JPH05255577A - 複合樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 摺動摩擦性能と強度、剛性及び寸法精度の優
れた複合樹脂組成物を提供する。 【構成】 ポリブチレンテレフタレート樹脂と酸化亜鉛
ウィスカを主成分とし、さらに特定の摩耗改良剤を特定
量添加する。 【効果】 酸化亜鉛ウィスカと摩耗改良剤が相乗的に作
用し、摩擦係数、摩耗量が小さく、強度、剛性があり、
しかも寸法精度の優れた複合樹脂組成物が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は精密機器や電子・電気機
器の部品等に用いられる摺動摩擦性能に優れた複合樹脂
組成物に関し、さらに詳しくは摩擦係数、摩耗量が小さ
く、寸法精度の優れた複合樹脂組成物に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ポリブチレンテレフタレート樹脂はその
機械的性質、電気的性質を生かして精密機器や電子・電
気機器の部品等に用いられていた。

【０００３】その際、上記性質をさらに高めるべく、ガ
ラス繊維、タルク等の無機物を添加して用いるのが一般
的であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来の複合樹脂組成物は、摩擦係数が高く、摩耗量が多
いため、摺動摩擦性能を要求される箇所には使用でき
ず、又ガラス繊維、タルク等は成形物中での配向が強
く、寸法精度が悪いという課題があった。

【０００５】本発明はこのような問題点に鑑み、摩擦係
数、摩耗量が小さく、剛性、強度、寸法精度の優れた複
合樹脂組成物を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らが上記課題に
対して鋭意研究を重ねた結果、ポリブチレンテレフタレ
ート樹脂に酸化亜鉛ウィスカと特定の摩耗改良剤の併用
添加が有効であり、さらに酸化亜鉛ウィスカと特定の摩
耗改良剤の添加量がある範囲に限定された時特に有効で
あることを見出し、本発明を完成するに至った。本発明
の複合樹脂組成物は、以下の要件を具備するものであ
る。

【０００７】即ち、ポリブチレンテレフタレート樹脂
と、酸化亜鉛ウィスカを主成分とし、さらに摩耗改良剤
から成ることを特徴とする複合樹脂組成物である。

【０００８】好適には、酸化亜鉛ウィスカの添加量が５
〜４０重量％、摩耗改良剤の添加量が０．５〜３０重量
％であり、酸化亜鉛ウィスカは核部とこの核部から異な
る複数方向に伸びた針状結晶部とを有し、針状結晶部の
基部から先端までの長さが２μｍ以上であり、摩耗改良
剤が、フッ素樹脂、シリコーン、高密度ポリエチレン、
脂肪酸エステルの１種又は２種以上から選択される。

【０００９】

【作用】本発明で用いるポリブチレンテレフタレート樹
脂は、１，４−ブタジオールとテレフタル酸のエステル
との重合によるものか、グリコールとテレフタル酸また
はその誘導体とを加熱等の方法で製造可能なものであ
り、商業的に入手可能なものてある。

【００１０】本発明の最大の特徴は、核部とこの核部か
ら異なる複数方向に伸びた針状結晶部とを有するテトラ
ポット状構造を有する酸化亜鉛ウィスカを用いることで
あり、その形状から容易に想像できるようにマトリック
ス樹脂中の物性値の３次元的等方性を保障し、成形物の
射出方向及び射出方向に対して直角方向の収縮率の差を
最小限に止め、従って高い寸法精度を確保することがで
きる。

【００１１】酸化亜鉛ウィスカの添加量は５〜４０重量
％、より好ましくは５〜３０重量％である。この範囲よ
り添加量が多いと混練が困難になるのみならず、摩耗特
性に対しても悪影響を及ぼして好ましくなく、この範囲
より添加量が少ないと酸化亜鉛ウィスカ添加の効果が発
揮されない。

【００１２】又、酸化亜鉛ウィスカは平均繊維長約２０
〜３０μｍの微細繊維であるため、成形物の表面平滑性
を確保し、摩擦係数の低下を最小限に止めながら、補強
効果を得ることができ、さらに上記理由より成形物中で
の等方的均一分散が容易に実現するため、耐摩耗特性の
低下を最小限に止めることができる点が他の繊維状、粒
子状、板状無機物との最大の相違点である。

【００１３】図１は本発明で用いる酸化亜鉛ウィスカの
外観図であり、その形状特異性が容易に確認できる。

【００１４】又、この酸化亜鉛ウィスカは、金属亜鉛粒
子を加熱処理して得られ、それ自体きわめて量産的であ
り、バンバリーミキサー、スクリュー押出機、ロールミ
ル等通常の樹脂混練法により容易に分散され、特別な構
成や工法を追加する必要はない。

【００１５】又、酸化亜鉛ウィスカは、マトリックス樹
脂との結合力を向上するため、予めシラン系化合物で表
面処理することが望ましい。

【００１６】このシラン系化合物は、一般式 Ｙ−Ｒ−Ｓｉ−Ｘ₃ で表現されるものであり、Ｙはアミノ基、エポキシ基、
ビニル基等の有機官能基であり、好ましくはビニル基で
ある。又、Ｒはアルキレン基等、Ｘは塩素、アルコキシ
基、アセトン基等の加水分解性の基である。

【００１７】さらに、酸化亜鉛ウィスカは、針状結晶部
の基部から先端までの長さが２μｍ以上であることが望
ましい。これは２μｍ以下の酸化亜鉛ウィスカはマトリ
ックス樹脂中で単なる球状粒子としてしか作用せず、補
強効果が得られないからである。

【００１８】又、マトリックス樹脂中に針状の酸化亜鉛
ウィスカが存在することがあるが、これは複数方向に伸
びた針状結晶部が折損したものであり、針状繊維として
作用し、折損した後も成形物中で等方的に均一分散して
いることが実験的に確認されており、本発明の主要特性
を損なうものではない。

【００１９】摩耗改良剤は、成形物中に存在する酸化亜
鉛ウィスカと相乗的に機能し、摩擦係数、摩耗量の低下
に寄与するものであり、フッ素樹脂、シリコーン、高密
度ポリエチレン、脂肪酸エステルの１種又は２種以上の
添加が好ましい。

【００２０】摩耗改良剤の添加量は、０．５〜３０重量
％であり、好ましくは１〜２０重量％である。添加量が
これより少ないと摩耗改良効果が得られず、添加量がこ
れより多いと、例えばシリコーン、脂肪酸エステルの場
合成形物表面へ滲み出し、べとつく現象を発生させ、又
成形時にスクリューへの食い込み不良を起こし、著しい
場合は成形困難となり好ましくない。又、高密度ポリエ
チレン、フッ素樹脂の場合分散性が悪化し、摩耗改良効
果が低下するのみならず、混練が困難となり好ましくな
い。

【００２１】ここでのフッ素樹脂とは、ＣＨＣｌＦ₂ の
熱分解で得られるテトラフルオロエチレンの重合体であ
る四フッ化エチレン、テトラフルオロエチレンとヘキサ
フルオロプロピレンを共重合して得られるテトラフルオ
ロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ＣＦ
₂ Ｃｌ−ＣＦＣｌ₂ の脱塩素によって得られるクロロト
リフルオロエチレンの共重合体である三フッ化エチレ
ン、フッ化ビニリデンのラジカル重合体であるポリフッ
化ビニリデン等があり、摩耗改良剤としては摩擦係数、
表面エネルギーが小さい四フッ化エチレンが好ましい。
又、フッ素樹脂の平均粒径は３０μｍ以下であることが
好ましい。平均粒径が３０μｍを越えると成形物中での
均一分散が困難となり、四フッ化エチレンの摩耗改良効
果が充分に発揮されなくなる。

【００２２】シリコーンは、一般的にオルガノポリシロ
キサンと称されるシリコーン油、シリコーンゴム、シリ
コーン樹脂等である。特に流動性を損なわない比較的重
合度の低いジメチルポリシロキサン等からなるシリコー
ン油、シリコーン油に金属石鹸等を添加したシリコーン
グリスが好ましい。

【００２３】高密度ポリエチレンは、エチレンを重合し
て得られる密度０．９４ｇ／cm³ 程度以上のものであ
り、炭素数６以上の長鎖分岐が大部分をしめる結晶構造
を有し、エチレンと共重合し得るα−オレフィン等との
共重合物も含まれる。高密度ポリエチレンの平均粒径は
２００μｍ以下であり、分子量は５００００〜８０００
０００であり、より好ましくは分子量が２００００００
以上の所謂超高密度ポリエチレンと称されるものが好ま
しい。平均粒径が２００μｍを越えると成形物の表面が
粗くなり、摩擦係数が上昇し好ましくない。又、分子量
が５００００より少ないと、混練により成形物中で高密
度ポリエチレンが粒子状で存在することが困難となり、
摩耗特性改良に寄与しなくなり好ましくない。又、分子
量が８００００００を越えると混練が著しく困難とな
り、著しい場合は成形困難となり好ましくない。

【００２４】脂肪酸エステルは、炭素数５〜２３の脂肪
酸と炭素数２〜３０の一価又は多価アルコールとのエス
テルであり、より好ましくは炭素数１２〜２２の脂肪酸
と炭素数２〜２２の一価又は多価アルコールとのエステ
ルである。これらに属するエステルの例としては、ステ
アリルステアレート、ペンタエリスリトールモノステア
レート、ペンタエリスリトールテトラステアレート、ベ
ヘニルベヘネート、ミリスチルミリステート等が挙げら
れる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明のいくつかの実施例について説
明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものでは
ない。

【００２６】各実施例に用いた試料、試験装置、試験方
法は以下の通りである。

【００２７】（試料） ＊ポリブチレンテレフタレート樹脂 大日本インキ化学工業（株）製、ＢＴ−１０００ ＊酸化亜鉛ウィスカ 松下アムテック（株）製、パナテトラ（登録商標）（表
面処理品） ＊フッ素樹脂 三井デュポンフロロケミカル（株）製、ＭＰ１３００ ＊シリコーン 信越シリコン（株）製、ＫＦ−９６ ＊高密度ポリエチレン 三井石油化学工業（株）製、ミペロン（登録商標）ＸＭ
−２２０ ＊脂肪酸エステル ステアリルステアレート ＊ガラス繊維 日本板硝子（株）製、ＲＥＳＯ３−ＴＰ８７ ＊タルク 富士タルク（株）製、ＰＫＰ−８０ （試験方法） ＊曲げ強度 ：ＡＳＴＭ−Ｄ７９０ ＊曲げ弾性率 ：ＡＳＴＭ−Ｄ７９０ ＊引張破断強度：ＡＳＴＭ−Ｄ６３８ ＊摩擦摩耗試験：鈴木式摩耗試験機を使用。相手材Ｓ４
５Ｃ（無潤滑）。

【００２８】摩擦速度３０cm/sec、加重１０kg/cm²、摩
擦距離１０km時点で摩擦係数、比摩擦量を測定。

【００２９】＊成形収縮率 ：ＡＳＴＭ−Ｄ９５５準拠
型使用。

【００３０】厚さ１mm、直径１０２mm、ゲート幅１２．
７mm、金型温度８０°Ｃ ＊試料作成 ：スクリュー押出機（温度２４０°Ｃ、
スクリュー径４４mm、２軸） 射出成形機（温度２５０°Ｃ、圧力９１０kg/cm²、トー
タルサイクル６０sec ） 各実施例及び比較例の結果を表１〜表４にまとめて示
す。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】

【表３】

【００３４】

【表４】

【００３５】（実施例１〜３及び比較例１〜３、９）実
施例１〜３はそれぞれポリブチレンテレフタレート樹脂
に対し、酸化亜鉛ウィスカを５、１０、３０重量％添加
した例であり、添加量につれて優れた補強効果が認めら
れ、成形収縮率の異方性も殆ど認められないことが分か
る。又、比較例１に示すポリブチレンテレフタレートの
みと比べても、動摩擦係数は殆ど変化せず、比摩耗量の
増加も最小限に抑えられており、このままでも摺動性、
強度、剛性、寸法精度の点で優れた複合樹脂組成物であ
る。

【００３６】比較例２、３はポリブチレンテレフタレー
ト樹脂に対し、ガラス繊維、タルクを２０重量％添加し
た例であり、従来より極めて多く用いられていた例であ
る。

【００３７】特徴的なことは、これらガラス繊維、タル
クを用いると単なる剛性、強度は得られるものの、比較
例にもあるように摺動性が著しく悪化し、特に比摩耗量
の増加が著しいこと、さらにガラス繊維、タルクの配向
が大きいため成形収縮率の異方性が大きくなり、高い寸
法精度が得られないこと、以上２点が実施例１〜３に示
した組成物との最大の相違点であり、本発明の着目点で
ある。

【００３８】又、比較例９は実施例３と同じ配合で酸化
亜鉛ウィスカに表面処理をしていない例であり、力学的
物性、摺動性とも実施例３と比べて悪化しており、本発
明の目的から考えて好ましくない。

【００３９】（実施例４〜７及び比較例４、１０）実施
例４〜７は、酸化亜鉛ウィスカを１０、２０重量％、フ
ッ素樹脂を５、１０重量％添加した例であり、フッ素の
添加により実施例１〜３と比べてさらに摺動性が改善さ
れていることが分かる。さらに特徴的なことは、実施例
５、７で示す比摩耗量が比較例１０に示すフッ素樹脂の
みの添加と比べて少ない点であり、これは酸化亜鉛ウィ
スカとフッ素樹脂とが相乗的に作用し実現したものであ
る。

【００４０】又、実施例１〜３でみられた補強効果、成
形収縮率の異方性緩和効果は維持されていることが分か
る。

【００４１】又、比較例４は比較例２にフッ素樹脂を１
０重量％添加した例であり、フッ素の効果により摺動性
は改善されたが、不十分であり、実施例４〜７に見られ
た相乗効果は確認されないことが分かる。

【００４２】（実施例８〜１３及び比較例５〜８、１１
〜１３）実施例８〜１３は酸化亜鉛ウィスカを１０重量
％、シリコーン、高密度ポリエチレン、脂肪酸エステル
を３〜１０重量％の範囲で添加したものである。実施例
４〜７で見られたのと同様に、実施例８と比較例１１、
実施例１１と比較例１２、実施例１３と比較例１３にお
いても、酸化亜鉛ウィスカと各種摩耗改良剤が相乗的に
作用していることが容易に理解できる。

【００４３】又、比較例５〜８はガラス繊維、タルクに
シリコーン、高密度ポリエチレン、脂肪酸エステルを併
用添加した例であり、比較例４と同様これら摩耗改良剤
の添加により摺動性の改善効果が見られるが不十分であ
り、シリコーン、高密度ポリエチレン、脂肪酸エステル
の添加は摺動性改善効果は殆ど見出されていないことが
分かる。

【００４４】（実施例１４）酸化亜鉛ウィスカ２０重量
％にフッ素樹脂、高密度ポリエチレンを各１０重量％添
加した例であり、摩耗改良剤を複数種添加した場合にお
いても実施例１〜１３で見られた基本効果は見出すこと
ができ、より一層摺動性改善が実現されていることが分
かる。

【００４５】なお、上記本実施例では特に加えなかった
一般的な各種の酸化防止剤、紫外線吸収剤等の安定剤、
難燃剤、核剤及び一般的な顔料、染料等の添加は任意に
なし得ることは言うまでもなく、又本発明特性を損なわ
ない範囲において従来公知の各種有機高分子の１種又は
２種以上の添加も可能である。これらに該当する有機高
分子の例としては、ポリカーボネート、ポリプロピレ
ン、ポリエチレンテレフタレート、ポリウレタン、エチ
レン酢酸ビニル共重合体、エチレン−アルキルアクリレ
ート共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、
ポリアクリレートからなる多相グラフトル共重合体、熱
可塑性エラストマー等が挙げられる。

【００４６】又、本発明では特に加えなったが、剛性、
強度をさらに高める目的で従来より公知の一般的な補強
物質の添加は、本発明の目的を損なわない範囲で任意に
なし得ることは、本発明の主眼である摩耗特性及び寸法
精度の改質が、酸化亜鉛ウィスカの形状特異性及び酸化
亜鉛ウィスカと摩耗改良剤との相乗効果によって実現さ
れていることを考えれば容易に理解し得るものである。
これら無機物質に属するものとしてはガラスビーズ、炭
酸カルシウム、石英粉、シリカ、炭酸マグネシウム、硫
酸カルシウム、硫酸バリウム、クレー、アルミナ粉、ガ
ラス粉、グラファイト等の粒状無機物質、ガラス繊維、
炭素繊維、ワラストナイト、ドロマイト、アスベスト、
シリコンカーバイトウィスカ、チタン酸カリウムウィス
カ、ウィスカ状炭酸カルシウム、金属繊維、アラミド繊
維等の繊維状補強材、マイカ、ガラスフレーク、タル
ク、金属箔等の板状補強材が挙げられる。

【００４７】

【発明の効果】以上のように、本発明の複合樹脂組成物
は、摩擦係数、摩耗量が小さく、強度、剛性とともに寸
法精度に優れており、各種精密機器や電子・電気機器の
部品等で、特に摺動摩擦性能を要求される箇所に効果的
に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いる酸化亜鉛ウィスカの電子顕微鏡
写真である。

【手続補正書】

【提出日】平成５年４月２１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】酸化亜鉛ウィスカの結晶構造を示す電子顕微鏡
写真である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松尾 光二郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリブチレンテレフタレート樹脂と、酸
   化亜鉛ウィスカを主成分とする複合樹脂組成物。
2. 【請求項２】 ポリブチレンテレフタレート樹脂に摩耗
   改良剤が添加されていることを特徴とする請求項１記載
   の複合樹脂組成物。
3. 【請求項３】 酸化亜鉛ウィスカの添加量が５〜４０重
   量％、摩耗改良剤の添加量が０．５〜３０重量％である
   ことを特徴とする請求項２記載の複合樹脂組成物。
4. 【請求項４】 酸化亜鉛ウィスカが、核部とこの核部か
   ら異なる４軸方向に伸びた針状結晶部とを有し、針状結
   晶部の基部から先端までの長さが２μｍ以上であること
   を特徴とする請求項１又は２記載の複合樹脂組成物。
5. 【請求項５】 酸化亜鉛ウィスカが、シラン系化合物で
   表面処理を施したものであることを特徴とする請求項１
   又は２記載の複合樹脂組成物。
6. 【請求項６】 摩耗改良剤が、フッ素樹脂、シリコー
   ン、高密度ポリエチレン、脂肪酸エステルの１種又は２
   種以上から選択されていることを特徴とする請求項２記
   載の複合樹脂組成物。
7. 【請求項７】 フッ素樹脂の平均粒径が３０μｍ以下の
   四フッ化エチレンであることを特徴とする請求項６記載
   の複合樹脂組成物。
8. 【請求項８】 高密度ポリエチレンの平均粒径が２００
   μｍ以下であり、分子量が５００００〜８００００００
   であることを特徴とする請求項６記載の複合樹脂組成
   物。
9. 【請求項９】 脂肪酸エステルが、５〜３２個の炭素原
   子を有する脂肪酸と、２〜３０個の炭素原子を有する一
   価又は多価アルコールから得たものであることを特徴と
   する請求項６記載の複合樹脂組成物。