JPH0545629B2

JPH0545629B2 -

Info

Publication number: JPH0545629B2
Application number: JP60025432A
Authority: JP
Inventors: Takio Tasaka; Akyoshi Kawaguchi; Morihiko Nakamura
Original assignee: Otsuka Chemical Co Ltd
Current assignee: Otsuka Chemical Co Ltd
Priority date: 1985-02-12
Filing date: 1985-02-12
Publication date: 1993-07-09
Also published as: JPS61185566A

Description

【発明の詳細な説明】

（発明の技術分野）本発明は、耐摩擦性及び耐摩耗性に優れた摺動
部材用樹脂組成物に関する。さらに詳しくは、本発明は動摩擦係数が低く、
相手材料をも含めた摩耗量の少ない、所謂耐摩耗
性に優れ、しかも機械的強度及び寸法精度に優れ
た非晶性熱可塑性樹脂組成物に関する。（発明の技術的背景と問題点）最近、プラスチツク製摺動部材の用途分野は拡
大しており、従来の金属材料に代わる新素材とし
て有望視されている。しかしプラスチツク材料
は、摺動部材に望まれる特性である自己潤滑性に
優れている反面、金属材料と比較して限界PV値
は低く、剛性などの機械的強度が劣るという欠点
がある。因に、ここに「限界PV値」というのは、
一般に、摺動部材がある一定の荷重（Ｐ）下にお
いて周速度(v)以上になつたとき、材料が融けた
り、焼き付いたりする負荷の限界値を意味する。
従つて、軸受などの摺動部品にプラスチツクスを
適用する場合には、強度や剛性などの機械的性
質、耐熱性、難燃性、更には成形品の形状、寸法
精度等に優れている以外に、動摩擦係数が小さ
く、限界PV値が高く、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を備えた
材料であることが望ましい。ところで、既存の樹脂中、以上の要求に最も近
いと思われるのは、非晶性熱可塑性樹脂、就中、
ポリフエニレンエーテル系樹脂、ポリカーボネー
ト系樹脂、芳香族ポリスルフオン樹脂、ポリエー
テルイミド樹脂、オレフイン・ビニルアルコール
共重合体樹脂、ポリアリレート樹脂（以下、非晶
性樹脂と略す）等のエンジニアリング樹脂であ
る。これらの非晶性樹脂類は、寸法安定性、耐熱
性、機械的強度、難燃性などの諸点において優れ
ているから、単独で、或はこれらにガラスフアイ
バーを配合した強化複合材料として、電気部品や
自動車部品などの用途に広く用いられている。しかしながら、上記非晶性樹脂単独又はこれに
ガラスフアイバーを配合した強化複合材料は、い
づれも耐摩耗性及び耐摩耗性に欠けるため、これ
らをベアリング、ブツシング、キヤリツジ等の摺
動部材用に適用することは困難である。そこでこ
の欠点を改善する目的で試みられた種々の既往研
究の中、例えば非晶性樹脂にガラスフアイバーと
ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）を配合す
る試みは、以上の対摩擦性及び耐摩耗性を改良す
るための努力の一つである。しかしこの公知方法
は、限界PV値の向上にこそ効果がみられるもの
の耐摩耗性の向上効果は不充分である。しかもガ
ラスフアイバーの使用に因り樹脂の表面性が悪化
するため、樹脂自体の摩耗のみならず、これと摺
動する相手材をも摩耗させる、所謂“かじる”と
いう欠点が目立つようになる。そこで本発明者らは、ガラスフアイバーに代え
てチタン酸カリウム繊維（以下、「PTW」ともい
う）を非晶性樹脂に配合することについて研究を
重ねた。本発明者らの知見によれば、PTWを非
晶性樹脂に配合することにより、機械的強度が向
上する以外に、成形品の表面が平滑となり、かつ
異方性も少ないから、摺動特性をある程度向上さ
せる目的等には有効である。しかしながら、より詳細に検討してみると、な
る程PTWの配合により、ガラスフアイバー配合
樹脂に見られる摺動相手剤の摩耗は減少するもの
の、該配合樹脂自身の摩耗性は余り改善されてい
ないことが判明した。従つて、PTW配合樹脂自
身の摩耗性を低下させることは、本樹脂材料を過
酷な摺動条件下に適合させるための残された課題
である。そこで、本発明者は、これまで未解決の問題で
あつたPTW配合樹脂自体の摩耗性を低下させる
という問題について鋭意研究を続行した結果、こ
こに、非晶性熱可塑性樹脂に対してPTW及び粉
末状高密度ポリエチレン（以下、「HDPE」とも
いう）の両者を配合することにより、上記問題に
対する満足な解答が与えられることを見出した。因に、ポリアセタール、ポリアミド、ポリエチ
レンテレフタレート及びポリブチレンテレフタレ
ート等の結晶性熱可塑性樹脂については、これら
の結晶性樹脂にHDPEを添加して摺動特性を向上
せしめる方法が既に特公昭46−41456号及び同56
−15434号として知られているが、非晶性樹脂に
ついてはまだ知られていない。なお、特開昭57−42764号には非焼結性熱可塑
性樹脂であるポリカーボネートやポリフエニレン
オキサイドと数平均分子量50万以上の超高分子量
ポリエチレンと潤滑油とを配合した含油樹脂組成
物が示唆されているが、実施例として示されてい
るのは結晶性のポリアセタールである。しかも成
形作業中に起こる成形組成物からの油分分離のた
め、精密な射出成形も困難である。（発明の目的）本発明は、摩擦摩耗特性に優れ、機械的強度が
高く、かつ成形品の寸法精度に優れた好適な摺動
部品用材料を提供することである。（発明の構成）一般に、結晶性樹脂は非晶性樹脂に比較して自
己潤滑性に優れているので、これにPTFE（ポリ
テトラフルオロエチレン）やHDPE等の潤滑材を
添加することによつて摺動特性を向上させること
はさして難事ではないが、非晶性樹脂の場合は、
単にHDPEを添加するだけでは限界PV値の優れ
た摺動部品としての適性を備えた材料を得るのは
困難である。しかるに、非晶性樹脂に対し特定の
割合でHDPE及びPTWを配合することにより意
外なことに摺動部材としての適性を有する新規複
合材料の創出が可能となつた。以上の知見に基づき、本発明は、全組成物中
に、それぞれチタン酸カリウムウイスカーを10〜
40％、及び平均粒系200μm以下、分子量50000〜
300000の粉末状高密度ポリエチレンを２〜15％含
む非晶性熱可塑性樹脂を主材とする組成物である
ことを特徴とする摺動部材用樹脂組成物を要旨と
する。本発明で使用される非晶性樹脂は、ポリフエニ
レンエーテル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、
芳香族ポリスルフオン樹脂、ポリエーテルイミド
樹脂、オレフイン・ビニルアルコール共重合体樹
脂及びポリアリレート樹脂からなる群より選ばれ
た少なくとも一種であることが好ましい。ここに
「非晶性樹脂（amorphouspolymer）」とは、その
構造において主として非晶部からなつているか、
または結晶性部分の少ない構造を有する樹脂を意
味する。ポリフエニレンエーテル系樹脂（以下、「PP」
ともいう）は、単環式フエノール類を重縮合させ
て得られるフエニレンエーテル（オキシド）ホモ
ポリマーまたはコポリマーであり、さらにビニル
化合物をグラフト共重合して得られる変性ポリフ
エニレンエーテル（オキシド）である。本系樹脂
の中、特に好ましいのは、ポリ（２，６−ジメチ
ル−１，４−フエニレン）エーテルにスチレン等
のビニル化合物をグラフト共重合した変性ポリフ
エニレンエーテルであつて、このものでは芳香族
ポリエーテル類の長所である耐熱性を生かしたま
ま、その欠点である成形加工性が改良されいる。
なおPPEは、ゼネラル・エレクトリツクカンパ
ニー（GE社）、三菱瓦斯化学(株)又は旭化成工業(株)
より市販されているものをそのまま使用できる。本発明で用いられるポリカーボネート系樹脂
は、構造単位中に炭酸エステル型構造を有する高
分子物質であつて、代表的なものとしてポリ−
（４，4′−ジオキシジフエニル−２，２−プロパ
ンカーボネート）を挙げることができる。勿論、
本発明においては、ポリカーボネート樹脂と相溶
性の良い他のポリマー例えばABSなどとのポリ
マーアロイであつてもよい。本発明で用いられる芳香族ポリスルフオン樹脂
は、アリレーン単位がエーテル及びスルフオン結
合と共に無秩序に又は秩序正しく位置するポリア
リレーン化合物であり、代表的なものとしてポリ
エーテルスルフオン、ポリスルフオンを挙げるこ
とができる。本発明の実施に用いられるポリエステルイミド
樹脂は、米国GE社が発表した非晶性芳香族イミ
ドであつて、「ULTEM」なる商標名で販売され
ている。本発明の実施に用いうるオレフイン・ビニルア
ルコール共重合体樹脂は、日本合成化学工業(株)よ
り「GL樹脂」なる商標名で販売されている。本発明の実施に用いうるポリアリレート樹脂
は、芳香族ポリエステル樹脂の一種であり、ユニ
チカ(株)より「Ｕポリマー」、または鐘淵化学(株)よ
り「NAP樹脂」なる商標名で夫々販売されてい
る。一方、本発明に使用されるPTWは、高強度単
結晶繊維であつて、K₂Ｏ・ｎ（TiO₂）又は、K₂
Ｏ・ｎ（TiO₂）・１／2H₂Ｏ（式中、ｎは２〜８の
整数）なる化学組成を持つ針状結晶である。本発
明においては、各種のPTWのうち、平均繊維径
0.01〜2.0μm、平均繊維長５〜100μmで、かつ平
均繊維長／平均繊維径（アスペクト比）が10以上
のものが好ましい。このPTWは、無処理でも使
用しうるが、非晶性樹脂との界面接着性をもたせ
るために、通常、アミノシラン、エポキシシラ
ン、アクリルシランなどのシランカツプリング剤
又はチタネートカツプリング剤などの目的に応じ
た表面処理剤で表面処理されているのが好適であ
る。本発明において、PTWの配合量は、非晶性樹
脂の補強効果、特に剛性、耐クリープ性、熱変形
温度の向上、限界PV値の向上、更には寸法精度
の向上などの点から本発明組成物の10〜40重量％
であることが好ましい。配合量が10％未満では、
機械的強度を充分向上させることができず、一
方、40％を越えて使用しても使用量に見合う機械
的強度の向上は余り認められず、かつ、組成物の
造粒化を難しくする。本発明に使用されるHDPEは、カチレンを重合
して得られる密度0.94g／cm³程度以上のものであ
るが、少量のプロピレン、ブテン、ペンテン、ス
チレンなどのエチレンと共重合しうるα−オレフ
インとの共重合物であつてもよい。本発明の目的上、上記HDPEは、平均粒子径
200μm以下、分子量50000〜300000のものが好適
である。平均粒子径が200μm以上になると、該
HDPEを含む本発明組成物による成形品表面が粗
面になる他、摺動特性も充分には向上しない。ま
た、分子量が50000以下になると、組成物調製時
の混練過程において、HDPE粒子が剪断応力によ
り変形したり、薄層化したり又はフイルム状化し
たりして、粉末粒子状のまま保持されることがで
きず、また分子量が300000以上になると、混練過
程においてHDPEの分散性が不充分となるなど、
いずれも摺動特性の向上に貢献しなくなる。本発明組成物において、上記HDPEの配合量
は、本発明組成物中２〜15重量％、さらに好まし
くは５〜10重量％である。この配合量が２％未満
になると、摺動特性を充分向上させることができ
ず、他方15％を越えると、該組成物を用いた形成
品の機械的強度や耐熱性が低下する傾向がある。以上の組成物には、必要に応じてタルク、マイ
カ、ワラストナイトなどのフイラー、ガラス繊
維、カーボン繊維などの補強材、顔料、酸化防止
剤、帯電防止剤、滑剤、熱安定剤、難燃剤、可燃
剤及びPTFE、二硫化モリブデン又はグラフアイ
トなどの潤滑剤を添加してもよい。本発明の組成物は、例えば次のようにして調製
される。即ち、各構成成分をブレンダなどを用い
て均一に混合後、該混合物を押出機で熔融、混和
し、ペレツト化する。このペレツトは、射出成形
などの慣用成形手段により所望の部材の形状に成
される。本発明の組成物から作成される摺動部材として
は、ブツシング、ベアリング、スリーブ、スリツ
プシリンダー、ガイドレール、キヤリツジ、スイ
ツチ部品、ギア、カムなどが挙げることができ
る。（作用）本発明の摺動部材組成物は、非晶性樹脂に対し
特定の割合でHDPE及びPTWが配合されている
ため、摺動特性が相乗的に向上すると共に、強度
及び剛性に優れ、しかも固体潤滑であるため、組
成物が成形機中で不均一化する恐れがなく、従つ
て精密な成形が容易であるという特長がある。（実施例）以下、実施例を掲げ発明具体化の実例を述べる
が、各例示は当然説明用のものであつて、発明精
神の内包・外延を規定するものではない。実施例１ユピエースAH60（変性PPE；三菱瓦斯化学
(株)）、TISMO・D102（PTW；大塚化学(株)）、Hi
−zex3300FP（HDPE；三井石油化学工業(株)）、
03MA497（ガラスフアイバー；旭フアイバーグラ
ス(株)）、フルオンL169（PTFE；旭硝子(株)）及び
スゾライトマイカ200−K1（マイカ；(株)クラレ）
を表−１に示す配合に従つて秤量、混合後、シリ
ンダー温度290℃に設定した40mmφ押出機から押
出しつつ切断してペレツト化した。このペレツト
を用いて下記条件で射出成形を行い、物性測定用
テストピースを作成した。シリンダー温度：290℃ 射出圧力：1000Kg／cm² 射出時間：10秒金型温度：80℃ 続いて、得られたテストピースの諸物性を下記
の方法により測定した。摩擦摩耗試験：鈴木式摩耗試験機（東洋ボール
ドウイン(株)）を使用し、相手材料としては
S45Cを用い、全て無潤滑の状態で摩擦速度
30cm／秒、荷重10Kg／cm²で連続運転し、摩擦
距離10Kmに達したときの摩擦係数及び単位距
離当りの摩耗量（比摩耗量及び相手材比摩耗
量）を求めた。また限界PV値は摩擦速度
（Ｖ）30cm／秒を一定とし、荷重Ｐを変化さ
せて１時間運転後、摩擦面を観察し、異常な
損傷が生じた時点で判定した。引張強さ：ASTM D638 曲げ強さ及び曲げ弾性率：ASTM D790 HDT：荷重18.5Kg／cm²の条件でASTM D648
に従つて測定した。線膨張係数：90×50×３mmの平板（フアンゲー
ト）にて、その成形方向（MD）と直角方向
（TD）とについて、夫々ストレインゲージ
法により求めた。成形収縮率：前記と同じ平板を用いて、MDと
TDとについて夫々測定した。結果は下表−１に示される。

【表】上表−１から明らかなように、本発明組成物
は、変性PPE単独組成物（比較例１）及び変性
PPEに対しPTWのみを添加した組成物（比較例
２）と比較して、HDPEの添加により、動摩擦係
数及び比摩耗量が大幅に減少し、相手材比摩耗量
も少ないことが明らかである。また変性PPEに
対しHDPEのみを添加した組成物（比較例３）と
比較して、PTWの配合により、機械物性、熱的
性質及び寸法精度が大幅に向上していることも明
らかである。一方、比較例４のガラスフアイバー、PTFEに
代えてPTW、HDPEを用いたとき、動摩擦係数、
比摩耗量及び特に相手材比摩耗量が大幅に減少
し、また線膨張係数や成形収縮率の部分的相違に
基づく異方性が少なくなる事実が窺われる。実施例２実施例１と同様にして、ユーピロンS2000（ポ
リカーボネート樹脂；三菱瓦斯化学(株)）、ビクト
レツクス3600P（ポリエーテルスルフオン樹脂；
住友化学(株)）、ウルテム1000（ポリエーテルイミド
樹脂；エンジニアリングプラスチツクス(株)）、GL
−Ｓ（オレフイン・ビニルアルコール共重合体樹
脂；日本合成化学工業(株)）、Ｕ−100（ポリアリレ
ート樹脂；ユニチカ(株)）、TISMO−D102（前掲）
及びHi−zex3300FP（前掲）を下表−３に示す通
り配合してペレツトを作成し、このペレツトを用
いて成形されたテストピースの物性を測定した。
なお、該組成物の造粒化における混練温度及びテ
ストピース作成における射出成形条件を下記表−
２に、テストピースの測定結果を下表−３に示
す。

【表】

【表】上表−３から明らかなように、本発明組成物No.
１〜５による成形品では、非晶性樹脂単独組成物
の成形品である比較例No.１〜５と比較して、成形
品の耐摩耗性、機械的物性及びHDTが向上して
いるのみならず、線膨張係数及び成形収縮率が減
少した結果、寸法精度が大幅に向上している。特
に耐摩耗性については、比較例１〜５のものは摩
耗が激しく、試験続行が不可能であるか又は非摩
耗量が極めて大であつたのに対し、本発明組成物
による成形品では、耐摩耗性が大幅に向上してい
ることが明瞭である。（発明の効果）本発明の摺動部材用樹脂組成物は、摩擦摩耗特
性が良好で、かつ機械的強度が高く、しかも寸法
精度に優れた樹脂成形品を提供しうることによ
り、性能の優れた各種ブツシング、ベアリング、
スリーブ、スリツプシリンダー、ガイドレール、
キヤリツジ、スイツチ部品、ギア、カム等の製品
を通じて産業社会に貢献しうる。

Claims

【特許請求の範囲】１全組成物中に、それぞれチタン酸カリウムウ
イスカーを10〜40％、及び平均粒径200μm以下、
分子量50000〜300000の粉末状高密度ポリエチレ
ンを２〜15％含む非晶性熱可塑性樹脂を主材とす
る組成物であることを特徴とする摺動部材用樹脂
組成物。２非晶性熱可塑性樹脂が、ポリフエニレンエー
テル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、芳香族ポ
リスルフオン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、オ
レフイン・ビニルアルコール共重合体樹脂及びポ
リアリレート樹脂からなる群から選ばれた樹脂で
ある特許請求の範囲第１項記載の組成物。