JPH02298556A

JPH02298556A - 導電性摺動部材用樹脂組成物

Info

Publication number: JPH02298556A
Application number: JP11856089A
Authority: JP
Inventors: Masamitsu Iwakiri; 岩切　正充; Taichi Imanishi; 今西　太一
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1989-05-15
Filing date: 1989-05-15
Publication date: 1990-12-10

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）本発明は、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、特に電気抵抗値
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の黒鉛化物を用いる導電摺動
部材用樹脂組成物に関する。

（従来の技術）近年、電気車両等の摺動部材としては、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−金属系複合材料が注目されつつある
。

このような炭素−金属系複合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セ
る方法（特公昭５６−１４７３２号公報）、特定の金属
に炭素繊維を１０〜７０Ｖｏｊ２％介在させる方法（特
公昭５Ｂ−３９２１６号公報）が提案されている。しか
し、前者の方法では、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となる。また後者の特定金属に炭
素繊維を介在させる方法では、炭素繊維の配合率が７０
Ｖｏｊ２％以下のため、炭素繊維の有するすくれた摺動
性が十分発揮されないという問題点を有している。

また、最近プラスチック製摺動部材の用途分野は拡大さ
れる傾向にあり、従来の金属材料に代る新素材として有
望視されはしめた。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
による静電気が滞留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値が良く、摩耗量が少なく、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れ
ている。

上記各種性能を有する摺動部材として従来より種々の樹
脂組成物が提案されているが、実用に通した材料がいま
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１　　　　　　
　　価アルコールの脂肪酸エステル等の親水基を有する
帯電防止材、導電カーボンブラック、金属ファイバー、
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、例えば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・印、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ンクを使用した場
合には、導電性カーボンブラックの嵩密度が小さく飛散
し易いためコンパランＦ化の際に極めて取扱い難い上、
得られた成形品の機械的特性、及び潤滑特性が劣るとい
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
ら欠点を補うためにガラス繊維を使用した場合、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
出易く、成形品表面の平滑性が損われると共に、ガラス
の硬度が高いために相手材を摩耗し易く、摺動部材とし
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、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の
で該樹脂組成物の成型加工性が悪く、成型品内に導電性
のバラツキを生じるという欠点を生じる。またこの成型
品は、金属ファイバーが相手材を傷つげるので摩耗特性
に劣り、しかも機械特性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何着゛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
。

（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黒鉛化物の開発並びに
この素材の特性、反応について研究を進めてきたが、該
繊維の特異な形態と化学的性質、熱安定性、導電性に注
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
成物であることが鋭意研究の結果判明した。

すなわち本発明は、繊維径が０．０１〜５μｍＮ酸性官
能基を３〜５００μｓｑ／ｇ含有している気相成長法炭
素繊維の黒鉛化物を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１０−２〜１０７Ω、　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の黒鉛化物とは、
炭化水素などの炭素源を触媒の存在下に加熱し気相成長
させて作られる繊維状の炭素質物質すなわち気相成長法
炭素繊維に、黒鉛化熱処理を行って得られる黒鉛質の物
質であり、風維状およびこれを粉砕したり切断したりし
た種々の形態の黒鉛質物質である。本発明に係る気相成
長法炭素繊維の黒鉛化物は、その繊維を電子顕微鏡で観
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を有しており、本発明の
気相成長法炭素繊維の黒鉛化物は、この様な繊維状物及
びこれが粉砕、破砕、切断などの加工を受けたものであ
る。

本発明において、気相成長法炭素繊維の黒鉛化物は、直
径が０．０１〜５８ｍ、好ましくは０，０１〜２μｍＮ
特に好ましくは、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５０００μＭ以下である
が、更に短くても良＜　　１ｏｏｏ　８Ｍや１００μｍ
Ｎ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１　　　　　　　状物、
あるいは粒状や不定形状の物も使用できる。

本発明において、気相成長法炭素繊維の黒鉛化物は炭素
の純度が高く、一般に９８．５％以上、特に９９％以上
、最も好ましくは９９．５％以上である。

また、本発明において、気相成長法炭素繊維の黒鉛化物
は黒鉛性の高い物質であり、その中でもＸ線回折による
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Ｃｏが６．８８以下の範囲のものであり、好ましくは
６．８６以下、特に好ましくは６．８０〜６．７０の範
囲、最も好ましくは６．７８〜６．７２の範囲のもので
ある。

本発明において、気相成長法炭素繊維の黒鉛化物は、気
相成長法炭素繊維を高温度において不活性ガス雰囲気下
で熱処理する事により得られるが、熱処理温度としては
１５００°Ｃ以上、好ましくは１７００°Ｃ以上、特に
２０００°Ｃ以上であり、最も好ましい範囲は２１００
〜３０００°Ｃの範囲である。

本発明において、気相成長法炭素繊維の黒鉛化物は、酸
性官能基を３〜５００μｓｑ／ｇ有している。酸性官能
基の量は、好ましくは８〜４５０　μｅｑ／ｇ、特に１
５〜３５０μｅｑ／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黒
鉛化物の製造方法としては、気相成長法炭素繊維黒鉛化
物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、その他、プラズマ法、
グラフト法等も用いられ得る。

本発明の導電摺動部材用樹脂組成物は、主成分として上
記の酸性官能基を有する気相成長法炭素繊維の黒鉛化物
を含有する樹脂組成物であり、該組成物中の酸性官能基
を有する気相成長法炭素繊維の黒鉛化物の含有量は、１
〜８０重量％であり、好ましくは３〜６０重量％、特に
好ましくは５〜５０重景％であり、最も好ましくは１０
〜４０重量％である。

本発明において、樹脂としては熱可塑性樹脂、硬化性樹
脂が用いられる。

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苧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、ポリメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ
塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリビニルエ
ーテル、ポリビニルケトン、ポリエーテル、ポリカーボ
ネート、ポリエステル、ポリアミド、フッ素含有プラス
チック、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。

また硬化性樹脂とは、常温又は加熱することにより低分
子化合物及び／又は高分子化合物間で架橋反応が進み、
組織が三次元的な構造になることにより、溶融又は可塑
状態から不溶、不融の状態に硬化する樹脂を意味し、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
脂などがあげられる。

本発明の組成物には、本発明の効果を損わない範囲で各
種の充填材、酸化防止剤、滑剤、安定剤、難燃剤、結晶
核剤、増粘剤、希釈剤、成型の際の金型からの離型性を
よくするための添加剤等、公知の種々の配合材を使用可
能である。その使用量が多過ぎると、導電摺動部材の諸
特性を低下させる惧れがあるので、使用目的に応じてそ
の量を適正に制御する必要がある。

本発明の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、そのペレット（好まし
くは粒径が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）にて酸性官能基を有
する気相成長法炭素繊維の黒鉛化物と均一混合した後、
乾燥を充分に行い、該混合物を二軸押出機等で溶融と混
和を行った後ペレット化すればよい。この気相成長法炭
素繊維を含有する樹脂組成物のペレットは、射出成型、
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、硬化性樹脂を用いる場合
には、トライブレンド、湿式ブレンド、含浸ブレンド等
で得られた組成物を、圧縮成型、真空成型などの成型法
によって所望の導電摺動部材の形状に成形される。

、１（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、　　ＪＩＳ　　Ｋ−６９１１動摩擦係
数；　鉛末式摩耗試験機、相手材、料としては３４５Ｃ
を用い、全て無潤滑の状態で、摩擦速度り０ＣＩｎ／５ｅＣ１荷重１０ｋｇ／ｃＩ＋１で連続運転し、摩擦距離１０ｋｍに達した時の摩擦標数を求めた。

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ｐｖ値」とは、摺動部材が一定の荷重Ｐ　（ｋｇ　／　ｃ＋ｆｌ　）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値ＰとＶ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（直、ＪＴ
Ｓ　　Ｋ−６８１０ＨＤＴ、　　ＪＩＳ　　Ｋ−６８１
０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ート鉄とベンゼンを１４００°
Ｃの加熱空間に導入し浮遊状態で合成した）、を２４０
０°Ｃ、アルゴン気流下で熱処理を行ない、炭素含有量
９９％、格子定数６．７５の黒鉛化物を得た。

この黒鉛化物を酸素０．７％含有窒素ガスで酸化し、酸
性官能基の量が１３６μｓｑ／ｇの気相成長法炭素繊維
の黒鉛化物を得た。この気相成長法炭素繊維を、分散操
作がし易いように若干破砕し、繊維長が実質的に５μＡ
以上（電子顕微鏡観察）の気相成長法炭素繊維を得た。

この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
してベレット化し、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ｘｃ−２０の射出成型機で射出
温度２８５°Ｃ１金型温度８５°Ｃ５射出圧力３８０ｋ
ｇ　／　ｍｍ　２の条件下で射出成形した導電摺動部材
用樹脂組成物のテスト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る。

ナイロン６ローレオナ、タイプ１３００Ｓ（旭化成工業
■商品名）ＨＤＰＥ−平均粒径３０μｍＮ平均分子量７万導電性カ
ーボンブラック−表面積；　　９５０　ｒ４／ｇカーボ
ンファイバー　−−Ｐ　Ａ　Ｎ系、６ｍ／ｍチョツプド
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−デンド−ルＢＫ２００　（大塚化学製■商
品名）Ｐ、ＴＷガラスファイバー−−繊維径９μｍＮ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

【特許請求の範囲】

繊維径が０．０１〜５μｍＮ酸性官能基を３〜５００μ
ｅｑ／ｇを含有している気相成長法炭素繊維の黒鉛化物
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。