JP4201529B2 - 摺動部材用樹脂組成物および摺動部材 - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
本発明は、摺動部材用樹脂組成物に関し、詳しくは、アルミニウム合金などの軟質金属を摺動相手材として使用した場合において、とくに優れた摩擦摩耗特性を発揮する摺動部材用樹脂組成物および摺動部材に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂などの熱可塑性合成樹脂は、機械的強度、耐摩耗性に優れるため、軸受、歯車などの機械要素として広く使用されている。しかしながら、これらの合成樹脂は樹脂単独では充分な摩擦摩耗特性が得られないため、これらの樹脂に黒鉛、二硫化モリブデン、四ふっ化エチレン樹脂などの固体潤滑剤、鉱油やロウなどの潤滑油剤を含有したり、ポリエチレン樹脂などの低摩擦性を有する他の合成樹脂を配合したりして摩擦摩耗特性の向上を図っている。
【0003】
例えば、ポリエチレン樹脂を配合した樹脂組成物として、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエステル樹脂およびポリカーボネート樹脂から選ばれる熱可塑性樹脂70〜98重量%と、超高分子量ポリエチレン樹脂粉末2〜30重量%とを溶融混練してなる熱可塑性樹脂組成物が知られている(特公昭63−65232号公報)。
【0004】
一方、合成樹脂製の摺動部材に限らず、軸受などの摺動部材においては、相手材、例えば軸の材質、表面性状なども優れた摩擦摩耗特性を得るためには重要な要素となる。近年の複写機などOA機器の発達にともない、軽量化が要求される機械装置、機器類においては、摺動相手材としてアルミニウム合金の使用が不可欠とされており、アルミニウム合金を相手材とした場合においても、良好な摩擦摩耗特性が要求される。
【0005】
上述した特公昭63−65232号公報に開示された熱可塑性樹脂組成物からなる摺動部材は、アルミニウム合金を相手材とする摺動においては、摩擦係数が高く、摩耗量も大きいという問題があり、上記の要求を満たしているとは言い難いものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の実情に鑑みなされたもので、その目的は、アルミニウム合金などの軟質金属を相手材とする場合において、優れた摩擦摩耗特性を発揮する摺動部材用樹脂組成物および摺動部材を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成するべく鋭意研究を重ねた結果、ポリアミド樹脂を主成分とし、これに一定割合のポリエチレン樹脂、炭化水素系ワックス、タルクおよびフェノキシ樹脂を配合した樹脂組成物からなる摺動部材が、上記目的を達成し得るとの知見を得た。
【0008】
本発明は上記知見に基づき完成されたものであり、本発明によれば、上記目的は、ポリエチレン樹脂0.5〜30重量%と、炭化水素系ワックス1〜15重量%と、タルク0.1〜5重量%と、フェノキシ樹脂3〜25重量%と、残部ポリアミド樹脂とからなる摺動部材用樹脂組成物によって達成される。
【0010】
さらに、本発明によれば、上記目的は、これら摺動部材用樹脂組成物を成形してなる摺動部材によっても達成される。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を説明する。先ず、摺動部材用樹脂組成物について説明する。本発明の摺動部材用樹脂組成物においては、主成分としてポリアミド樹脂を使用し、配合成分としてポリエチレン樹脂、炭化水素系ワックス、タルクおよびフェノキシ樹脂を使用する。
【0012】
主成分をなすポリアミド樹脂は、脂肪族ポリアミド樹脂であり、具体的には、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン610、ナイロン11、ナイロン12等が挙げられ、これらの一種もしくは二種が選択されて使用される。
【0013】
本発明で使用するポリエチレン樹脂としては、低密度ポリエチレン樹脂、直鎖状低密度ポリエチレン樹脂、中密度ポリエチレン樹脂、高密度ポリエチレン樹脂が挙げられる。また、超高分子量ポリエチレン樹脂、超高分子量ポリエチレン成分と低分子量ポリエチレン成分とからなる高分子量ポリエチレン樹脂も使用できる。
【0014】
また、エチレンと少量の他のα−オレフィン、例えばプロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン、4−メチル−1−ペンテン等との共重合体も使用できる。さらに、前記エチレン単独重合体または共重合体が、不飽和カルボン酸、その誘導体またはビニル系重合体などにより変性されたポリエチレン樹脂も使用できる。この変性ポリエチレン樹脂は、ポリアミド樹脂との親和性を向上させる。
【0015】
上記の不飽和カルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、テトラヒドロフタル酸、イタコン酸、シトラコン酸、クロトン酸、エンドシス−ビシクロ[2,2,1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボン酸(ナジック酸)等が挙げられる。また、不飽和カルボン酸の誘導体としては、塩化マレニル、マレイミド、アクリル酸アミド、メタクリル酸アミド、グリシジルメタクリレート、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、マレイン酸モノメチル、マレイン酸ジメチル、グリシジルマレエート等が挙げられる。これらの不飽和カルボン酸またはその誘導体は、単独でまたは組合わせて使用される。とくに、不飽和ジカルボン酸またはその酸無水物が好ましく、マレイン酸、ナジック酸またはこれらの酸無水物がより好ましい。
【0016】
ポリエチレン樹脂をカルボン酸またはその誘導体で変性する方法としては、不飽和カルボン酸またはその誘導体から選ばれるグラフトモノマーをポリエチレン樹脂にグラフト重合する方法が挙げられる。グラフト重合する方法としては、従来公知の方法が採用できる。例えば、ポリエチレン樹脂を溶融し、グラフトモノマーを添加してグラフト重合する方法あるいはポリエチレン樹脂を溶媒に溶解し、グラフトモノマーを添加してグラフト重合する方法である。このとき、ラジカル開始剤を併用するのが好ましい。グラフトモノマーの添加割合としては、ポリエチレン樹脂100重量部に対して0.01〜10重量部が好ましい。
【0017】
ビニル系重合体としては、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、アクリロニトリル−スチレン共重合体などが挙げられる。
【0018】
ポリエチレン樹脂をビニル系重合体で変性する方法としては、ポリエチレン樹脂の懸濁水溶液に、スチレン等のビニル単量体、ベンゾイルペルオキシド等のラジカル重合開始剤およびt−ブチルペルオキシメタクリロイロキシエチルカーボネート等の有機過酸化物含有ビニルモノマーからなる溶液を添加して、ラジカル重合開始剤、有機過酸化物含有ビニルモノマーおよびビニル単量体をポリエチレン樹脂に含浸させた後、ポリエチレン樹脂中でビニル単量体と有機過酸化物含有ビニルモノマーとを重合して有機ペルオキシド基含有ビニル系重合体を生成し、得られた樹脂組成物を、または、この樹脂組成物にポリエチレン樹脂を加えたものを溶融混練することによって、ビニル系重合体がグラフトしたポリエチレン樹脂を得る方法が挙げられる。ビニル系重合体で変性されたポリエチレン樹脂中のビニル系重合体の含有割合は、10〜60重量%が好ましい。
【0019】
上記のようなビニル系共重合体がグラフトしたポリエチレン樹脂の市販品としては、日本油脂製の「モディパー(商品名)」が挙げられる。
【0020】
上述したポリエチレン樹脂は、ポリアミド樹脂とのポリマーアロイの形態で配合されるのが好ましい。このポリマーアロイとしては、ポリエチレン樹脂20〜50重量%とポリアミド樹脂80〜50重量%からなる。
【0021】
主成分をなすポリアミド樹脂に、上記ポリエチレン樹脂を配合することにより成形性を向上させる。また、摺動部材の摩擦係数を低下させ、相手材に対するアタック性を緩和し、かつなじみ性を向上させる。ポリエチレン樹脂の配合量は通常0.5〜30重量%、好ましくは5〜25重量%、さらに好ましくは10〜20重量%である。ポリエチレン樹脂の配合量が0.5重量%未満の場合は、上記した効果が発揮されず、また配合量が30重量%を超える場合は、耐摩耗性を低下させるとともに摺動部材としての強度を低下させる。
【0022】
本発明で使用する炭化水素系ワックスとしては、パラフィンワックス、ポリエチレンワックス、マイクロクリスタリンワックスが挙げられる。
【0023】
これらの炭化水素系ワックスは、摺動部材の低摩擦性に寄与するとともに相手材の損傷を著しく低減させるものである。炭化水素系ワックスの配合量は通常1〜15重量%、好ましくは3〜10重量%、さらに好ましくは5〜7重量%である。炭化水素系ワックスの配合量が1重量%未満の場合は、低摩擦性に充分寄与せず、また配合量が15重量%を超えると成形性を著しく低下させるとともに摺動部材としての強度を低下させる。
【0024】
本発明で使用するタルクは、モース硬度が1〜1.5で層状の格子構造を有し、かつそれ自体潤滑性を有するものであり、前記ポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂および炭化水素系ワックスからなる成分組成に配合されることにより、潤滑性ならびに耐摩耗性の向上に寄与する。
【0025】
そして、このタルクの配合量は、0.1〜5重量%、好ましくは1〜3重量%である。配合量が0.1重量%より少ないと潤滑性ならびに耐摩耗性の向上に効果が発揮されず、また5重量%を超えて配合すると、耐摩耗性を悪化させるという欠点が現れる。
【0026】
本発明で使用するフェノキシ樹脂は、ビスフェノールAとエピクロルヒドリンの縮合によって得られる線状ポリマーで、次の構造式を有している。
【0027】
【化1】
【0028】
このフェノキシ樹脂は、上記ポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂、炭化水素系ワックスおよびタルクに所定の割合で配合されることにより、摺動部材の耐摩耗性を向上させる。そして、その配合量は3〜25重量%、好ましくは5〜20重量%が適当である。このフェノキシ樹脂の配合量が3重量%未満では、摺動部材の耐摩耗性の向上に充分な効果が得られず、また25重量%を超えて配合すると、相手材との摺動において相手材表面を損傷させる虞があるのと、摺動部材としての機械的強度を低下させる。
【0029】
本発明の摺動部材用樹脂組成物は、定法に従い、上述の各成分の所定量をヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、ボールミル、タンブラーミキサー等の混合機によって混合することによって得られる。また、上記のポリマーアロイは各成分を所定の割合で溶融混練して得ることができる。
【0030】
つぎに、本発明の摺動部材について説明する。本発明の摺動部材は、前述の摺動部材用樹脂組成物を成形して得られる。摺動部材用樹脂組成物の成形は、直接に射出成形機または押出成形機により成形する方法、摺動部材用樹脂組成物から得られたペレットを射出成形機または押出成形機により成形する方法のいずれであってもよい。
【0031】
本発明の摺動部材は、アルミニウム合金などの軟質金属を摺動相手材とした場合において、とくに摩擦摩耗特性に優れ、事務・情報機器、電装機器、家電機器などのすべり軸受、すべり軸受装置、シール材などの摺動接触する摺動部材として使用される。
【0032】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。実施例および比較例で使用したポリアミド樹脂およびポリエチレン樹脂を下記表1に示す。
【0033】
【表1】
【0034】
実施例1〜5
ポリアミド樹脂(A−1)80〜97.5重量%、ポリエチレン樹脂(B−1)0.5〜10重量%、炭化水素系ワックスとしてパラフィンワックス1〜7重量%、タルク0.5〜3重量%を混合して混合物を作製した後、この混合物を押出機で溶融混練し、(1)ポリアミド樹脂97.5重量%、ポリエチレン樹脂0.5重量%、パラフィンワックス1重量%およびタルク1重量%からなるペレットを、(2)ポリアミド樹脂89.5重量%、ポリエチレン樹脂5重量%、パラフィンワックス5重量%およびタルク0.5重量%からなるペレットを、(3)ポリアミド樹脂89重量%、ポリエチレン樹脂5重量%、パラフィンワックス5重量%およびタルク1重量%からなるペレットを、(4)ポリアミド樹脂81重量%、ポリエチレン樹脂10重量%、パラフィンワックス7重量%およびタルク2重量%からなるペレットを、(5)ポリアミド樹脂80重量%、ポリエチレン樹脂10重量%、パラフィンワックス7重量%およびタルク3重量%からなるペレットを、それぞれ作製した。ついで、これらのペレットを射出成形機のホッパーに投入し、成形して各成分組成からなる内径10mm、外径14mm、長さ10mmの円筒状試験片(摺動部材)を作製した。
【0035】
実施例6〜8
ポリアミド樹脂(A−1)80重量部およびポリエチレン樹脂(B−1)20重量部の混合物を押出機で溶融混練し、ポリアミド樹脂80重量%およびポリエチレン樹脂20重量%からなるペレットを作製した(以下「ポリマーアロイA」という)。ついで、ポリアミド樹脂(A−1)64〜69重量%、得られたポリマーアロイA25重量%、炭化水素系ワックスとしてポリエチレンワックス5〜10重量%、タルク1重量%を混合して混合物を作製した後、この混合物を押出機で溶融混練し、(1)ポリアミド樹脂89重量%、ポリエチレン樹脂5重量%、ポリエチレンワックス5重量%およびタルク1重量%からなるペレットを、(2)ポリアミド樹脂87重量%、ポリエチレン樹脂5重量%、ポリエチレンワックス7重量%およびタルク1重量%からなるペレットを、(3)ポリアミド樹脂84重量%、ポリエチレン樹脂5重量%、ポリエチレンワックス10重量%およびタルク1重量%からなるペレットを、それぞれ作製した。ついで、実施例1と同様に成形して各成分組成からなる内径10mm、外径14mm、長さ10mmの円筒状試験片(摺動部材)を作製した。
【0036】
実施例9
ポリアミド樹脂(A−1)42重量%、前記実施例6と同様のポリマーアロイA50重量%、炭化水素系ワックスとしてポリエチレンワックス7重量%、タルク1重量%を混合して混合物を作製した後、この混合物を押出機で溶融混練し、ポリアミド樹脂82重量%、ポリエチレン樹脂10重量%、ポリエチレンワックス7重量%およびタルク1重量%からなるからなるペレットを作製した。ついで、実施例1と同様に成形して内径10mm、外径14mm、長さ10mmの円筒状試験片(摺動部材)を作製した。
【0037】
実施例10
ポリアミド樹脂(A−1)50重量部およびポリエチレン樹脂(B−1)50重量部の混合物を押出機で溶融混練し、ポリアミド樹脂50重量%およびポリエチレン樹脂50重量%からなるペレットを作製した(以下「ポリマーアロイB」という)。ついで、ポリアミド樹脂(A−1)52重量%、得られたポリマーアロイB40重量%、炭化水素系ワックスとしてポリエチレンワックス7重量%、タルク1重量%を混合して混合物を作製した後、この混合物を押出機で溶融混練し、ポリアミド樹脂72重量%、ポリエチレン樹脂20重量%、ポリエチレンワックス7重量%およびタルク1重量%からなるからなるペレットを作製した。ついで、実施例1と同様に成形して内径10mm、外径14mm、長さ10mmの円筒状試験片(摺動部材)を作製した。
【0038】
実施例11
ポリアミド樹脂(A−2)82重量%、ポリエチレン樹脂(B−2)10重量%、炭化水素系ワックスとしてパラフィンワックス7重量%、タルク1重量%を混合して混合物を作製した後、この混合物を押出機で溶融混練し、ポリアミド樹脂82重量%、ポリエチレン樹脂10重量%、パラフィンワックス7重量%およびタルク1重量%からなるからなるペレットを作製した。ついで、実施例1と同様に成形して内径10mm、外径14mm、長さ10mmの円筒状試験片(摺動部材)を作製した。
【0039】
実施例12
ポリアミド樹脂(A−2)82重量%、ポリエチレン樹脂(B−3)10重量%、炭化水素系ワックスとしてポリエチレンワックス7重量%、タルク1重量%を混合して混合物を作製した後、この混合物を押出機で溶融混練し、ポリアミド樹脂82重量%、ポリエチレン樹脂10重量%、ポリエチレンワックス7重量%およびタルク1重量%からなるからなるペレットを作製した。ついで、実施例1と同様に成形して内径10mm、外径14mm、長さ10mmの円筒状試験片(摺動部材)を作製した。
【0040】
実施例13〜16
ポリアミド樹脂(A−1)22〜37重量%、前記実施例6と同様のポリマーアロイA50重量%、炭化水素系ワックスとしてポリエチレンワックス7重量%、タルク1重量%およびフェノキシ樹脂5〜20重量%を混合して混合物を作製した後、この混合物を押出機で溶融混練し、(1)ポリアミド樹脂77重量%、ポリエチレン樹脂10重量%、ポリエチレンワックス7重量%、タルク1重量%およびフェノキシ樹脂5重量%からなるペレットを、(2)ポリアミド樹脂72重量%、ポリエチレン樹脂10重量%、ポリエチレンワックス7重量%、タルク1重量%およびフェノキシ樹脂10重量%からなるペレットを、(3)ポリアミド樹脂67重量%、ポリエチレン樹脂10重量%、ポリエチレンワックス7重量%、タルク1重量%およびフェノキシ樹脂15重量%からなるペレットを、(4)ポリアミド樹脂62重量%、ポリエチレン樹脂10重量%、ポリエチレンワックス7重量%、タルク1重量%およびフェノキシ樹脂20重量%からなるペレットを、それぞれ作製した。ついで、実施例1と同様に成形して各成分組成からなる内径10mm、外径14mm、長さ10mmの円筒状試験片(摺動部材)を作製した。
【0041】
実施例17
ポリアミド樹脂(A−2)72重量%、ポリエチレン樹脂(B−2)10重量%、炭化水素系ワックスとしてパラフィンワックス7重量%、タルク1重量%およびフェノキシ樹脂10重量%を混合して混合物を作製した後、この混合物を押出機で溶融混練し、ポリアミド樹脂72重量%、ポリエチレン樹脂10重量%、パラフィンワックス7重量%、タルク1重量%およびフェノキシ樹脂10重量%からなるペレットを作製した。ついで、実施例1と同様に成形して内径10mm、外径14mm、長さ10mmの円筒状試験片(摺動部材)を作製した。
【0042】
実施例18
ポリアミド樹脂(A−2)72重量%、ポリエチレン樹脂(B−3)10重量%、炭化水素系ワックスとしてポリエチレンワックス7重量%、タルク1重量%およびフェノキシ樹脂10重量%を混合して混合物を作製した後、この混合物を押出機で溶融混練し、ポリアミド樹脂72重量%、ポリエチレン樹脂10重量%、ポリエチレンワックス7重量%、タルク1重量%およびフェノキシ樹脂10重量%からなるペレットを作製した。ついで、実施例1と同様に成形して内径10mm、外径14mm、長さ10mmの円筒状試験片(摺動部材)を作製した。
【0043】
比較例1
ポリマーアロイAを成形して内径内径10mm、外径14mm、長さ10mmの円筒状試験片(摺動部材)を作製した。
【0044】
比較例2
ポリアミド樹脂(A−1)95重量%および炭化水素系ワックスとしてポリエチレンワックス5重量%を混合して混合物を作製した後、この混合物を押出機で溶融混練し、ポリアミド樹脂95重量%、ポリエチレンワックス5重量%からなるペレットを作製した。次いで、このペレットを射出成形機のホッパーに投入し、成形して内径10mm、外径14mm、長さ10mmの円筒状試験片(摺動部材)を作製した。
【0045】
上述した実施例1〜18及び比較例1〜2で作製した円筒状試験片について、表2に示す試験条件でジャーナル試験を行なった。その試験結果を表3〜6に示す。摩擦係数については、試験開始から安定時に移行した段階での摩擦係数を示し、摩耗量については、試験終了後の円筒状試験片(摺動部材)の寸法変化量で示した。また、試験後の相手材表面の損傷度の評価を、損傷が認められないものを○印にて、損傷が認められるものを×印にて表示した。
【0046】
【表2】
<ジャーナル試験>
すべり速度 20m/min
荷重 5kgf
相手材 アルミニウム合金(A5052)
試験時間 24hr
潤滑 無潤滑
【0047】
【表3】
【0048】
【表4】
(以下余白)
【0049】
【表5】
(以下余白)
【0050】
【表6】
【0051】
以上の結果から、本発明のポリエチレン樹脂と炭化水素系ワックスとタルクとフェノキシ樹脂と残部ポリアミド樹脂からなる樹脂組成物を成形してなる摺動部材はいずれも良好な摩擦摩耗特性を示した。また、試験後の相手材表面には何らの損傷も認められなかった。一方、比較例1の樹脂組成物を成形してなる摺動部材は、摩擦係数が高く、摩耗量も多く、摩擦摩耗特性に劣るものであり、相手材表面に引掻き傷のような損傷(摩耗痕)が認められ、本発明の目的を達成するものではなかった。さらに、比較例2の樹脂組成物を成形してなる摺動部材は、相手材との摺動において、相手材表面に損傷等を与えることなく低い摩擦係数を示したが、摩耗量が多く本発明の目的を達成するものではなかった。
【0052】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、アルミニウム合金などの軟質金属を相手材とした場合において、優れた摩擦摩耗特性を発揮する摺動部材用樹脂組成物および摺動部材が提供される。
Claims (5)
- ポリエチレン樹脂0.5〜30重量%と炭化水素系ワックス1〜15重量%とタルク0.1〜5重量%とフェノキシ樹脂3〜25重量%と残部ポリアミド樹脂とからなることを特徴とする摺動部材用樹脂組成物。
- ポリエチレン樹脂はポリアミド樹脂とのポリマーアロイからなる請求項1に記載の摺動部材用樹脂組成物。
- ポリエチレン樹脂とポリアミド樹脂とのポリマーアロイは、ポリエチレン樹脂20〜50重量%とポリアミド樹脂80〜50重量%とからなる請求項2に記載の摺動部材用樹脂組成物。
- 炭化水素系ワックスは、パラフィンワックス、ポリエチレンワックス、マイクロクリスタリンワックスから選択される請求項1から3のいずれか一項に記載の摺動部材用樹脂組成物。
- 請求項1から4のいずれか一項に記載の摺動部材用樹脂組成物を成形してなることを特徴とする摺動部材。
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