JPH0741666A

JPH0741666A - ポリアミド樹脂組成物

Info

Publication number: JPH0741666A
Application number: JP5205810A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Morikawa; 明彦森川; Takeshi Wakao; 剛若尾; Hideji Tsuchikawa; 秀治土川
Original assignee: Japan Synthetic Rubber Co Ltd
Current assignee: JSR Corp
Priority date: 1993-07-28
Filing date: 1993-07-28
Publication date: 1995-02-10

Abstract

(57)【要約】【目的】機械的特性、耐熱性、摺動性、動摩擦係数が
小さく自己摩耗量および相手材の少ないポリアミド樹脂
組成物を得る。【構成】（Ａ）ポリアミド樹脂９８〜３５重量％
（Ｂ）炭素繊維１〜４０重量％（Ｃ）フルオロカーボン
重合体０．５〜２５重量％（Ｅ）高密度ポリエチレン
０．５〜１５重量％からなるポリアミド樹脂組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、摺動部材に適したポリ
アミド樹脂組成物に関し、さらに詳しくは、特に高温使
用環境下での自己摩耗、および相手材金属の摩耗が少な
く、摩擦係数が小さく、かつ優れた機械的特性、耐疲労
性及び耐熱性を有する摺動部材用ポリアミド樹脂組成物
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、プラスチック摺動材は、非潤滑系
で過酷な荷重及び高い雰囲気温度下、激しい摩耗を受け
るベアリング、軸受け等に用途が拡大している。一般
に、軸受け等の摺動部品にプラスチックを適用する場合
は、動摩擦係数が小さく、自己摩耗が少なく、限界ＰＶ
値が高く、相手材金属の摩耗が少ないという摺動特性以
外にも剛性や耐クリープ性及び耐熱性、及び耐疲労性が
要求される。炭素繊維強化ポリアミド樹脂は機械的特
性、耐熱性及び摩擦・摩耗特性に優れた樹脂組成物であ
り、なかでも炭素繊維強化ナイロン４６（ポリテトラメ
チレンアジパミド）は優れた摩擦摩耗特性、耐熱性、耐
疲労性及び機械的特性を示すことが提案されており（特
開昭６１−１８８４６０）、上記の用途に好適である。
しかしながら、なお摩擦係数が高く、自己摩耗量がいま
だ充分小さくなく、特にアルミニウム等の比較的柔らか
い相手材金属の摩耗が大きいという欠点があった。上
記欠点を解決する方法としては、ポリアミド樹脂に炭素
繊維とポリエチレンを配合する方法（特開昭６２−２１
８４５３）が提案されており、またポリアミド樹脂及び
炭素繊維及にポリテトラフルオロエチレン、あるいは二
硫化モリブデン、あるいはグラファイトなどの固体潤滑
剤を配合する方法も知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、ナイ
ロン４６樹脂及び炭素繊維に二硫化モリブデン、グラフ
ァイトを添加しても、アルミニウム材に対する摺動特性
の改良にあまり効果はなく、ポリテトラフルオロエチレ
ン、あるいは高密度ポリエチレンを添加した場合、室温
における摺動特性は改良されるものの、高温環境下にお
ける摺動特性は改良されない。すなわち、本発明は炭素
繊維強化ナイロン４６樹脂の対アルミニウムに対する摺
動特性を改良すること、特に高温下での自己摩耗量が少
なく、摩擦係数が小さく、相手材金属の摩耗の少ないポ
リアミド樹脂組成物を得ることを目的とする。

【０００４】

【問題を解決するための手段】本発明者らは、上記欠点
を改良するために鋭意努力した結果、ナイロン４６樹脂
に炭素繊維、フルオロカーボン重合体及び高密度ポリエ
チレンを配合することにより機械的特性、耐熱性に優
れ、室温における自己摩耗量、相手材金属摩耗量が少な
く、摩擦係数が小さく、特に高温における自己摩耗量、
相手材金属（特にアルミニウム）摩耗量が著しく少な
く、摩擦係数の小さいポリアミド樹脂組成物が得られる
ことを見いだし、本発明を成すに至った。すなわち本発
明は、（Ａ）ポリアミド樹脂９８〜３５重量％、（Ｂ）
炭素繊維１〜５０重量％、（Ｃ）フルオロカーボン重合
体０．５〜３０重量％および（Ｄ）高密度ポリエチレン
０．５〜３０重量％を配合することを特徴とするポリア
ミド樹脂組成物である。本発明で用いられる（Ａ）ポリ
アミド樹脂としては、アミノ酸、ラクタム、あるいはジ
アミンとジカルボン酸を主たる構成成分とするポリアミ
ドである。構成成分の具体例を挙げると、ε−カプロラ
クタム、エナントラクタム、ω−ラウロラクタムなどの
ラクタム、ε−アミノカプロン酸、１１−アミノウンデ
カン酸、１２−アミノドデカン酸などのアミノ酸、テト
ラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ウンデ
カメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、２、
２、４−／２、４、４−トリメチルヘキサメチレンジア
ミン、５−メチルノナメチレンジアミン、ｍ−キシリレ
ンジアミン、ｐ−キシリレンジアミン、１、３−ビスア
ミノメチルシクロヘキサン、１、４−ビスアミノメチル
シクロヘキサン、ビス−ｐ−アミノシクロヘキシルメタ
ン、ビス−ｐ−アミノシクロヘキシルプロパン、イソホ
ロンジアミンなどのジアミン、アジピン酸、スペリン
酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、１、４
−シクロヘキサンジカルボン酸、１、３−シクロヘキサ
ンジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタ
レンジカルボン酸、ダイマー酸などのジカルボン酸があ
る。これらの構成成分は単独あるいは二種以上の混合物
の形で重合に供され、そうして得られるポリアミドホモ
ポリマ、コポリマいずれも本発明で用いることができ
る。特に本発明で有用に用いられるポリアミドはポリテ
トラメチレンアジパミド（ナイロン４６）、ポリカプロ
アミド（ナイロン６）、ポリヘキサメチレンアジパミド
（ナイロン６６）、ポリヘキサメチレンセバカミド（ナ
イロン６１０）、ポリウンデカンアミド（ナイロン１
１）、ポリドデカンアミド（ナイロン１２）、ポリヘキ
サメチレンアジパミド／ヘキサメチレンテレフタルアミ
ド共重合体（ナイロン６６／６Ｔ）、そしてこれらポリ
アミドの混合物である。これらのポリアミドの中でも特
にポリテトラメチレンアジパミド（ナイロン４６）が好
ましい。

【０００５】本発明で用いられるポリテトラメチレンア
ジパミド（ナイロン４６）はテトラメチレンジアミンと
アジピン酸とから得られるポリテトラメチレンアジパミ
ドおよびポリテトラメチレンアジパミド単位を主たる構
成成分とする共重合ポリアミドを含む。さらに、他のポ
リアミドをナイロン４６の特性を損なわない範囲で混合
成分として含んでもよい。共重合成分は特に制限がな
く、公知のアミド形成成分を用いることができる。共重
合成分の代表例として、６-アミノカプロン酸、１１-ア
ミノウンデカン酸、１２-アミノウンデカン酸、パラア
ミノメチル安息香酸などのアミノ酸、ε-カプロラクタ
ム、ω-ラウリルラクタムなどのラクタム、ヘキサメチ
レンジアミン、ウンデカメチレンジアミン、ドデカメチ
レンジアミン、２,２,４-／２,４,４-トリメチルヘキサ
メチレンジアミン、５-メチルノナメチレンジアミン、
メタキシレンジアミン、パラキシレンジアミン、１,３-
ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、１,４-ビス（ア
ミノメチル）シクロヘキサン、１-アミノ-３-アミノメ
チル-３,５,５-トリメチルシクロヘキサン、ビス（３-
メチル-４-アミノシクロヘキシル）メタン、２,２-ビス
（アミノプロシル）ピペラジン、アミノエチルピペラジ
ンなどのジアミンとアジピン酸、スベリン酸、アゼライ
ン酸、セバシン酸、ドデカン２酸、テレフタル酸、イソ
フタル酸、２-クロルテレフタル酸、２-メチルテレフタ
ル酸、５-メチルイソフタル酸、５-ナトリウムスルホイ
ソフタル酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、ヘキサヒドロ
イソフタル酸、ジグリコ−ル酸などのジカルボン酸など
を挙げることができ、また混合成分として用いる他のポ
リアミドはこれらの成分からなるものを挙げることがで
きる。また、本発明で用いられるナイロン４６の製造方
法は任意である。たとえば特開昭５６−１４９４３０号
公報、特開昭５６−１４９４３１号公報、特開昭５８−
８３０２９号公報および特開昭６１−４３６３１号公報
などで開示された方法、つまりまず環状末端基が少ない
プレポリマ−を特定の条件下で製造した後、これを水蒸
気雰囲気下で固相重合して高粘度ナイロン４,６を調製
する方法あるいは２-ピロリドンやＮ-メチルピロリドン
などの極性有機溶媒中で加熱してそれを得る方法などが
ある。ナイロン４,６の重合度については特に制限はな
いが、２５℃、９６％硫酸中、１ｇ／ｄｌにおける相対
粘度が２.０から６.０の範囲内にあるナイロン４６が好
ましく用いられる。上記ポリアミド樹脂の本発明組成物
組成物における配合量は９８〜３５重量％であり、好ま
しくは９３〜３５重量％、さらに好ましくは８８〜５０
重量％である。ポリアミド樹脂の配合量が３５重量％未
満では樹脂組成物の機械的性質の低下が著しく、９８％
を越える場合には摺動特性の改良効果が少ない。

【０００６】本発明で用いられる（Ｂ）炭素繊維として
は、例えばポリアクリロニトリルフィラメント、レーヨ
ンフィラメントまたは石油ピッチを焼成して得られる炭
素繊維であり、特にポリアクリロニトリルフィラメント
からのものが好ましい。これらの炭素繊維はオゾンまた
は電解酸化などにより表面処理し、エポキシ樹脂、ポリ
アミド樹脂などの収束剤で処理したものが好ましい。そ
の繊維径は０．１〜３０μの範囲が好ましく、さらに好
ましくは１〜２０μであり、繊維長は０．１〜２０ｍ
ｍ、好ましくは、０．５〜１０ｍｍである。成形品中の
炭素繊維の平均繊維長は５０〜３００μが好ましく、さ
らに好ましくは１００〜１０００μ、アスペクト比１０
〜１００のものが好ましい。上記炭素繊維の本発明組成
物における配合量は１〜５０重量％であり、好ましくは
３〜４０重量％、さらに好ましくは５〜２０重量％であ
り、配合量が４０重量％を超えると、二軸押出機による
ペレット化がむづかしく、添加量が５重量％未満では、
樹脂組成物の機械的強度が充分でない。

【０００７】本発明で用いられる（Ｃ）フルオロカーボ
ン重合体の例としてはポリテトラフルオロエチレン、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、ポリトリクロロフルオロエチレン、テトレラフル
オロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共
重合体などがあげられるが、特にポリテトラフルオロエ
チレン（以下ＰＴＦＥと略す）が好ましい。ＰＴＦＥの
中でも平均粒子径は３０μ以下のものが好ましく、さら
に好ましくは２０μ以下である。上記フルオロカーボン
重合体の本発明組成物における配合量は０．５〜３０重
量％であり、好ましくは２〜２５重量５、さらに好まし
く３〜２０重量％である。フルオロカーボン重合体の配
合量が３重量％未満では自己摩耗量、動摩擦係数の改良
効果が充分でなく、２５重量％を越えると機械的強度の
低下が著しく好ましくない。本発明で用いられる（Ｄ）
高密度ポリエチレン（以下ＨＤＰＥと略す）としては特
に制限がないが、エチレンを中圧法（３０〜気圧の条件
下）または低圧法（常圧で１００℃以下の条件下）にて
得られるもので密度が０．９３ｇ／ｃｍ³以上のものが
通常用いられる。

【０００８】上記ＨＤＰＥとしては粉末状、ペレット状
のいずれも用いることができ、その分子量としては５０
０００以上のものが好ましい。分子量が５００００以上
になると組成物の押出機における混合過程、あるいは射
出成形時に剪断応力により変形され薄層化、フィルム状
化するのを防ぐことができ、成形品表面でのＨＤＰＥの
剥離を防ぐことができる。上記ＨＤＰＥの本発明組成物
における配合量は０．５〜３０重量％であり、好ましく
は１〜１５重量％、さらに好ましくは２〜１０重量％で
ある。ＨＤＰＥの配合量が０．５重量％未満では摺動特
性の改良が充分でなく、３０重量％を越えると機械的強
度の低下が著しい。本発明のポリアミド樹脂組成物に
は、その成形性、物性を損なわない限りにおいて他の成
分、例えば顔料、染料、炭素繊維及び芳香族ポリアミド
繊維以外の充填材、熱安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収
剤、滑剤、結晶核剤、離型剤、可塑剤、難燃剤、帯電防
止剤、その他重合体などを添加することができる。

【０００９】本発明のナイロン４．６樹脂組成物の配合
方法は特に制限されるものではなく、通常の公知の方法
を採用することができる。すなわち本発明の組成物の成
分（Ａ）〜（Ｅ）をペレット、粉末、細片状態などで、
高速攪拌機などを用いて均一混合した後、充分な混練能
力のある１軸または多軸の押出機で溶融混練する方法お
よびバンバリーミキサー等のインターナルミキサーを用
いて溶融混練する方法が最も一般的である。

【００１０】〔実施例および比較例〕以下、実施例およ
び比較例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発
明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例お
よび比較例中の諸物性は以下の測定法によった。摩擦・摩耗試験鈴木式摩擦・摩耗試験機を用い、相手材としてアルミ材
を用いた。試験片は外径２５．６ｍｍ、内径２０．０ｍ
ｍ、高さ１５ｍｍの中空円筒状試験片を用い、相手材も
同様のものを用い、以下の摩擦・摩耗特性を評価した。
摩擦・摩耗試験は室温及び１３０℃の両方で評価した。

【００１１】（イ）動摩擦係数荷重１０ｋｇ（面圧５ｋｇｆ／ｃｍ₂）、速度１０ｃｍ
／ｓの条件で測定した。（ロ）自己摩耗量（比摩耗量）荷重１０ｋｇ（面圧５ｋｇｆ／ｃｍ₂）、速度１０ｃｍ
／ｓ、摩擦距離４ｋｍ（摩擦時間１１ｈｒ）した後の樹
脂試験片重量の減少を測定し、以下に掲げる式（１）よ
り算出される比摩耗量で定義した。

【００１２】（ハ）相手材（アルミニウム）摩耗量荷重１０ｋｇ（面圧５ｋｇｆ／ｃｍ₂）、速度１０ｃｍ
／ｓ、摩擦距離４ｋｍ（摩擦時間１１ｈｒ）した後のア
ルミ材試験片重量の減少を測定した。引張試験ＡＳＴＭＤ６３６に従って測定した曲げ試験ＡＳＴＭＤ７９０に従って測定した。アイゾッド衝撃強さＡＳＴＭＤ２５６に従って、厚み１／８インチ、ノッ
チ付きで測定した。熱変形温度ＡＳＴＭＤ６４８（荷重１．８５ＭＰａ）に従って測
定した。疲労寿命電気サーボ式疲労試験機及びダンベル型試験片を用い
て、最小応力０ｋｇｆ／ｃｍ２、最大応力８００ｋｇ
ｆ／ｃｍ２、室温環境で引張−引張り疲労試験を行い、
破断までのサイクル数を求めた。使用した配合原料は以
下の通りである。ナイロン４、６：オランダ国、ＤＳＭ社製、スタニール
ＫＳ３００（相対粘度３．５、９６％硫酸、濃度１ｇ／
ｄｌにおいて測定）炭素繊維：東邦レーヨン（株）社製、ベスファイトＨＴ
Ａ−Ｃ６−ＮＲＳ（ＰＡＮ系炭素繊維、繊維径７μ、繊
維長６ｍｍ）フルオロカーボン重合体：ＰＴＦＥ旭硝子（株）製、フルオンＬ−１６９Ｊ（ポリテトラ
フルオロエチレン粉末、平均粒子径５μ）

【００１３】高密度ポリエチレン：三井石油化学工業
（株）製、Ｈｉ−Ｚｅｘ３３００ＦＰ（平均分子量５５
０００、平均粒子径３０μ）実施例１〜３、比較例１〜４表１に示す配合処方で、各成分をヘンシェルミキサーを
用いて混合した後、約３００℃の温度で２軸押出機を用
いて溶融混練しペレット状組成物を得た。得られたペレ
ットを、除湿乾燥機で８０℃、２４時間乾燥し、ペレッ
ト中の水分が０．０５％以下であることを確認した後、
射出成形によりシリンダー温度３２０℃、金型温度８０
℃の条件で物性測定用試験片を成形し、測定に供した。
結果を表１に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】実施例１〜３はいずれも、優れた機械的特
性及び高い熱変形温度（耐熱性）を示し室温／高温にお
いて動摩擦係数が低く、比摩耗量、相手材摩耗量が小さ
い、。比較例１は本発明のフルオロカーボン重合体およ
び高密度ポリエチレンが添加されていないために室温、
高温ともに動摩擦係数、比摩耗量及び相手材摩耗量が大
きい。比較例２は本発明のフルオロカーボン重合体が添
加されていないため、室温、高温ともに動摩擦係数、比
摩耗量及び相手材摩耗量が大きい。比較例３は本発明の
高密度ポリエチレンが添加されていないため、室温、高
温ともに動摩擦係数、比摩耗量及び相手材摩耗量が大き
い。比較例４は本発明の炭素繊維が添加されていないた
め機械的強度、熱変形温度、耐疲労性に劣る。比較例４
は炭素繊維の添加量が特許請求の範囲より大きいため
に、二軸押出機におけるペレット化ができず、物性測定
できなかった。。

【００１６】

【発明の効果】実施例で具体的に示したように、本発明
は（Ａ）ポリアミド樹脂９８〜３５重量％（Ｂ）炭素繊
維１〜４０重量％（Ｃ）フルオロカーボン重合体０．５
〜２５重量％（Ｅ）高密度ポリエチレン０．５〜１５重
量％からなる、機械的特性、耐熱性に優れ、摺動特性、
特に高温使用時において動摩擦係数が小さく自己摩耗量
及び相手材摩耗量の少ないポリアミド樹脂組成物を提供
するものである。したがって、本発明のポリアミド樹脂
組成物は高温環境下で使用される軸受け、スライダー、
ギヤ等の摺動部材に好適なものである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）ポリアミド樹脂９８〜３５重量
％、（Ｂ）炭素繊維１〜５０重量％、（Ｃ）フルオロカ
ーボン重合体０．５〜３０重量％および（Ｄ）高密度ポ
リエチレン０．５〜３０重量％〔ただし（Ａ）＋（Ｂ）
＋（Ｃ）＋（Ｄ）＝１００重量％〕から成るポリアミド
樹脂組成物