JP4337773B2 - 改質ふっ素樹脂組成物 - Google Patents
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Description
本実施形態の改質ふっ素樹脂組成物は、(I)ふっ素樹脂、(II)放射線による改質ふっ素樹脂、(III)マイカを混合している。以下、各構成物について詳しく説明する。
使用されるふっ素樹脂としては、テトラフルオロエチレン系重合体(PTFE)、テトラフルオロエチレン−フルオロアルコキシトリフルオロエチレン共重合体(PFA)、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(FEP)、ポリテトラフルオロエチレン−パーフルオロジオキシソール共重合体(THF/PDD)が挙げられる。
上記PTFEの中にはパーフルオロアルキルビニルエーテル、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルエチレンあるいはクロロトリフルオロエチレン等の共重合性モノマーに基づく重合単位を1モル%以下、好ましくは0.2モル%以下含有するものも含まれる。またこれらのふっ素樹脂の場合、その分子構造中に少量の第3成分を含むこともできる。
改質ふっ素樹脂成形体は、ふっ素樹脂成形体を酸素濃度10torr以下の不活性化ガス雰囲気下で、且つその融点以上に加熱された状態において電離性放射線を照射線量1kGy〜10MGyの範囲で照射することにより製造できる。電離性放射線としては、γ線,電子線,X線,中性子線あるいは高エネルギーイオン等が使用できる。
電離性放射線の照射を行う際は、ふっ素樹脂成形体をその結晶融点以上に加熱しておくことが望ましい。例えば、ふっ素樹脂としてPTFEを使用する場合には、この融点である327℃よりも高い温度で照射し、またPFA、FEPを使用する場合には、前者が310℃、後者が275℃に特定される融点よりも高い温度に加熱して照射する。ふっ素樹脂をその融点以上に加熱することは、ふっ素樹脂を構成する主鎖の分子運動を活性化させることになり、その結果、分子間の架橋反応を効率よく促進させることが可能となる。但し、過度の加熱は逆に分子主鎖の切断と分解を招くようになるので、加熱温度はふっ素樹脂の融点よりも10〜30℃高い範囲に内に抑えるのが望ましい。
マイカ(雲母)には、天然マイカと合成マイカとがあり、前者の天然マイカには金雲母(KMg3AlSi3O10OH2)、白雲母(KAl3Si3O10OH2)等が挙げられ、後者の合成マイカにはフッ素金雲母(KMg3AlSi3O10F2)、K四珪素雲母(KMg2.5Si4O10F2)、Na四珪素雲母(NaMg2.5Si4O10F2)等が挙げられる。
合成マイカは、2枚のSiO2四面体層が酸素を共有してMg(OH)2もしくはAl(OH)3八面体層を挟み込んだ2:1型構造の珪酸塩層と、アルカリあるいはアルカリ土類イオンとからなる層が互層した構造を有する層状珪酸塩である。層間カチオンがカリウムの場合、天然マイカと同様に水中では膨潤しない(非膨潤性マイカ)。層間カチオンがナトリウム又はリチウムの場合、イオン化傾向が小さいことにより天然の雲母よりも珪酸塩層と層間陽イオンとの結合は弱い。このため、水や他の極性溶媒中で膨潤し、水中では分散してゾル・ゲルを形成する(膨潤性マイカ)。
配合比は、改質ふっ素樹脂とマイカのトータル重量が、全重量に対し10重量部〜70重量部であり、その中で改質ふっ素樹脂が全重量に対し5重量部〜50重量部、マイカが全重量に対し5重量部〜20重量部であることが望ましい。上記範囲未満では水中での大幅な耐摩耗性の向上を付与することが難しく、また上記範囲を超えると引張強度等の機械特性の著しい低下を招く。
以上説明した改質ふっ素樹脂組成物は、耐摩耗性、耐クリープ性に優れているため、摺動部品、シール品、パッキン、ガスケット、半導体製造用容器・治具・配管等の幅広い用途が期待できる。更に、水中で優れた耐摩耗性を付与できるため水中での使用に適しており、摺動する相手材を損傷しにくく、且つ色相が白色であるため、ふっ素樹脂の応用範囲を広げる上で大きく貢献するものである。また、この改質ふっ素樹脂組成物により形成された成形体も同様に、水中で用いられる成形体に適用できる。
まず、表1に示す組成のコンパウンドを準備した。
PTFEには旭硝子の商品名P−192を使用した。このPTFEを酸素濃度1torr、窒素雰囲気下、340℃の温度のもとで電子線(加速電圧2MeV)を100kGy照射し、改質を行った。これをジェットミルにより平均粒径20μmに微粉砕した。
また、マイカには、マイカ1(ソマシフME−100(コープケミカル(株)、平均粒径7μm、比表面積9m2/g)、マイカ2(ミクロマイカMK−100(コープケミカル(株))、平均粒径7μm、比表面積3m2/g)、マイカ3(平均粒径10μm、比表面積0.5m2/g)の3種類を用いた。また、カーボン繊維には、繊維径1μm、繊維長10μm、アスペクト比10のものを用い、二硫化モリブデンには、モリコートZ(ダウコーニング)を使用した。
このようにして作製したブロックから切削により切り出し、試験片を作製した。
試料の特性評価を次に述べる。なお、測定数は各試料3点とし、これらの算術平均を平均値とした。
試験にはリングオンデスク摩耗試験装置を使用し、JISK7218に準じ、SUS304製の円筒リング(外径25.6mm,内径20.6mm)に試験片(外径25.6mm,内径20.6mm,厚さ1mm)を貼り合せ、相手材にはSUS304板(縦30mm,横30mm,厚さ5mm、表面粗さRa0.2μm)を用い、圧力0.4MPa、速度125m/minの条件で行った。雰囲気は水中、20℃で行い、試験にはイオン交換水を用いた。
24時間後、重量減少を測定し、比摩耗量VSAは下記の式から求めた。
VSA=V/(P・L)
V:摩耗量、P:試験荷重、L:平均滑り距離
相手材損傷性については試験後、相手材の表面粗さを接触式表面粗さ計(小坂製作所SE−3500)を用い測定し、試験後損傷され深さ方向に5μm以上のトラックができているものを損傷あり、5μm未満のものを損傷なしと判定した。
結果を表2に示す。
これに対し改質ふっ素樹脂あるいはマイカの一方しか含まない比較例1、2は、いずれも比摩耗量が大きく耐摩耗性に劣っていた。また比較例3は限定以外の充てん材を使用したものであるが、耐摩耗性に劣り、相手材も損傷させることが判った。
以上より、実施例の成形体は、水中で優れた耐摩耗性を付与でき、摺動する相手材を損傷しにくいことが明らかとなった。
Claims (9)
- ふっ素樹脂と、放射線によりふっ素樹脂を改質した改質ふっ素樹脂と、層間陽イオンを有する層状珪酸塩とを混合してなり、該混合物からなる成形体の水中での摩耗試験における比摩耗量が1100×10 −4 mm 3 /Nm以下であることを特徴とする改質ふっ素樹脂組成物。
- 前記層状珪酸塩がマイカであることを特徴とする請求項1記載の改質ふっ素樹脂組成物。
- 前記層間陽イオンがナトリウムイオンであることを特徴とする請求項1記載の改質ふっ素樹脂組成物。
- 前記マイカの比表面積が1m2/g以上であることを特徴とする請求項2記載の改質ふっ素樹脂組成物。
- 前記改質ふっ素樹脂と前記層状珪酸塩のトータル重量は、全重量に対し10重量部〜70重量部であり、かつ前記改質ふっ素樹脂が全重量に対し5重量部〜50重量部、前記層状珪酸塩が全重量に対し5重量部〜20重量部であることを特徴とする請求項1記載の改質ふっ素樹脂組成物。
- 前記ふっ素樹脂が、テトラフルオロエチレン系重合体に、1モル%以内の異種フルオロモノマを含有することを特徴とする請求項1記載の改質ふっ素樹脂組成物。
- 前記改質ふっ素樹脂の原料となるふっ素樹脂が、テトラフルオロエチレン系重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル系共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン系共重合体から選ばれた少なくとも1種以上であることを特徴とする請求項1記載の改質ふっ素樹脂組成物。
- 前記改質ふっ素樹脂は、結晶化熱量が40J/g以下、融点が325℃以下であることを特徴とする請求項1記載の改質ふっ素樹脂組成物。
- 前記改質ふっ素樹脂は、ふっ素樹脂を酸素濃度10torr以下の不活性化ガス雰囲気下で、且つその融点以上に加熱された状態で電離性放射線を照射線量1kGy〜10MGyの範囲で照射したものであることを特徴とする請求項1記載の改質ふっ素樹脂組成物。
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