JPH02298555A - 導電摺動部材用樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明、電気車両等の摺動、電気機器等の重要な部分に
採用される導電性樹脂組成物に関し、特に電気抵抗が低
くかつ耐衝撃性、耐摩耗性のすぐれた酸性官能基を有す
る気相成長法炭素繊維を用いる導電摺動部材用樹脂組成
物に関する。

（従来の技術） 電気車両等の摺動、集電用炭素材料は車両の高速化と冷
房設備等による消費電力の増大に対応するため、炭素系
のすぐれた摺動特性と導電性を生かした摺動部材の開発
が望まれ、炭素系−金属複合材が注目されつつある。

従来、このような炭素材料の製造方法としては、例えば
、炭素材のもつ気孔に特定の金属を加圧含浸させる方法
（特公昭５６−１４７３２号公報）、特定の金属に炭素
繊維をｌＯ〜７ＱＶｏｊ２％介在させる方法（特公昭５
’８−３９２１６号公報）が提案されている、しかし、
この金属を含浸させる方法では、炭素材の数μｍ以下の
微細気孔に金属が十分に充填されないため、電気抵抗の
低下効果が悪く、また金属を含浸するために高温で減圧
、加圧のできる特殊な設備が必要である。また特定の金
属に炭素繊維を介在させる方法では、炭素繊維の配合率
が７０Ｖｏｆｆ％以下のため、炭素繊維の有するすぐれ
た慴動性が十分発揮されないという問題がある。

また最近、従来の金属材料に代る新素材としてプラスチ
ック製摺動部材の用途分野が拡大される傾向にあり、有
望視されはじめている。しかしながら、プラスチック材
料は、摺動部材に要求される特性である自己潤滑性を有
している反面、金属材料と比較して限界ＰＶ値が低く、
剛性等の機械的性質に劣り、また非導電性であるために
摺動による静電気が滞溜するという問題を木質的に有し
ている。従って、軸受等の摺動部材としてのプラスチッ
ク材料は、強度、剛性等の機械的物性、耐熱性、難燃性
、成型品の形状、寸法精度等に優れ、さらに摺動により
発生する静電気を逃すための導電性をも有していること
が要求される。また摺動部品としては、動摩擦係数が小
さく限界Ｐ　Ｖ値が高く、磨耗量が少なく、しかも相手
材料を傷めないという摩擦摩耗特性も備えた材料である
ことが望ましい。

上記各種性能を有する材料として、従来より種々の樹脂
組成物が提案されてはいるが、実用に適した材料がいま
だ開発されていない。

従来より提案されている材料としては、各種熱可塑性樹
脂、熱硬化性樹脂、多価アルコールや多価アルコールの
脂肪酸エステル等の親水基を有する帯電防止剤、導電カ
ーボンブラック、金属ファ１　　　　　　　　イハー、
ガラス繊維等の摺動性改良材からなる樹脂組成物が知ら
れている。

しかしながら、上記の親水基を有する帯電防止剤を使用
した場合、該樹脂組成物を成型して得られた製品の体積
固有抵抗はせいぜい１０１０Ω・程度しか低下せず、し
かも長時間の使用において帯電防止効果が失われるとい
う欠点を有している。

また、成分として導電性カーボンブラックを使用した場
合には、導電性カーボンブランクの嵩密度が少さく飛散
し易いためコンパウンド化の際に極めて取扱い難いうえ
、得られた成形品の機械的物性及び潤滑性能が劣るとい
う欠点がある。

また、導電性カーボンブラックコンパウンドに際しこれ
ら欠点をおぎなうためにガラス繊維を使用した場合には
、ガラス繊維の径が大きいためガラス繊維が成形品の表
面に浮き出し易く、成形品表面の平滑性が損われるし、
ガラスの硬度が高いために相手材を摩耗し易く、摺動部
品としては不適当である。

また、成分として金属ファイバーを使用する場合には、
導電性能を付与するために多量の金属ファイバーを用い
る必要がある。そのために該樹脂組成物の成型加工性が
悪く、成形品内に導電性のバラツキを生じるという欠点
を生じる。またこの成形品は、金属ファイバーが相手材
を傷つけるので摩耗特性に劣り、しかも機械的強度も不
充分であるという欠点を有する。

このように、従来から提案されている樹脂組成物はいず
れも摺動部材として要求される性能を満足しておらず、
電気機器等の重要な部分には金属材料が依然として使用
されているのが現状である。

しかるに、金属材料からなる部品は、コスト高であり、
また注油を要するために油汚れや埃の付着による問題が
あり、摺動部材として要求される性能を満足する高性能
のプラスチック材料が望まれている。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は、相手材を傷つけることなく優れた潤滑
（摺動）特性を有すると共に、電気特性、機械特性にも
優れた導電摺動部材用樹脂組成物を提供することにある
。

一５＝ （課題を解決するための手段） 本発明者等は、これまで新しい炭素材料として酸性官能
基を有する気相成長法炭素繊維の開発並びにこの素材の
特性、反応性について研究を進めてきた。本繊維の特異
な形態と化学的性質、熱安定性、導電性などの物理的性
質に注目し各種の実用試験を行っていたところ、導電性
摺動部材として要求される性質を全て満足する高性能の
樹脂組成物であることを鋭意研究の結果判明した。

すなわち、本発明は、繊維径が０．０１〜５μＭ、酸性
官能基を３〜５００μｅｑ／ｇを有する気相成長法炭素
繊維を１〜８０重量％含有する樹脂組成物で構成されて
いることを特徴とする導電摺動部材用樹脂組成物、であ
る。

本発明の導電摺動部材用樹脂組成物は、体積固有抵抗値
が１０−１〜１０８Ω・ｃｍを有するものである。

本発明において、気相成長法炭素繊維とは、炭化水素な
どの炭素源を、触媒の存在下に加熱して気相成長させて
作られる繊維状の炭素質の物質、６一 これを粉砕したり切断したりした種々の形態の炭素質物
質、あるいは、これらを加熱処理した炭素質物質であり
、本発明に係る酸性官能基を３〜５００μｅｑ／ｇを有
する気相成長法炭素繊維は、電子顕微鏡で観察すると、
芯の部分と、これを取巻く、−見して、年輪状の炭素層
からなる特異な形状の繊維及びこれが粉砕、破砕、切断
などの加工を受番ノたちのである。

本発明において、酸性官能基を３〜５００μｅｑ／ｇ有
する気相成長法炭素繊維は、直径が０．０１〜５μＭ以
下、好ましくは０．０１〜２μ「、更に好ましくは０．
０１〜１μｍ、最も好ましくは０．０１〜０．５μＭで
あり、繊維の長さは特に制限はない。繊維の長さは、一
般には５０００μ川以下であるが、更に短くても良く、
１０００μｍや１１００ａ。

あるいは１．０μｍでも良く、またこれを更に短く破砕
や切断あるいは粉砕した繊維状物、あるいは粒状や不定
形状の物も使用できる。酸性官能基を３〜５００μｅｑ
／ｇ有する気相成長法炭素繊維は、炭素の純度が高く、
一般に９７．５％以上、特に９８％以上、最も好ましく
は９８．５％以上である。

また、酸性官能基を３〜５００μｅｑ／ｇ有する気相成
長法炭素繊維は、易黒鉛化性の炭素質物が好ましく、そ
の中でもＸ線解析による構造解析において、その黒鉛の
結晶構造における格子定数Ｃ８が６．８８〜７．１０の
範囲のものが特に好ましく、最も好ましくは７，００〜
６，８９の範囲のものである。

本発明において、酸性官能基を有する気相成長法炭素繊
維は、酸性官能基を３〜５００μｅｑ／ｇ有しているこ
とも特徴であり、酸性官能基の量は好ましくは８〜４５
０μｅｑ／ｇ、特に好ましくは１５〜３５０μｅｑ／ｇ
の範囲である。

本発明に係る、酸性官能基を有する気相成長法炭素繊維
の製造方法としては、気相成長法炭素繊維を酸素などの
酸化性ガスや硝酸などの酸化剤などで酸化する方法が最
も一般的であり、酸化する方法の代わりにその他、プラ
ズマ法、グラフト法等も用いられる。

本発明の酸性官能基を有する気相成長法炭素繊維を含有
した導電摺動部材組成物は、上記の気相成長法炭素繊維
が組成物の構成成分として存在している組成物であり、
組成物中の酸性基壱有する気相成長法炭素繊維の量は、
組成物中に１〜８０重量％存在している。好ましくは３
〜６０重量％、特に好ましくは５〜５０重量％、最も好
ましくは５〜４０重量％である。

本発明において、酸性官能を有する気相成長法炭素繊維
を適正配合することにより、剛性や耐クリープ性の向上
、熱変形温度の向上、限界ＰＶ値の向上、寸法精度の向
上環を計ることができるとともに優れた、導電性を付与
することができる。

また、酸性官能基を有する気相成長法炭素繊維の機械的
物性の特徴を複合的に相乗効果として発現させるところ
にある。このような効果を最大に発揮させるには、酸性
官能基を有する気相成長法炭素繊維が極めて微細な状態
、がっ、繊維の形状で用いられる場合に、その効果が特
に著しい。この際、繊維の径が細いばかりでなく、繊維
長／繊維径の比が５以上、好ましくは１０以上、特に２
０以上、最も好ましくは１００以上あることである。

９一 本発明において、熱可塑性樹脂とは、常温では可塑性は
示さないが適当な温度に加熱することにより可塑性があ
られれる樹脂であり、例えばポリエチレン、ポリプロピ
レン、ポリスチレン、ポリ−ｐ−キシレン、ポリ酢酸ビ
ニール、ポリアクリレート、ポリメタルクリレート、ポ
リ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、フッ素含有プラス
チック、ポリアクロニトリル、ポリビニルエーテル、ポ
リビニールケトン、ポリエーテル、ポリカーボネート、
熱塑性ポリエステル、ポリアミド、ジエン系プラスチッ
ク、ポリウレタン系プラスチック等があげられる。

また熱硬化性樹脂とは、加熱することにより高分子化合
物間で複雑な反応が進み、三次元的な構造に組織が変化
し、熱可塑性状態からついには不溶、不融の状態に硬化
する樹脂であり、例えばフェノール樹脂、フラン樹脂、
キシレン、ホルムアルデヒド樹脂、尿素樹脂、メラミン
樹脂、アニリン樹脂、アルギル樹脂、不飽和ポリエステ
ル樹脂、エポキシ樹脂等があげられる。

本発明の組成物には、本発明の効果を撰なわない範囲で
、充填剤、酸化防止剤、滑剤、熱安定剤、難燃剤等の従
来摺動部材に使用されている添加物を種り使用すること
が可能である。その使用量は多過ぎると導電摺動部材の
緒特性を低下する恐れがあるので、使用目的に応じその
量を適正に制御する必要がある。

本発明の導電摺動部材樹脂組成物を製造するには、各種
樹脂、例えば熱可塑性樹脂を用いる場合には、各熱可塑
性樹脂のベレット、好薫しくは５００μｍ以下のベレッ
トを高速ブレンダー、例えばヘンシェルミキサーに各種
樹脂と酸性官能基を有する気相成長法炭素繊維とを均一
混合した後、充分な乾燥を行い、さらに該混合物を二軸
押出機等で溶融と混和を行った後にペレット化すればよ
い、この酸性官能基を有する気相成長法炭素繊維を含有
する樹脂組成物のベレット物は、射出成型やプレス成型
等の公知の成型手段により所望の導電摺動部材の形状に
成形される。一方、熱硬）　　　　　　　　化性樹脂を
用いる場合にしよ、トライブレンド、湿式ブレンド、含
浸ブレンド等で得られた均一分散組成物を充分乾燥した
後圧縮成型、真空圧縮成型などの公知の成型法により所
望の導電摺動部材の形状に成形される。

（実施例） 以下実施例および比較例によって本発明をさらに詳しく
説明する。

なお、実施例および比較例における各特性値は、下記の
方法又はＪＩＳ基準に従って測定した。

体積固有抵抗値、　　ＪＴＳ　　Ｋ−６９１１動摩擦係
数；　銘木式摩耗試験機、相手材料としては３４５Ｃを
用い、 全て無潤滑の状態で、摩擦速 度３０　ｃｍ／ｓｅｃ、荷重１０ｋｇ／ｃｆｆｌで連続
運転し、摩擦距離１０ 廟に達した時の摩擦係数を求 めた。

比　摩　耗　量；　上記動摩擦係数の測定と同様の方法
により単位距離あた りの摩耗量を求めた。

限界ＰＶ　値；　摩擦速度３０ｃｍ／ｓｅｃを一定とし
、荷重を変化させて２ 時間運転後、摩擦面を観察し、 判定した。（なお、ここにい う「限界ＰＶｌｉｆｆ」とは、摺動 部材が一定の荷重Ｐ（ｋｇ／ｃ請） において、ある周速度Ｖ（ｃｍ ／５ｅｃ）以上になった時、溶 けたり、焼付いたりする負荷 の限界４１ｉＰと■との積を意味 する。） 相手表面状態；　相手材の表面にひどい傷が生じたりし
た場合を×、少々 傷がついた場合を△、相手材 が変化なしの場合を○として 評価した。

曲　げ強度、ＪＩＳ　　Ｋ−６８１０ 曲げ弾性率、　　ＪＩＳ　　Ｋ−６８１０アイゾツト衝
撃値；ＪＩＳ　　Ｋ−６８１０ＨＤＴ、　　ＪＩＳ　　
Ｋ−６８１０ １３一 実施例１〜４、比較例１〜６ 直径が０．０５〜０．１　μｍの気相成長法炭素繊維（
トリスアセチルアセトナト鉄とヘンゼン１４００°Ｃの
加熱空間に導入し浮遊状態で合成した炭素含有量９９％
以上、格子定数７．０２）を酸素０．７％含有ガスで酸
化した酸性官能基の量が１２０μｅｑ／ｇの気相成長法
炭素繊維を、若干破砕し、分散操作がしやすく、かつ、
電子顕微鏡観察で、繊維長が実質的に５μｍ以上の繊維
を得た。

この酸性官能基を有する気相成長法炭素繊維を第１表に
示す各種の成分を高速ブレンダ＝（ヘンシェルミキサー
）で所定量混合し、池貝鉄工■製ＰＣＭ３０二軸押出機
の所定の条件下で押出してペレット化し、樹脂組成物を
得た：このベレットを乾燥した後、用ロ鉄工■製ＫＣ−
２０の射出成型機で射出温度２８５°Ｃ１金型温度８５
°Ｃ３射出圧力３８０ｋｇ　／　ｍｍ　２の条件下で射
出成形した導電摺動部材樹脂組成物のナス１−ピースを
用いて各種物性を測定した。その結果を第１表に示す。

なお、第１表中の各種成分は次に示す通りであナイロン
６ローレオナ、タイプ１３００ｓ（旭化成工業■商品名
） ＨＤ　Ｐ　Ｅ−平均粒径３０μ箱、平均分子量７万導電
性カーボンブラック−表面積；９５（１＋ｄ／ｇカーボ
ンファイバーーＰＡＮ系、６ｍ／ｍチＥｌ　ツブトスト
ランド 金属ファイバー−６−４黄銅、繊維長３　ｍ／ｍチタン
酸カリウムーデンドールＢＫ２００　（大塚化学■商品
名） ガラスファイバー−−一繊維径９μＭ、繊維長さ３ｍ／
ｍ 第１表より、次のことが明らかである。まず本発明の樹
脂組成物は、導電摺動部材としてきわめて好適であるこ
とがわかる、また、気相成長法炭素繊維の配合量を増加
させることにより限界ＰＶ値を向上させることが出来た
。

（以下余白） （発明の効果） 本発明の導電摺動部材用樹脂組成物は、相手材を傷つけ
ることなく極めて優れた潤滑特性（摺動性）及び導電性
能を有し、また優れた機械特性、耐熱性及び成形品の形
状、寸法安定性を有する。

従って、本発明の樹脂組成物は、電気車両等の摺動、電
気機器の重要な部分の導電摺動部材として好適である。

適用される導電摺動部材としては、各種ブッシング、ベ
アリング、スリーブ、スリップシリンダー、ガイドレー
ル、スイッチ部品、カム等をあげることができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 繊維径が０．０１〜５μｍ、酸性官能基を３〜５００μ
   ｅｑ／ｇを有する気相成長法炭素繊維を１〜８０重量％
   含有する樹脂組成物で構成されていることを特徴とする
   導電摺動部材用樹脂組成物