JPH068373B2

JPH068373B2 - 摺動材料

Info

Publication number: JPH068373B2
Application number: JP60285775A
Authority: JP
Inventors: 真也川上; 敬一島崎; 聡朝日
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 1985-12-20
Filing date: 1985-12-20
Publication date: 1994-02-02
Anticipated expiration: 2009-02-02
Also published as: JPS62146944A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、フッ素樹脂を主成分とする摺動材料に関する
ものであり、さらに詳しく述べるならばリップシール等
のシール部材、すべり軸受等の往復摺動および回転摺動
に適用できる摺動材料に関するものである。

〔従来の技術〕

上記摺動材料として、PTFE、PTFEにグラファイト等
の固体潤滑剤を添加したもの、PTFEにガラス繊維を添
加したもの、PTFEにカーボン繊維を添加したものが知
られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕のPTFEは摩擦係数は低いが、耐摩擦性、耐クリープ性
に劣り、低温から高温までの引張り応力が小さいという
欠点がある。

のPTFE＋グラファイト等添加材はのPTFEの改良とし
て提案されているが、粒状であるため耐クリープ性向上
のための補強効果が少ないという欠点がある。

のPTFE＋ガラス繊維・カーボン繊維はの改良と
して提案されているが、ガラス繊維、カーボン繊維は相
手材をキズつけ、その結果、自からも摩耗しやすい欠点
がある。更には摩擦係数を高める傾向に示し、摺動特性
を低下させる。

上記〜の材料をリップシール等のシール材に使用し
た場合次のような欠点が招かれる。

(イ)引張強度、せん断強度が低いためシール材の破断お
よび引きちぎれ現象が起きる。

第７図および第８図は、カークーラーコンプレッサ用リ
ップシールの構造を示す図面であり、それぞれ組付前後
の状態を表わす。図においてはリップ、２はリップ押
え、３はゴムリング、４はケース、５はＯリング、６は
Ｃ形止め輪（リテーナ）、１０は軸、ｄはリップ１と軸
１０の接触幅である。従来の材料を使用したリップ１は
軸１０との回転摺動中に破断および引きちぎれを起こし
易い。

(ロ)耐クリープ性および耐熱性が劣るため、シールのへ
たり現象が起きオイルリーク量が増大する。すなわち、
リップ１がカーコンプレッサの使用温度において変形
し、冷媒側から大気側にもれるオイルの量が増大する。

(ハ)耐摩耗性が劣るためにシール性が維持できず、リッ
プの耐久性が低い。すなわちリップ１が軸１０により著
しく摩耗することによるオイルもれが起こり、シールの
耐久性が低い。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を達成する本発明に係る摺動材料の組成は次
のとおりである。

すなわち、第１に、PTFE,ETFE,FEPの少なく共１種以上
からなる、重量で50％以上のフッ素樹脂を基材とし、芳
香族ポリアミド、ポリベンゾイミダゾールの１種以上か
らなる、重量で0.2〜30％の耐熱有機繊維、及び、摩擦
調整材として重量で５〜40％の黒鉛を含有した摺動材
料。

第２に、四弗化エチレン樹脂、エチレン−四弗化エチレ
ン樹脂、フッ素化エチレンプロピレン樹脂の少なく共１
種以上からなる、重量で50％以上のフッ素樹脂を基材と
し、芳香族ポリアミド、ポリベンゾイミダゾールの１種
以上からなる、重量で0.2〜30％の耐熱有機繊維、及
び、摩擦調整剤として重量で５〜40％の黒鉛を含有し、
且つ、摩擦調整剤として、ケイ酸塩としてのクレー、マ
イカ、タルクの１種以上を重量で２〜30％、及び／又は
耐熱有機樹脂としてのポリイミド、芳香族ポリエステ
ル、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテ
ルケトン、ポリアリレートの１種以上を重量で２〜30％
をさらに含有した摺動材料。

本発明の摺動材料はPTFE,ETFE,FEPからなるフッ素樹脂
を基材としている。これらのフッ素樹脂を基材としたの
は低摩擦特性を摺動材料に付与するとともにフッ素樹脂
以外の成分のバインダーとしての機能を利用するためで
ある。フッ素樹脂としては、四弗化エチレン樹脂(PTF
E)、エチレン−四弗化エチレン樹脂(E-TFE)、フッ素化
エチレンプロピレン樹脂（ＥＰＥ）を使用する。好まし
くはＰＴＦＥを使用する。ＰＴＦＥはフッ素樹脂の中
で、摩擦係数が最も小さく本願の摺動材料として最適で
ある。ＦＥＰは、ＰＴＦＥに近い特性を有しており、Ｅ
ＴＦＥはＰＴＦＥほどの低摩擦係数は得られないが引張
り強度、耐プーリ性等の機械的性質が改善される。

本願発明の摺動材料はフッ素樹脂を基材とする樹脂組成
物であることによって、機械的特性や摩擦摩耗特性も基
材であるフッ素樹脂の影響を大きく受け、耐熱樹脂を基
材とした同一配合組成の樹脂組成物に比べて、組成物全
体の伸びは大きく、弾性率は小さく、低摩擦特性を有す
る。これによって本願発明はシール部品の摩擦材料に適
した特性が得られる。

フッ素樹脂の含有量は５０％（重量百分率、以下同じ）
以上であると、低摩擦特性、耐摩耗性および機械的強度
の点で好ましい特性を有する摺動材料が得られる。さら
に好ましい含有量は６０％以上、最も好ましい含有量は
７０％以上である。

耐熱性有機繊維は本発明における重要な成分である。耐
熱性有機繊維としては芳香族ポリアミド繊維、ポリベン
ゾイミダゾール繊維を用いることができる。芳香族ポリ
アミド繊維は「ケブラー」（デュポン社登録商標）また
はコーネックス（帝人社登録商標）として知られてい
る。芳香族ポリアミド繊維はヤーン、パルプ、チョップ
繊維の何れかの形態で入手できる。本発明ではパルプ、
チョップをそのまま用いるかあるいは適当な長さに切断
して用いる。

ＰＴＦＥなどのフッ素樹脂はその分子間凝集力が小さい
ことから、分子間でのすべりが生じ易く、その結果とし
て優れた低摩擦特性を示すことはよく知られている。一
方この分子間凝集力の小さいために他のプラスチックス
と比べ、機械的強度や耐摩耗性や耐クリープ性などが劣
っている。これらの欠点を改善するためには、分子間の
すべりを抑えることが必要であり、フッ素樹脂中に繊維
状の添加剤を配合しその組成物を補強する事が有効であ
る。この耐熱有機繊維のフッ素樹脂への配合により、組
成物自体の引張り降伏強度、弾性率、耐クリープ性など
の機械的特性を向上させることができる。

なお、これらの添加剤のフッ素樹脂の補強効果は、後述
の他の添加剤でも得られるが、他の添加剤の形状である
粒状よりも繊維状の形状を有する耐熱有機繊維の方が、
分子間のすべりを抑えやすいことからその効果が大き
い。

本発明において耐熱性有機繊維を使用するのは、機械的
強度および耐クリープ性の向上を積極的に図ることを目
的とし、このような効果を奏するためには、耐熱性有機
繊維の含有量は0.2％以上であることが望ましい。唯、
含有量が２０％を越えると摩擦係数が増大するために、
２０％以下の含有量が望ましい。

フッ素樹脂には摩擦調整剤が加えられる。添加目的は、
フッ素樹脂は分子間凝集力が小さいため摺動時のせん断
力により分子間で分断が起こり摩耗が進むことを防止す
るためである。

本発明では必須の摩擦調整剤として黒鉛を使用する。

黒鉛は完全な黒鉛ばかりてなくカーボンも添加材として
使用することができる。また黒鉛の種類としては、土
状、鱗状、鱗片状、塊状などの天然黒鉛および人造黒鉛
（石炭コークス系、石油コークス系、ピッチ系など）が
あり、これらを添加材として使用することができる。

黒鉛もＰＴＦＥなどのフッ素樹脂中に分散しその組成物
の強度や耐クリープ性を向上させるが、繊維に比べ形状
が粒状に近いためその補強効果はやや小さい。しかし、
黒鉛の持つ固体潤滑性と耐摩耗性により、組成物の耐摩
耗性を向上させることができる。特に黒鉛は他の添加材
料に比べオイルとの親和性に富んだ材料でフッ素樹脂に
分散させたとき、フッ素樹脂の持つオイルに対する小さ
な漏れ性を課全することができる。その結果、組成物表
面のオイルに対する漏れ性を良好にすることができる。
したがって黒鉛を添加した本件組成物を油中で摩擦した
場合、他の添加材料だけを含有した組成物に比べ、その
摩擦特性と耐摩耗性を向上させることができる。

このような効果を達成するためには黒鉛の含有量は５％
以上であることが望ましい。唯、４０％を越えると摺動
材料の強度低下および耐摩耗性低下の傾向が現れるので
黒鉛の含有量は４０％以下が望ましい。より望ましい黒
鉛の含有量は１０〜２０％である。

摩擦調整剤として、黒鉛に加えてケイ酸塩化合物及び／
又は耐熱有機樹脂を加えることが望ましい。

ケイ酸塩化合物の作用機構は黒鉛同様であるが、黒鉛に
比べケイ酸塩は高硬度であることから、黒鉛よりも耐摩
耗性の向上がはかれる。またＰＴＦＥなどのフッ素樹脂
の場合摩擦の相手面へのフッ素樹脂自体の移着が多くな
り、摩耗を促進したり摩擦力が大きく変動する現象がよ
く見られる、その際組成物中にケイ酸塩が存在すると、
そうした移着物を削り取り摩耗の増加を防止したり、摩
擦力の変動を小さく抑えることができる。

ケイ酸塩化合物としてはクレー、マイカ、タルクを用い
る。

ケイ酸塩化合物による効果を達成するためには、その含
有量が２％以上であることが望ましい。唯、３０％を越
えると相手材が疵つく傾向が現れるので、含有量は３０
％以下が望ましい。より望ましい含有量は５〜２０％で
ある。

耐熱有機樹脂の作用機構も黒鉛と同様であり、ＰＴＦＥ
などのフッ素樹脂への配合により組成物の耐摩耗性や耐
クリープ性の向上がはかれる。黒鉛やケイ酸塩と異なる
点は、それらの添加剤が無機物であるのに対して、耐熱
樹脂はフッ素樹脂と同じ有機物である点である。その結
果無機物に比べフッ素樹脂と似通った性質、例えば、伸
び等の機械的性質、線膨張係数などの熱的性質を持つこ
とから、これらの耐熱樹脂を配合した組成物は前述の無
機物を配合した組成物に比べて、耐摩耗性や耐熱性クリ
ープ性が優れている。また無機物の添加剤に比べ硬度が
小さいことから、摩擦の相手材への攻撃性が小さく相手
材を摩耗させることが比較的少ない。

耐熱性有機樹脂としてはポリイミド、芳香族ポリエステ
ル、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテ
ルケトン、ポリアリレートを用いる。必要に応じて他の
耐熱有機樹脂を含んでもよい。

耐熱性有機樹脂による効果を達成するためには２％以上
の含有量が望ましい。唯３０％を越えると機械的強度が
低下する傾向が現れるので、含有量は３０％以下が望ま
しい。より望ましい含有量は５〜２０％である。

次に、本発明に係る摺動材料の製造法を説明する。

フッ素樹脂の主体がPTFEである場合は、所定成分をミキ
サーで混合し、圧縮成形、ラム押出し、ペースト押出し
等で混合物成分をリング形状に押出し、例えば380℃、
８時間の条件で押出材を焼成する。フッ素樹脂の主体が
PTFE以外である場合は、所定成分をスクリュー式混練押
出機で処理した後粉砕し次に射出成形、押出成形等で所
定形状に成形する。成形温度は例えば270〜320℃、成形
時間は例えば２〜３分間である。

本発明において耐熱性有機繊維および耐熱性樹脂でいう
耐熱性とは上記の焼成工程もしくは成形工程における２
分ないし８時間程度の短期間において約380℃までの温
度に耐えることができる性質である。このように耐熱性
を定めたのは、焼成もしくは成形工程での高温に耐えて
繊維等の特性劣化がないことが重要であり、またこの特
性劣化がなければ、作動温度条件による長期的な特性劣
化が起こることはないからである。上記耐熱性を欠如す
る材料は焼成もしくは成形工程において熱による材料物
性の劣化もしくは熱分解が生じることが認められる。

〔作用〕

摺動材料に要求される特性のひとつである相手材と長期
間安定に摺動する性質、およびシール性は(イ)材料の弾
性係数が高いこと、(ロ)変形によりクリープする傾向が
小さい性質を該材料が有すること、(ハ)該材料の引張強
度が高いこと、(ニ)該材料が摩耗し難いこと、が充足さ
れたときに十分なものとなると考えられる。

本発明の摺動材料の重要な成分である芳香族ポリアミド
繊維は低摩耗性および(イ)−(ニ)により左右されるシール
性および摺動性を同時に向上する作用を有している。

以下、各種材料の性質を本発明者の実験により説明す
る。

第１図は、ひずみ５％のときの各種材料の引張応力の温
度依存性を示すグラフである。図中、○はPTFE＋２％芳
香族ポリアミド繊維（パルプ状）＋１３％黒鉛（本発
明）、△はPTFE＋１５％黒鉛（従来材）、□は100％PTF
E（参考例）、▲はPTFE＋１５％ガラス繊維（比較
例）、および■はPTFE＋１５％カーボン繊維（比較例）
をそれぞれ示す。第１図より、本発明に係る摺動材料
（０）は−50℃〜150℃の試験温度域全体で高強度を有
することが分かる。

第２図および第３図は第１図と同様の材料の耐クリープ
性を示すグラフである。なお試験条件は、第２図：温度
２３℃、引張荷重８０kg/cm²；第３図：温度100℃、引
張荷重４０kg/cm²である。これらのグラフより芳香族ポ
リアミド繊維は、特に高温（100℃）において、耐クリ
ープ性向上に有効であることが分かる。

第４図は、ディスク状試験片を、相手材−鋼板、温度８
０℃、油中、往復速度−２Hz、荷重１０kgの条件で、往
復摺動させた結果を示すグラフである。図中、○、△お
よび□は第１図と同様の材料、◇はPTFE＋１５％カーボ
ン繊維材料、はPTFE＋１５％ガラス繊維材料を示す。また、往復摺動
試験において、４×１０⁴回往復時の摩耗量を測定した
結果を次表に示す。

第１図および第１表より、芳香族ポリアミド繊維が、
(イ)カーボン繊維ガラス繊維と比較して、摩擦係数を安
定させまた相手材の疵発生をもたらさず、(ロ)全添加材
と比較して耐摩耗性を高め、(ハ)黒鉛と比較して、摩擦
係数はほぼ同等にしていることが分かる。

下記試験条件にて往復摺動試験を行なった結果を説明す
る。

試験方法：円盤状試験材を板状相手材に対して往復回転
摺動させる。

速度：２Hz 荷重：１０kg 温度：８０℃ 潤滑：オイル往復回数：４×１０⁴回試験結果を次表に示す。

第２表より、PTFE、芳香族ポリアミド繊維およびグラフ
ァイトよりなる材料は摩耗量が少ないことおよび相手材
を疵つけないことの二つの性質を兼備していることが分
かる。

下記条件にて摩擦摩耗試験を行なった結果を説明する。

試験機：機械試験所型摩擦摩耗テスタ（円筒状相手材の
平坦端面を試験片板面に接触させて円筒の軸周のまわり
に回転させる試験機）速度：１ｍ／ｓ荷重（面圧）：２kg/cm² 潤滑：なし相手材：鉄試験時間：２０hrs 第３表より、PTFE、芳香族ポリアミド繊維およびグラフ
ァイトよりなる材料は摩耗量が少ないことおよび相手材
を疵つけないことの二つの性質を兼備していることが分
かる。

〔実施例〕

実施例１第４表に本発明に係る摺動材料および比較例の材料の組
成、引張ひずみ（荷重４０kg/cm²、温度100℃、100時
間）および摩耗量を示す。

表中ケブラーはデュポン社製芳香族ポリアミド繊維であ
り、コーネックスは帝人社製芳香族ポリアミド繊維ポリ
ベンゾイミダゾール繊維（PBIと略す）はいずれも径１
２μｍ、平均長さ0.5mm、パルプである。黒鉛は鱗片状
の人造黒鉛である。

往復摩耗および回転摩耗の試験条件は第２表および第３
表で説明したものとそれぞれ同じである。

実施例２第５表に本発明に係る摺動材料の材料の組成、引張ひず
みおよび摩耗量を第４表と同じ条件で行った試験結果を
示す。

表中、ＰＩはポリイミド、ＰＡＩはポリアミドイミド、
ＰＥは芳香族ポリエステル、ＰＰＳはポリフェニレンサ
ルファイド、PEEKはポリエーテルエチルケトンである。

実施例３下記組成の摺動材料を調製した。

Ａ（○）：85％PTFE＋２％ケブラ＋13％黒鉛Ｃ（●）：75％PTFE＋２％ケブラ＋12％黒鉛＋５％クレ
ー＋５％ＰＩＤ（△）：100％PTFE（比較例）Ｆ（▲）：98％PTFE＋２％ケブラ（比較例）ケブラは実施例１と同じものである。

引張力４０kg/cm²、100℃の条件下でのクリープ特性を
第５図に示す。

前述の往復摺動試験を４×１０⁴回往復で行なったとき
の摩耗量を次表に示す。

前述の条件にて往復摺動試験を行なった第６図に示す。

実施例１〜３の考察実施例に示された結果から本発明の最良組成について考
察すると、試料NO.１，NO.４，NO.８が引張ひずみおよ
び摩耗量が極めて小さくなっている。これらの材料の顕
微鏡組織を観察したところ、ケブラー、黒鉛がマトリッ
クスであるPTFE中にほぼ等容量割合で分散していること
が認められた。また摩耗した材料粉を顕微鏡で観察した
ところほとんどがPTFEであり、残りは黒鉛であった。さ
らに摺動面を摩耗前後で顕微鏡観察したところ、摩耗後
の摺動面はケブラーの表出割合が多くなっていた。

〔発明の効果〕

本発明によると、リップシールのシール性およびすべり
軸受の摩擦摩耗特性を著しく改良することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は引張り応力の温度依存性を示すグラフ、第２図および第３図は引張りひずみの時間依存性を示す
グラフ、第４図は摩擦係数の時間依存性を示すグラフ、第５図は第２，３図と同様のグラフ、第６図は第３図と同様のグラフ、第７図は組付前のリップシールの図面、第８図は組付後のリップシールの図面である。１−リップ、２−リップ押え。

───────────────────────────────────────────────────── 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Ｆ１６Ｃ 33/24 Ｚ 6814−3ＪＦ１６Ｊ 15/32 Ｈ (56)参考文献特開昭59−197456（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−109554（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−24253（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−79053（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−89824（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−45353（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】四弗化エチレン樹脂、エチレン−四弗化エ
チレン樹脂、フッ素化エチレンプロピレン樹脂の少なく
共１種以上からなる、重量で50％以上のフッ素樹脂を基
材とし、芳香族ポリアミド、ポリベンゾイミダゾールの
１種以上からなる、重量で0.2〜30％の耐熱有機繊維、
及び、摩擦調整剤として重量で５〜40％の黒鉛を含有し
た摺動材料。
【請求項２】四弗化エチレン樹脂、エチレン−四弗化エ
チレン樹脂、フッ素化エチレンプロピレン樹脂の少なく
共１種以上からなる、重量で50％以上のフッ素樹脂を基
材とし、芳香族ポリアミド、ポリベンゾイミダゾールの
１種以上からなる、重量で0.2〜30％の耐熱有機繊維、
及び、摩擦調整剤として重量で５〜40％の黒鉛を含有
し、且つ、摩擦調整剤として、ケイ酸塩としてのクレ
ー、マイカ、タルクの１種以上を重量で２〜30％、及び
／又は耐熱有機樹脂としてのポリイミド、芳香族ポリエ
ステル、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエ
ーテルケトン、ポリアリレートの１種以上を重量で２〜
30％をさらに含有した摺動材料。