JPH0543763A - フツ素樹脂組成物 - Google Patents

フツ素樹脂組成物

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JPH0543763A
JPH0543763A JP34964791A JP34964791A JPH0543763A JP H0543763 A JPH0543763 A JP H0543763A JP 34964791 A JP34964791 A JP 34964791A JP 34964791 A JP34964791 A JP 34964791A JP H0543763 A JPH0543763 A JP H0543763A
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JP
Japan
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carbon fiber
fluororesin
fluororesin composition
fiber
composition according
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Pending
Application number
JP34964791A
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English (en)
Inventor
Takuya Ueno
拓哉 上野
Tadayuki Inamori
均之 稲守
Hirobumi Kutoku
博文 久徳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osaka Gas Co Ltd
Original Assignee
Osaka Gas Co Ltd
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Publication date
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  • Inorganic Fibers (AREA)
  • Chemical Treatment Of Fibers During Manufacturing Processes (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 フッ素樹脂に、高い機械的特性及び耐摩耗性
を付与する。 【構成】 フッ素樹脂組成物は、ポリテトラフルオロエ
チレンなどのフッ素樹脂99〜40重量部と、炭素繊維
1〜60重量部の割合からなる。炭素繊維は、(00
2)面の面間隔d(002)が3.36〜3.45オン
グストローム、C軸方向の結晶子の大きさ(Lc)が3
5〜400オングストローム、およびa軸方向の結晶子
の大きさ(La)が40〜800オングストロームであ
る。前記炭素繊維は、不融化処理又は耐炎化処理された
炭素繊維化可能な繊維を、含酸素化合物濃度20〜50
00ppmの不活性ガスの存在下、700℃以上の温度
で焼成することにより得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、機械的強度及び摺動
性、特に耐摩耗性に優れたフッ素樹脂組成物、および補
強用炭素繊維の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ポリテトラフルオロエチレン(以下、P
TFEと略称する)は耐熱性、耐薬品性に優れているだ
けでなく、特に摩擦係数が小さく摺動特性にも優れてい
る。しかしながら、耐摩耗性は必ずしも十分ではなく、
また荷重による変形(クリープ)、特に高温荷重下での
変形が大きい。従って、高温荷重下での使用において
は、特に大きな制約を受ける。
【0003】そこで、PTFEに、ガラス繊維、ガラス
粉末又はビーズ、炭素繊維、グラファイト、二硫化モリ
ブデン、金属潤滑剤、金属酸化物などの充填剤を添加し
ている。これらの充填剤を添加した樹脂組成物は、マト
リックス樹脂単体と比較して摩擦係数が低下し、摩耗量
も低減する。そのため、前記樹脂組成物は、軸受、歯
車、ブッシュ、パッキンなどのシール材、ピストンリン
グ、ボールシート、スライディングバンドなどの各種産
業用摺動部材に広く使用されている。
【0004】一方、摺動部材には、エネルギーの伝達効
率を高めるとともに、メインテナンスフリーとするた
め、高い機械的特性及び低摩耗性が要求されると共に、
摺動相手材に対する低摩耗性も要求される。これらの充
填剤を添加すると、成形品の機械的特性及び耐摩耗性が
向上するものの、炭素系充填剤、特に、高い機械的特
性、相手材に対する低摩耗性を有する炭素繊維を添加し
た成形品においてさえも、前記の要求を満足するには至
っていない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、機械的特性、及び摺動特性、特に耐摩耗性に優れた
成形品を得ることができるフッ素樹脂組成物を提供する
ことにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明者らは、フッ素樹脂組成物からなる成形品の
機械的強度を向上させるべく鋭意検討した結果、特定の
性質を有する炭素繊維を用いる場合には、フッ素樹脂組
成物の成形品の機械的特性及び摺動特性、特に耐摩耗性
が向上することを見いだし、本発明を完成した。
【0007】すなわち、本発明は、フッ素樹脂と、X線
広角回折法による(002)面の面間隔d(002)が
3.36〜3.45オングストローム、C軸方向の結晶
子の大きさ(Lc)が35〜400オングストローム、
およびa軸方向の結晶子の大きさ(La)が40〜80
0オングストロームである炭素繊維とを含むフッ素樹脂
組成物を提供する。
【0008】本発明に使用する炭素繊維は、炭素繊維化
可能な繊維又は炭素繊維を、酸素分子として20〜50
00ppmの含酸素化合物を含む不活性ガスの存在下、
700℃以上の温度で焼成することにより製造できる。
【0009】本発明のフッ素樹脂組成物に含まれるフッ
素樹脂としては、例えば、例えば、テトラフルオロエチ
レン、クロロトリフルオロエチレン、ビニルフルオライ
ド、ビニリデンフルオライド、ヘキサフルオロプロピレ
ン、パーフルオロアルキルビニルエーテルなどのフッ素
含有モノマーの単独又は共重合体;前記フッ素含有モノ
マーと、エチレン、プロピレン、各種のアクリレートな
どの共重合性モノマーとの共重合体が含まれる。より具
体的には、フッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフ
ルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポ
リビニリデンフルオライドなどの単独重合体;テトラフ
ルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、
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−パーフルオロアルキルビニルエーテ
ル共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合
体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体な
どの共重合体が例示される。これらのフッ素樹脂は一種
又は二種以上混合して使用できる。これらのフッ素樹脂
の中で、テトラフルオロエチレン単独重合体が好まし
い。
【0010】本発明のフッ素樹脂組成物は、特定の性質
を有する炭素繊維を含んでいる。この炭素繊維は、X線
広角回折法による(002)面の面間隔d(002)が
3.36〜3.45オングストローム、学振法[例え
ば、(1) 「人造黒鉛の格子定数および結晶子径の大きさ
測定法」日本学術振興会第117委員会、(2) 「炭素繊
維(増補改訂版)」大谷杉郎・奥田謙介・松田滋著、第
733頁〜第740頁、近代編集参照]によるC軸方向
の結晶子の大きさ(Lc)が35〜400オングストロ
ーム、およびa軸方向の結晶子の大きさ(La)が40
〜800オングストロームである。好ましい炭素繊維
は、d(002)が3.36〜3.43オングストロー
ム、Lcが35〜300オングストローム、Laが40
〜600オングストロームであり、さらに好ましい炭素
繊維は、d(002)が3.36〜3.43オングスト
ローム、Lcが35〜250オングストローム、Laが
40〜550オングストロームである。Lc及びLa
が、それぞれ400オングストローム、800オングス
トロームを越えると、摩擦係数は低下する傾向を示すが
摩耗係数が大きくなり、耐摩耗性が低下する。
【0011】また、好ましい炭素繊維は、波長514.
5nmのアルゴンレーザ光を用いたラマンスペクトル分
析において、1360±100cm-1の波長域における
スペクトル強度の積分値をG1 、1580±100cm
-1の波長域におけるスペクトル強度の積分値をG2 とす
るとき、G=G2 /G1 で表されるG値が、0.8〜
2.5である。好ましいG値は、0.9〜2.5、特に
0.9〜2.3程度である。なお、前記スペクトル強度
の積分値は、スペクトル強度の曲線において前記波長域
の面積強度に対応する。前記G値は、炭素繊維の結晶質
部分の割合を示すパラメータであり、この値が2.5を
越える場合には、摩擦係数が低下する傾向を示すが摩耗
係数が大きくなり、耐摩耗性が低下する。
【0012】さらに、熱安定性の高い炭素繊維が好まし
い。好ましい炭素繊維は、空気雰囲気下、575℃で4
時間加熱したときの減量が1.75重量%以下、好まし
くは0.1〜1.2重量%程度である。炭素繊維の原料
が1.75重量%を越える場合には、熱安定性が低下す
ると共に、黒鉛化構造の成長も不十分であるためか、耐
摩耗性がさほど向上しない。
【0013】炭素繊維の繊維径及び繊維長は、特に制限
されないが、通常、繊維径が1〜20μm程度、繊維長
が10μm以上の短繊維として使用される。繊維長は、
特に50μm〜5mm程度であるのが好ましい。
【0014】前記フッ素樹脂と、炭素繊維との割合は、
成形品の用途などにより選択できるが、通常、フッ素樹
脂99〜40重量部、炭素繊維1〜60重量部の割合が
好ましい。さらに好ましい割合は、フッ素樹脂92〜6
5重量部、炭素繊維8〜35重量部程度である。このよ
うな組成割合の樹脂組成物を成形すると、高い摺動特
性、機械的強度、成形性などのバランスがとれた成形品
が得られ、成形品は特に耐摩耗性に優れている。
【0015】なお、本発明のフッ素樹脂組成物は、特性
を損わない範囲で、例えば、他の炭素繊維、ガラス繊
維、アラミド繊維、ボロン繊維、炭化硅素繊維などの短
繊維及び長繊維、ウイスカー類、これらにニッケル、ア
ルミニウム、銅などの金属がコーティングされた繊維状
強化剤類;カーボンブラック、二硫化モリブデン、マイ
カ、タルク、炭酸カルシウムなどのフィラー類からなる
強化剤;Sn、Pb、Cu、Zn、Liやこれらの合金
からなる金属潤滑剤、Zn、Al、Sb、Co、Si、
Cu、Pbなどの金属酸化物やCo−Al2 3 などの
複合金属酸化物、着色剤、安定剤などの種々の添加剤を
含有していてもよい。
【0016】本発明のフッ素樹脂組成物に使用する前記
フッ素樹脂と炭素繊維は、粉末状混合物であってもよ
く、粉末状混合物を造粒した造粒物などであってもよ
い。フッ素樹脂組成物による成形品は、慣用の方法、例
えば、フッ素樹脂組成物を金型内で圧縮成形し、得られ
た成形品を、必要に応じて加熱処理することにより得る
ことができる。
【0017】本発明で使用する炭素繊維は前記のような
特性を有していればよく、その炭素繊維の製造方法は、
特に限定されない。前記炭素繊維は、例えば、炭素繊維
化可能な繊維又は炭素繊維を、酸素分子として20〜5
000ppmの含酸素化合物を含む不活性ガスの存在
下、700℃以上の温度で焼成することにより得ること
ができる。
【0018】本発明の製造方法で使用される炭素繊維化
可能な繊維としては、石炭系ピッチ、石油系ピッチ又は
液晶ピッチなどのピッチ系繊維、セルロース、ポリアク
リロニトリル、レーヨン、フェノール樹脂などの高分子
繊維などが挙げられる。これらの繊維は少なくとも一種
使用できる。炭素繊維化可能な繊維は、少なくとも不融
化処理又は耐炎化処理されているのが好ましい。不融化
処理とは、ピッチ系繊維を、酸素存在下、例えば200
〜450℃程度の温度で加熱し、表面に耐熱層を形成
し、焼成時の溶融を防止する処理を言い、耐炎化処理と
は、ピツチ系繊維以外の炭素繊維化可能な繊維を、上記
と同様にして処理することを言う。
【0019】炭素繊維とは、炭化又は黒鉛化処理された
繊維を言う。炭化処理とは、炭素繊維化可能な繊維を例
えば、450〜1500℃程度の温度で焼成処理するこ
とを言う。黒鉛化処理とは、例えば、1500〜330
0℃程度の温度で焼成処理することを言い、黒鉛の結晶
構造を有していないときでも、上記温度で処理した場合
には、黒鉛化処理されたものとする。
【0020】含酸素化合物は、炭素繊維化可能な繊維ま
たは炭素繊維を酸化処理できる化合物であればよく、例
えば、空気、酸素、オゾン、水蒸気、一酸化炭素、二酸
化炭素、二酸化窒素などが挙げられる。これらの含酸素
化合物は少なくとも一種使用される。不活性ガスとして
は、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトンな
どが挙げられる。不活性ガスは混合ガスとしても使用で
きる。
【0021】不活性ガス中の含酸素化合物の含有量は、
酸素分子として20〜5000ppm、好ましくは50
〜1000ppm程度である。20ppm未満では、炭
素繊維の濡れ性、成形品の機械的特性や耐摩耗性がさほ
ど改善されず、5000ppmを越えると、繊維自体の
強度が低下し易く、成形品の機械的特性や耐摩耗性もさ
ほど改善されない。
【0022】前記雰囲気下での焼成により前記繊維が気
相酸化される。前記繊維の焼成温度は、前記繊維の種類
により異なるが、通常、700℃以上であればよく、好
ましくは1500〜3000℃、更に好ましくは220
0〜3000℃程度である。炭素繊維の黒鉛化構造を成
長させるため、焼成温度は、2200℃以上、特に25
00℃以上であるのが好ましい。焼成温度が700℃未
満では、炭素繊維の濡れ性、成形品の機械的特性及び耐
摩耗性がさほど改善されない。なお、炭素繊維化可能な
繊維は、この焼成工程で炭化又は黒鉛化処理され炭素繊
維となる。
【0023】なお、焼成された炭素繊維の比表面積は、
前記特性を有する限り特に制限されないが、0.6〜1
00m2 /g、好ましくは0.6〜30m2 /g、さら
に好ましくは0.6〜10m2 /g程度である。このよ
うな比表面積を有する炭素繊維は、フッ素樹脂との濡れ
性に優れ、フッ素樹脂に対して高い機械的特性及び耐摩
耗性を付与する。
【0024】
【発明の効果】本発明のフッ素樹脂組成物によれば、特
定の結晶構造を有する炭素繊維を含んでいるので、機械
的特性、及び摺動特性、特に耐摩耗性に優れた成形品を
得ることができる。
【0025】
【実施例】以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細
に説明する。
【0026】比較例 炭化処理された炭素繊維[(株)ドナック社製、SG−
241]10重量部、及びPTFE[三井デュポンフロ
ロケミカル(株)社製、テフロン7−J]90重量部を
スーパーミキサーで混合した。得られた粉末状混合物を
金型に入れ450kg/cm2 で加圧することにより、
50mmφ×62mmの成形品を得た。
【0027】実施例1〜3 比較例で用いた炭素繊維を、200ppmの酸素を含む
窒素ガス雰囲気下、2500℃(実施例1)、2700
℃(実施例2)、3000℃(実施例3)で2時間焼成
した。また、比較例の炭素繊維に代えて、得られた各炭
素繊維を用いる以外、比較例と同様にして、成形品を得
た。
【0028】比較例及び実施例1〜3で得られた成形品
を、窒素ガス雰囲気下、昇温速度120℃/hrで、室
温から380℃に昇温し、同温度で5時間保持した後、
降温速度75℃/hrで室温まで冷却した。そして、成
形品を切削加工し、JISK6891に準じて引張強度
を測定した。また、成形品の摺動特性を、鈴木式摩擦摩
耗試験機(相手材:S45C、荷重:15kgf/cm
2 、速度0.5m/秒、試験時間:8時間)により測定
した。炭素繊維の特性を表1に、成形品の特性を表2に
示す。
【0029】なお、表2において、破断強度の単位はk
g/cm2 、伸度の単位は%、降伏点強度の単位はkg
/cm2 、比重の単位はg/cm3 である。また、摩耗
係数の単位は105 ×[(mm/km)/(kg/cm
2 )]、相手材の摩耗の単位は103 ×(mg/km)
である。表2中、動摩擦係数の値は平均値である。
【0030】
【表1】
【0031】
【表2】 表より、各実施例で得られた成形品は、いずれも降伏点
が高く、大きな荷重が作用しても永久歪が生じにくい。
また、比較例の成形品に比べて、各実施例で得られた成
形品は摺動特性、特に耐摩耗性に優れている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 D01F 9/12 7199−3B 11/12 7199−3B D06M 11/34 // C08L 27:12 D06M 101:40

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フッ素樹脂と、X線広角回折法による
    (002)面の面間隔d(002)が3.36〜3.4
    5オングストローム、C軸方向の結晶子の大きさ(L
    c)が35〜400オングストローム、およびa軸方向
    の結晶子の大きさ(La)が40〜800オングストロ
    ームである炭素繊維とを含むフッ素樹脂組成物。
  2. 【請求項2】 フッ素樹脂がポリテトラフルオロエチレ
    ンである請求項1記載のフッ素樹脂組成物。
  3. 【請求項3】 フッ素樹脂99〜40重量部、炭素繊維
    1〜60重量部の割合からなる請求項1記載のフッ素樹
    脂組成物。
  4. 【請求項4】 炭素繊維が、波長514.5nmのアル
    ゴンレーザ光を用いたラマンスペクトル分析において、
    1360±100cm-1の波長域におけるスペクトル強
    度の積分値をG1 、1580±100cm-1の波長域に
    おけるスペクトル強度の積分値をG2 とするとき、G=
    G2 /G1 で表されるG値が、0.8〜2.5である請
    求項1記載のフッ素樹脂組成物。
  5. 【請求項5】 炭素繊維を空気雰囲気下、575℃で4
    時間加熱した場合の酸化原料が1.75重量%以下であ
    る炭素繊維を使用している請求項1記載のフッ素樹脂組
    成物。
  6. 【請求項6】 炭素繊維の比表面積が0.6〜100m
    2 /gである請求項1記載のフッ素樹脂組成物。
JP34964791A 1990-12-07 1991-12-06 フツ素樹脂組成物 Pending JPH0543763A (ja)

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JP40725790 1990-12-07

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