍ未満では、成形時における粘度が上昇し成形加工性が損なわれ、また、平均粒径が６０μｍを超えると、摺動の際に炭素粉末の脱落による摩耗量の増加が生じやすい。
【００２０】
上記諸条件を満たす炭素粉末を得るには、例えば次のような方法が好適に採用される。その方法は、特公昭５９−１０９３０号公報に記載した方法に似ているが、酸化する際の温度を異にする。即ち、石油系または石炭系ピッチと、沸点２００℃以上の２〜３環の芳香族化合物から選ばれた粘度調節剤の混合物を溶融して口金より押出して紐状となしたもの、若しくは該紐状物を延伸したものを、冷却固化せしめてピッチ成形体を得、さらにピッチ成形体を粉砕し、直径に対する長さの比が５以下、特に２以下の棒状ピッチとする。次に粉砕したピッチ成形体を、ピッチ混合物の軟化点以上の熱水中に投入して球状ピッチ成形体を形成した後、ピッチに対して溶解度が低くかつ粘度調節剤に対して溶解度の高い溶剤でピッチ成形体から粘度調節剤を抽出除去せしめ、得られたピッチ成形体を酸化雰囲気中、１６０〜２８０℃の温度で酸化処理し、次いで焼成する方法である。酸化が１６０℃未満の温度では不融化が十分でなく、また２８０℃を越えると不融化と同時に賦活化も進み、所望の物性が得られにくい。好ましくは１７０〜２７０℃で行われる。酸化を行なう時間は、通常３０〜９０分程度であり、好ましくは４５〜７５分程度が採用される。焼成は、酸化処理により不融化された後、不活性雰囲気中で６００〜２８５０℃の温度で行なわれる。
【００２１】
炭素粉末は、組成物中、１〜２５質量％、好ましくは３〜２０質量％、より一層好ましくは５〜１５質量％含有される。炭素粉末が１質量％未満では、摺動の際の摩耗量が増加し、他方、炭素粉末が２５質量％を超えると成形時の組成物の粘度が増大し、成形加工性が損なわれるため好ましくないためである。
【００２２】
炭素繊維としては、セルロース繊維、ポリアクリロニトリル繊維、リグニン繊維、石油系ピッチ、石炭系ピッチ等を原料として焼成された、耐炎性の炭素質、易黒鉛化性炭素質等の種々のタイプのものが使用可能である。特に本発明で好ましいのは、黒鉛化率の低い炭素繊維である。
【００２３】
炭素繊維としては、平均繊維長が５０〜１０００μｍのものが好ましく、１００〜５００μｍのものがより一層好ましい。平均繊維長が５０μｍを下回ると撓みが少なくなり、１０００μｍを上回ると成形時の成形収縮率の異方性が大きくなる。また、組成物における炭素繊維は、その中の繊維長１００μｍ以下の含有率が６０質量％以下のものは、組成物の表面に炭素繊維が浮き出ないようにすることができる点で好ましい。炭素繊維中、繊維長１００μｍ以下の含有率は、より好ましくは４５質量％以下、特に好ましくは３０質量％以下である。組成物中における炭素繊維の割合は、２５〜５０質量％、好ましくは２７〜４５質量％である。炭素繊維の割合が２５質量％未満では摩耗量が増加し、５０質量％を越える場合には成形物を構成する成分相互の接着性が弱く成形物が壊れやすくなる。炭素繊維の平均繊維長及び１００μｍ以下の含有率の測定は、組成物の樹脂を過酸化水素と熱濃硫酸によって除去し、炭素繊維の長さを光学顕微鏡で、５００個測定して求めたものである。
【００２４】
ポリアリーレンサルファイドは、主構成単位として−（−Ａｒ−Ｓ−）−（ここで「−Ａｒ−」は、アリーレン基を意味する。）を５０質量％以上、好ましくは７０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上含むポリマーである。その中でも二官能性モノマーを主体とするモノマーから得られた実質的に線状構造を有するポリアリーレンサルファイドが靱性に優れるため好ましい。ただし、部分的に架橋構造を含むもの、あるいは酸化架橋により溶融粘度の増大処理（キュアー）を行なったものであっても、機械的物性が損なわれない限り用いることができる。また、ポリアリーレンスルフィドは、ホモポリマーであってもよいし、ランダム共重合体であってもよいし、ブロック共重合体であってもよい。
【００２５】
ポリアリーレンスルフィドは、細管粘度計を用いて求めた、３１０℃、剪断速度１２００ｓｅｃ-1における見掛粘度が、５〜２０００Ｐａ・ｓのものが好ましく、１０〜１５００Ｐａ・ｓのものがより一層好ましく、１５〜１２００Ｐａ・ｓのものが特に好ましい。見掛粘度が５Ｐａ・ｓ未満では、得られた成形物の機械的強度が極めて低く、一方２０００Ｐａ・ｓを超えると成形性が損なわれる。
【００２６】
ポリアリーレンサルファイドは、組成物中、４９〜７４質量％、好ましくは５５〜７０質量％の割合で含有される。ポリアリーレンサルファイドが４９質量％未満では流動性が低下し成形物の表面光沢が失われ、炭素繊維が浮き出て欠落しやすくなり、７４質量％を越える場合には摩耗量が多くなる。
【００２７】
本発明では、本発明の目的を損なわない限り、他の樹脂、安定剤、加工助剤、充填剤等を含めることができる。本発明の組成物は、押出成形、射出成形等の公知の成形方法により成形される。組成物は、成形に先立ってペレット化するのが好ましいが、直接粉体から成形することもできる。
【００２８】
【実施例】
実施例、比較例に示した諸特性のうち、既述していない測定法について以下に述べる。
［テーバー摩耗量］
射出成形機（東芝機械製ＩＳ−７５）にペレット状の各実施例及び比較例に示す構成からなる組成物を供給し、シリンダ温度３１０℃、ノズル温度３１０℃、射出圧力１４７ＭＰａ、金型温度１５０℃にて厚さ３ｍｍ、横幅１００ｍｍ、縦幅１００ｍｍの成形品を作成し、試料とした。摩耗試験は、ＪＩＳ Ｋ ７２０４に従ってテーバー摩耗試験器により行なった。摩耗輪は、ＣＳ−１７を用い、荷重を９．８Ｎとし、１０００回転後の摩耗量を測定した。
【００２９】
［炭素粉末の粒径］
光散乱法（堀場製作所製 ＬＡ−５００を使用）により測定した。
【００３０】
［実施例１］
（炭素粉末の作成）
軟化点２１０℃、キノリン不溶分１質量％、Ｈ／Ｃ原子比０．６３の石油系ピッチ６８ｋｇとナフタレン３２ｋｇとを、攪拌翼のついた内容積３００リットルの耐圧容器に仕込み、１９０℃に加熱し溶融混合した後、８０〜９０℃に冷却して押出し、直径が約５００μｍの紐状成形体を得た。次いで、この紐状成形体を直径に対する長さの比が約１．５になるように粉砕し、得られた粉砕物を９３℃に加熱した０．５３％ポリビニルアルコール（ケン化度８８％）水溶液中に投下し、攪拌分散し、冷却して球状ピッチ成形体を得た。さらに濾過を行ない水分を除去し、球状ピッチ成形体の約６倍量のｎ−ヘキサンでピッチ成形体中のナフタレンを抽出除去した。この様にして得られた球状ピッチ成形体を流動層において１００ｇの球状ピッチ成形体に対し、２０リットル／分の流量で空気を送り、３０℃／時間で１６５℃まで昇温し、１６５℃で１時間保持し酸化不融化を行ない酸化ピッチを得た。
【００３１】
この酸化ピッチを４８０℃で１時間熱処理して、揮発分が４．７％の炭素前駆体を得た。この炭素前駆体を粉砕して、平均粒径が約１２μｍの炭素前駆体微粒子とした。次に、この炭素前駆体微粒子を窒素気流中、２０００℃で１時間炭素化し、炭素粉末を得た。得られた炭素粉末の平均層面間隔ｄ002は０．３４２ｎｍ、Ｃ軸方向の平均の結晶子の大きさＬｃ(002)は９．２２ｎｍ、粒径は１０μｍであった。
【００３２】
（組成物の作成）
上記方法によって得られた炭素粉末１ｋｇ（組成物中５質量％）、石油ピッチ系炭素繊維（呉羽化学工業製「Ｍ１０７Ｔ」を使用、平均繊維長は１３０μｍ：１００μｍ以下の含有率は２１％）６ｋｇ（組成物中３０質量％）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（以下、「ＰＰＳ」と略称する）（呉羽化学工業製、３１０℃における剪断速度１２００秒-1での見掛溶融粘度約１２０Ｐａ・ｓを使用）を１３ｋｇ（組成物中６５質量％）秤量し、１００リットルのタンブラーミキサーへ投入混合し、混合物を得た。得られた混合物を乾燥後、４５ｍｍφ二軸押し出し機へ供給し、シリンダー温度２８０〜３１０℃にて混練を行ない、ペレット状組成物を得た。
【００３３】
（組成物の特性評価）
得られた組成物を射出成型機（東芝機械製ＩＳ７５）へ供給し、シリンダーのＣ1温度を２９０℃、最高シリンダー温度を３３０℃、ダイス温度を３１０℃、金型温度を約１５０℃として、１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ３ｍｍの板状成形品を得た。得られた板状成型品のテーバー摩耗量は２７ｍｇであった。表１に実施例及び比較例の主な構成と特性をまとめて示す。
【００３４】
【表１】
［実施例２］
実施例１と同様の炭素粉末１．６ｋｇ（組成物中８質量％）、炭素繊維６．４ｋｇ（組成物中３２質量％）、ＰＰＳ１２ｋｇ（組成物中６０質量％）を秤量し、混合、混練を行ないペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ、２５ｍｇであった。
【００３６】
［実施例３］
実施例１と同様の炭素粉末２．０ｋｇ（組成物中１０質量％）、炭素繊維６．０ｋｇ（組成物中３０質量％）、ＰＰＳ１２ｋｇ（組成物中６０質量％）を秤量し、混合、混練を行ないペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ２５ｍｇであった。
【００３７】
［実施例４］
実施例１と同様の炭素粉末１．０ｋｇ（組成物中５質量％）、炭素繊維７．０ｋｇ（組成物中３５質量％）、ＰＰＳ１２ｋｇ（組成物中６０質量％）を秤量し、混合、混練を行ないペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ、２４ｍｇであった。
【００３８】
［実施例５］
（炭素粉末の作成）
炭素前駆体までは実施例１と同様に作成し、この炭素前駆体を粉砕して、平均粒径が約２３μｍの炭素前駆体微粒子を得た。次に、この炭素前駆体微粒子を窒素気流中、１０００℃で１時間炭素化し、炭素粉末を得た。得られた炭素粉末の平均層面間隔ｄ002は０．３６１ｎｍであった。また、Ｃ軸方向の平均の結晶子の大きさＬｃ(002)は１．６２ｎｍ、平均粒径は２２μｍであった。
【００３９】
（組成物の作成）
得られた炭素粉末１．０ｋｇ（組成物中５質量％）、実施例１と同様の炭素繊維６．０ｋｇ（組成物中３０質量％）、ＰＰＳ１３．０ｋｇ（組成物中６５質量％）を秤量し、実施例１と同様に混合、混練を行ないペレット状組成物を得た。
【００４０】
（組成物の特性評価）
得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ、２３ｍｇであった。
【００４１】
［実施例６］
実施例５と同様の炭素粉末１．０ｋｇ（組成物中５質量％）、炭素繊維７．０ｋｇ（組成物中３５質量％）、ＰＰＳ１２．０ｋｇ（組成物中６０質量％）を秤量し、実施例１と同様に混合、混練を行ないペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ、２４ｍｇであった。
【００４２】
［実施例７］
（炭素粉末の作成）
球状ピッチ成形体までは実施例１と同様に作成し、流動床を使用して１００ｇの球状ピッチ成形体に対し、２０リットル／分の流量で空気を送り、３０℃／時間で２６０℃まで昇温し、２６０℃で１時間保持して酸化処理を行い熱に対して不融な多孔性球状ピッチ成形体を得た。この多孔性球状ピッチ成形体を窒素ガスを含む水蒸気雰囲気の流動床内で２００℃／時間の条件で６００℃まで昇温し６００℃に１時間保持し予備焼成を行ない、冷却し炭素前駆体を得た。この炭素前駆体を粉砕し、平均粒径が約２６μｍの炭素前駆体微粒子を得た。更にこの炭素前駆体微粒子を窒素ガス中で６００℃／時間の条件で１２００℃まで昇温し、１２００℃で１時間焼成した後、冷却し炭素粉末を得た。得られた炭素粉末の平均層面間隔ｄ002は０．３７７ｎｍ、Ｃ軸方向の平均の結晶子の大きさＬｃ(002)は１．２８ｎｍ、平均粒径は２５μｍであった。
【００４３】
（組成物の作成）
上記炭素粉末１．０ｋｇ（組成物中５質量％）、実施例１と同様の炭素繊維６．０ｋｇ（組成物中３０質量％）、ＰＰＳ１３．０ｋｇ（組成物中６５質量％）を秤量し、実施例１と同様に混合、混練を行ないペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ、２５ｍｇであった。
【００４４】
［実施例８］
（炭素粉末の作成）
実施例７と同様に作成した炭素前駆体を粉砕し、窒素ガス中で６００℃／時間の条件で２０００℃まで昇温し、２０００℃で１時間焼成した後、冷却し炭素粉末を得た。炭素粉末の平均層面間隔ｄ002は０．３６２ｎｍ、Ｃ軸方向の平均の結晶子の大きさＬｃ(002)は１．７２ｎｍ、平均粒径は２５μｍであった。
【００４５】
（組成物の作成）
上記炭素粉末１．０ｋｇ（組成物中５質量％）、実施例１と同様の炭素繊維６．０ｋｇ（組成物中３０質量％）、ＰＰＳ１３．０ｋｇ（組成物中６５質量％）を秤量し、実施例１と同様に混合、混練を行ないペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ、２４ｍｇであった。
【００４６】
［実施例９］
（炭素粉末の作成）
炭素前駆体までは実施例１と同様に作成し、炭素前駆体を粉砕して平均粒径が約６２μｍの炭素前駆体微粒子を得た。次に、この炭素前駆体微粒子を窒素気流中、２０００℃で１時間炭素化し、平均粒径が約３５μｍの炭素粉末を得た。炭素粉末の平均層面間隔ｄ002は０．３４２ｎｍ、Ｃ軸方向の平均の結晶子の大きさＬｃ(002)は９．２２ｎｍであった。
【００４７】
（組成物の作成）
上記方法で得られた炭素粉末を１．０ｋｇ（組成物中５質量％）、実施例１と同様の炭素繊維６．０ｋｇ（組成物中３０質量％）、ＰＰＳ１３．０ｋｇ（組成物中６５質量％）を秤量し、混合、混練を行ない、ペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ、２７ｍｇであった。
【００４８】
［実施例１０］
実施例１と同様の炭素粉末２．０ｋｇ（組成物中１０質量％）、実施例１と同様の炭素繊維７．０ｋｇ（組成物中３５質量％）、ＰＰＳ１１．０ｋｇ（組成物中５５質量％）を秤量し、実施例１と同様に混合、混練を行ないペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ、２７ｍｇであった。
【００４９】
［実施例１１］
（炭素粉末の作成）
炭素前駆体微粒子までは実施例１と同様に作成し、得られた炭素前駆体微粒子を窒素気流中、２８００℃で１時間炭素化し、平均粒径が約１０μｍの炭素粉末を得た。得られた炭素粉末の平均層面間隔ｄ002は０．３４０ｎｍ、Ｃ軸方向の平均の結晶子の大きさＬｃ(002)は５０．０８ｎｍであった。
【００５０】
（組成物の作成）
上記方法によって得られた炭素粉末を１．０ｋｇ（組成物中５質量％）、実施例１と同様の炭素繊維６．０ｋｇ（組成物中３０質量％）、ＰＰＳ１３．０ｋｇ（組成物中６５質量％）を秤量し、混合、混練を行ない、ペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ、２８ｍｇであった。
【００５１】
［比較例１］
実施例１と同様の炭素繊維６．０ｋｇ（組成物中３０質量％）、ＰＰＳ１４．０ｋｇ（組成物中７０質量％）を秤量し、実施例１と同様に混合、混練を行ないペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ、４０ｍｇであった。
【００５２】
［比較例２］
実施例１と同様の炭素粉末１．０ｋｇ（組成物中５質量％）、炭素繊維４．０ｋｇ（組成物中２０質量％）、ＰＰＳ１５．０ｋｇ（組成物中７５質量％）を秤量し、実施例１と同様に混合、混練を行ないペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形しテーバー摩耗量を測定したところ、５２ｍｇであった。
【００５３】
［比較例３］
実施例１と同様の炭素粉末１．０ｋｇ（組成物中５質量％）、炭素繊維１０．０ｋｇ（組成物中５０質量％）、ＰＰＳ９．０ｋｇ（組成物中４５質量％）を秤量し、実施例１と同様に混合、混練を行いペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様にテーバー摩耗量を測定したところ、６０ｍｇであった。
【００５４】
［比較例４］
実施例１と同様の炭素粉末４．０ｋｇ（組成物中２０質量％）、炭素繊維４．０ｋｇ（組成物中２０質量％）、ＰＰＳ１２．０ｋｇ（組成物中６０質量％）を秤量し、実施例１と同様に混合、混練を行ないペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ、４８ｍｇであった。
【００５５】
［比較例５］
平均層面間隔ｄ002が０．３３７ｎｍ、Ｃ軸方向の平均の結晶子の大きさＬｃ(002)が１００．８０ｎｍの天然黒鉛の粉末（平均粒径２５μｍ）１．０ｋｇ（組成物中５質量％）、実施例１と同様の炭素繊維６．０ｋｇ（組成物中３０質量％）、ＰＰＳ１３．０ｋｇ（組成物中６５質量％）を秤量し、実施例１と同様に混合、混練を行ないペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ、３６ｍｇであった。
【００５６】
［比較例６］
平均層面間隔ｄ002が０．３３６ｎｍ、Ｃ軸方向の平均の結晶子の大きさＬｃ(002)が０．９５８ｎｍのカーボンブラックの粉末１．０ｋｇ（組成物中５質量％）、実施例１と同様の炭素繊維６．０ｋｇ（組成物中３０質量％）、ＰＰＳ１３．０ｋｇ（組成物中６５質量％）を秤量し、実施例１と同様に混合、混練を行ないペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ、３０ｍｇであった。
【００５７】
［比較例７］
（炭素粉末の作成）
軟化点１８２℃、キノリン不溶分１０質量％、Ｈ／Ｃ原子比０．５３のピッチ７５ｋｇにナフタレン２５ｋｇを攪拌翼の付いた内容量３００リットルの耐圧容器に仕込み、２１０℃に加熱溶融混合し、８０〜９０℃に冷却して直径０．５ｍｍの孔を有する口金から押し出し、直径約１５０μｍの紐状成形体を得た。この紐状成形体を高速カッターに入れ１分間攪拌し、粉砕物を得た。得られた粉砕物の直径に対する長さの比が１．１であった。次いで、９０℃に加熱した０．５％ポリビニルアルコール（ケン化度８８％）水溶液に投下し、攪拌分散し、冷却して球状ピッチ成形体を得た。さらに、濾過を行ない、水溶分を除去し、球状ピッチ成形体の約６倍量のｎ−ヘキサンでピッチ成形体中のナフタレンの抽出除去を行なった。次に流動層に於いて１００ｇの球状ピッチ成形体に対し、２０リットル／分の流量で空気を送り、３０℃／時間で３００℃まで昇温し酸化不融化を行ない平均粒径が約７０μｍの不融化ビーズを得た。更に得られた不融化ビーズを２００℃／時間の条件で１０００℃まで昇温し、１０００℃の温度で１時間保持して炭化し、平均粒径が６０μｍの炭素粉末を得た。得られた炭素粉末の平均層面間隔ｄ002は０．３５３ｎｍ、Ｃ軸方向の結晶子の大きさＬｃ(002 ）は１．１０ｎｍであった。
【００５８】
（組成物の作成）
上記炭素粉末１．０ｋｇ（組成物中５質量％）、実施例１と同様の炭素繊維６．０ｋｇ（組成物中３０質量％）、ＰＰＳ１３．０ｋｇ（組成物中６５質量％）を秤量し、実施例１と同様に混合、混練を行ないペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ、３１ｍｇであった。
【００５９】
［比較例８］
（組成物の作成）
比較例７と同様の方法で得られた炭素粉末１．０ｋｇ（組成物中５質量％）、実施例１と同様の炭素繊維４．０ｋｇ（組成物中２０質量％）、ＰＰＳ１５．０ｋｇ（組成物中７５質量％）を秤量し、実施例１と同様に混合、混練を行ないペレット状組成物を得た。得られた組成物について、実施例１と同様に成形し、テーバー摩耗量を測定したところ、５１ｍｇであった。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、摩耗量が従来技術に比べ一段と少ない耐摩耗性組成物が得られる。本発明は、特にシリコンウェハー、ガラス基板等の硬い材料に対し、摺動させても、摩耗されにくい材料を提供するものである。
Claims (15)
- 炭素粉末１〜２５質量％、炭素繊維２５〜５０質量％及びポリアリーレンサルファイド４９〜７４質量％を含有する耐摩耗性組成物であって、該炭素粉末が、平均粒径１〜６０μｍを有し、そして、
（ａ）Ｘ線回析法により求めた（００２）面の平均層面間隔ｄ002が０．３３８〜０．３８０ｎｍであり、
（ｂ）Ｃ軸方向の平均の結晶子の大きさＬｃ(002)が１〜７０ｎｍであり、かつ
（ｃ）該ｄ002とＬｃ(002)が下記式（Ｉ）
との特性（ａ）〜（ｃ）を有するものであることを特徴とする耐摩耗性組成物。 - 炭素粉末の平均粒径が２〜５０μｍである請求項１記載の耐摩耗性組成物。
- 炭素粉末の平均粒径が３〜４０μｍである請求項１記載の耐摩耗性組成物。
- 炭素粉末の平均層面間隔ｄ 002 が０．３４０〜０．３７５ｎｍである請求項１記載の耐摩耗性組成物。
- 炭素粉末のＣ軸方向の平均の結晶子の大きさＬｃ(002)が１．１〜６０ｎｍである請求項１乃至４のいずれか１項に記載の耐摩耗性組成物。
- 炭素粉末のＣ軸方向の平均の結晶子の大きさＬｃ(002)が１．２〜５０ｎｍである請求項５記載の耐摩耗性組成物。
- 炭素粉末の割合が３〜２０質量％である請求項１乃至６のいずれか１項に記載の耐摩耗性組成物。
- 炭素粉末の割合が５〜１５質量％である請求項７記載の耐摩耗性組成物。
- 炭素繊維の平均繊維長が５０〜１０００μｍである請求項１乃至８のいずれか１項に記載の耐摩耗性組成物。
- 炭素繊維の平均繊維長が１００〜５００μｍである請求項９記載の耐摩耗性組成物。
- 炭素繊維が、繊維長１００μｍ以下の含有率が６０質量％以下のものである請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の耐摩耗性組成物。
- 炭素繊維が、その中の繊維長１００μｍ以下の含有率が４５質量％以下のものである請求項１１記載の耐摩耗性組成物。
- 炭素繊維が、その中の繊維長１００μｍ以下の含有率が３０質量％以下のものである請求項１２記載の耐摩耗性組成物。
- 炭素繊維の割合が２７〜４５質量％である請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の耐摩耗性組成物。
- ポリアリーレンサルファイドが、実質的に線状構造を有するものである請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の耐摩耗性組成物。
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