JPH08501328A - エラストマー強靭化耐摩耗性組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリオレフィン、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリアセタール、ナイロン、ポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキサイドおよびポリエーテルエーテルケトンからなる群から選ばれる少なくとも２つの異なるポリマーのブレンドと、約５０，０００ｐｓｉ未満の引張弾性率を示す少なくとも１つのエラストマーとを含むポリマー組成物を提供する。選択的にまたは追加的に、エラストマーを少なくとも１つのポリマーでグラフトすることで機能化させてもよい。本発明は、ポリマー複合材料の表面が他の表面に当って、ポリマー複合材料の摩擦および磨耗を来す摩擦学的な摩耗系を、ポリマー組成物を溶融混合することによって、ポリマー複合材料の耐摩耗性を改善させることにより製造する方法も提供する。

Description

【発明の詳細な説明】 エラストマー強靭化耐摩耗性組成物発明の分野 本発明は、摩擦学的摩耗系に使用するための強靭性ポリマー組成物、より詳細 にはポリマー組成物の摩耗特性を増強するためポリマー組成物を強靭化すること に関する。発明の背景 従来の摩耗系は、摩擦抵抗を増大させるとともに、可動接触素子間の摩擦損失 を減少させるために、油またはグリースなどの外部滑剤を使用している。しかし 、上述のような外部滑剤はしばしば、周期的に交換しなければならないし、さら に、摩耗表面上に不均等に配分されることがあり、その結果、摩耗系の経費と有 効性の無さとが増加する結果となっている。さらに、従来の外部滑剤は、例えば 、製品の汚染が憂慮される食品加工または写真複製（フォトコピー）の領域では 、歓迎されない。 外部滑剤の必要性は、ポリマー接触素子の使用により減少または除去され得る 。ポリマー素子は、ギアー、カム、ベアリング、スライダ（滑り子）、ラチェッ ト機構（爪車装置）、ポンプ、電気接点およびプロテーゼ（人工補装器）などの ような複雑な形状の部材を成形するために射出成形のような工程によって容易に そして安価に作製し得る。 ポリマー接触素子は、典型的な従来の非ポリマー性接触素子に代わる安価で実 質的に保全不要な代替物を提供する。 ポリマー（高分子）化合物から成形された素子は、衝撃減衰および制振性がより 大きく、軽量で、防食性に優れ、操業騒音が減少され、維持および電力使用が減 少されることを示し、さらに非ポリマー素子以上に設計の自由度を増加させる。 ポリテトラフルオロエチレン、グラファイト、モリブデンジスルフィド、および 種々の油のような内部潤滑剤および強化繊維は、耐摩耗性を増強し、摩擦損失を 減少させるために、ポリマー素子中に含有され得る。しかし、代表的な従来の内 部潤滑剤類は、高価で、加工段階の複雑さと工程の数を増加している。 従来技術は、改善された摺動特性と増大された摩耗抵抗を有する種々の変性ポ リマーについて記載している。例えば、米国特許第４，１７４，３５８号には、 ポリアミドマトリックス樹脂、および少なくとも１つの分技鎖または直鎖の強靭 性ポリマーを有する強靭化熱可塑性樹脂組成物について記載している。そのポリ マーは、エラストマー性または熱可塑性を有する。適切な強靭性ポリマー類の例 は、ブタジエン／アクリロニトリルゴム、スチレン／ブタジエンゴム、ブナゴム 、イソブチレン、イソプレン、天然ゴム、エチルアクリレート、ブチルアクリレ ートゴム等の合成および天然ゴム類を包含する。 米国特許第４，３７１，４４５号には、パートナーの内の少なくとも１つが極 性環状化合物を含有する樹脂である樹脂／樹脂の組合せの摩擦系について記載し ている。少なくも一方の側の分子の環状部分は、少なくとも１つの部位で周期表 中のＶ群またはＶＩ群の原子と直接結合していてもよく、また、環が、Ｖ群また はＶＩ群の原子を含んでいてもよい。選択的補助摺動相手体（パートナー）はポ リアルキレンから成形されてもよい。相手体（パートナー）は、ポリエチレン、 ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレ ンおよびポリビニリデンクロライドの内の２つまたはそれ以上の混合物のような 数種の材料から成っていてよい。 米国特許第５，０３９，７１４号は、ポリスチレン、エラストマー系ポリマー の分散粒子、さらに所望によりポリジメチルシロキサンおよび鉱油および高級脂 肪酸の金属塩類またはアミド類から選ばれた少なくとも１種を含有するゴム変性 ポリスチレン組成物を開示している。エラストマー系ポリマー類は、ポリブタジ エンおよびスチレン−ポリブタジエン共重合体類を含んでいてよい。ゴム変性ポ リスチレンは、スチレン−ブタジエンブロック共重合体類またはポリブタジエン の存在下で、スチレンモノマーを混合し、重合することにより得られる。 米国特許第４，９８７，１７０号公報は、スチレンポリマー、ジメチルシリコ ーン油および無水マレイン酸モノマーまたは無水マレイン酸−スチレン共重合体 を含有するスチレン樹脂組成物を開示している。スチレンポリマーは、ポリブタ ジエン、スチレン−ブタジエンコポリマー、ブタジエン−アクリロニトリルコポ リマー、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合ポリマーおよびブタジエン− アクリレート・コポリマーのようなゴム様ポリマーを用いて変性し得る。例えば 、無水マレイン酸−スチレン共重合体はゴム様ポリマーで変性し得る。本発明の要旨 本発明によれば、摩耗特性が改善され、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポ リエーテルイミド、ポリオレフィン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポ リアセタール、ナイロン、ポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェ ニレンオキシドおよびポリエーテルエーテルケトンからなる群から選ばれた少な くとも２つの異なるポリマーのブレンドと、これらのポリマー類を強靭化するた めの約５０，０００ｐ．ｓ．ｉ．未満の引張弾性率を示す少なくとも１つのエラ ストマーとを含むポリマー組成物が提供される。選択的にまたは追加的に、ポリ マー類の少なくとも１つとグラフトすることでエラストマーを機能化することが できる。そのような組成物は、ポリマー複合材料の一つの表面が別の表面に対し てあたって、そのポリマー複合材料の摩擦および摩耗を引き起こす摩擦学的摩耗 系の素子に使用するための高い耐摩耗性を示す。図面の簡単な説明 前述の要旨を以下の好ましい実施例の詳細な説明とともに添付の図面と結びつ けて読むと、よりよく理解されるであろう。本発明を例示する目的で、図面中に 、現在好適である一実施例を図面で示すが、本発明は記載された特定の構成配置 に限定されるものではない。図中、図１は、ポリエーテルスルホン中のナイロン ６／６の重量パーセントの関数として摩耗係数を示すグラフである。好適な実施例の詳細な説明 本発明のポリマー組成物は、ポリテトラフルオロエチレンまたは炭素またはガ ラス繊維のような変性剤を含有する代表的な従来のポリマー類に対して、同等で あるかまたはより優れた耐摩耗性、より高い耐クラック伝播性、より低い降伏強 度および大きなトランスファフィルム延性を有する。しかし、本発明の組成物は 、上記従来の組成物より高価でなく、しはしは配合するのがより容易で ある。その組成物から形成される素子の意図した用途に応じて、特定のポリマー 類の利点を最適化し、欠点を減少させるポリマーの組合せを選ぶことができる。 本発明の組成物は、機械または家庭用製品に一般に見られるもののような摩擦 学的系用の接触素子を製造するために使用することができる。代表的な摩擦学的 摩耗系において、ポリマー複合物の表面は、鋼のような乾燥しているかまたは滑 剤を施されていない金属表面に対して当接させられる。本発明の摩擦および摩耗 試験に関して、室温（約２３℃）で平均表面粗度Ｒａ＜０．１μおよびロックウ ェル硬度Ｒｃ＞５０を示す鋼を金属表面として使用した。したかって、金属の硬 度Ｒｃ＝５０以上で、ポリマー素子の摩耗率が金属の表面硬さとは無関係になる 。さらに、本発明のポリマー組成物から成形された素子は、乾燥状態で使用する のが好ましい一方、それらの素子は、湿潤条件下または広範な種類の材料、例え は他のポリマー類等と接触して使用されてもよい。 乾燥し、穏やかな荷重条件の下で平滑に接触する摩擦学的系で、ポリマー素子 の第１の摩耗機構は、凝着摩耗である。ポリマーおよび金属部材が荷重運動（例 えば、摺動）接触に置かれると、ポリマー複合材料の表面は、剪断しさらに広が って、金属素子の表面に化学的に付着するポリマー層を形成する、すなわち、ト ランスファーフィルムが金属素子の表面に形成される。凝着摩耗は２つの因子、 すなわち、ポリマー表面上で行われた仕事量および摺動界面の極限耐久性によっ て影響される。ポリマー材料表面の摩耗係数Ｋまたは崩壊率は、ポリマー材料の 表面の新規な層が金属素子との摺動接触により研磨される際に摩耗および続いて 起こるトランスファーフィルムの置換の割合により決定される。 本発明のポリマー組成物は、上記記載のもののように広範な種々の摺動素子に 使用可能な高い耐摩耗性（低い摩耗係数）、高い耐クラック成長性および低い降 伏強度を示す摩擦学的摩耗素子を形成するのに使用することができる。高い耐ク ラック成長性および降伏強度は、素子表面に形成されるトランスファーフィルム の高い延性に寄与する。 本発明のポリマー組成物は、少なくとも２つの異なるポリマーのブレンドを含 有する。 例えば、本発明に有用であるポリマー類は、アクリロニトリル−ブタジエン−ス チレン（ＡＢＳ）、スチレン−アクリロニトリル（ＳＡＮ）およびスチレン−マ レイン酸無水物（Ｓ−ＭＡ）のようなポリスチレン類；ポリカーボネート類；ポ リエーテルイミド類；ポリエチレン（ＰＥ）およびポリプロピレン（ＰＰ）など のポリオレフィン類；ポリスルフォン類；ポリエーテルスルフォン類（ＰＥＳ） ；ポリアセタール類；ナイロン−６、ナイロン−６／６、ナイロン−６／１０、 ナイロン−６／１２のようなポリアミド類；ポリエチレンテレフタレート（ＰＥ Ｔ），ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）およびポリシクロヘキシレンジメ チレンテレフタレート（ＰＣＴ）などのポリエステル類；ポリフェニレンスルフ ィド類（ＰＰＳ）；ポリフェニレンオキサイド類（ＰＰＯ）；およびポリエーテ ルエーテルケトン類（ＰＥＥＫ）を包含する。 当業界で通常の技術を有する者は、２以上の異なるポリマー類、例えは、３ま たは４つの異なるポリマー類のブレンドが使用され得ることを理解するであろう 。ポリマーの組み合わせは、特定のポリマー類の欠点を減少させ、および／また は利点を増大するように、例えば、そりや経費を減少させること、または処 理を容易にするために選択すればよい。例えば、ポリカーボネートおよびＡＢＳ のブレンドはポリカーボネート単独より低い温度でさらに容易に加工し得る。 第１のポリマーに対する第２のポリマーの重量比は、約５：９５から約９５： ５であるべきである。この比率は、混合されるべきポリマーの選択、最適化また は最小化されるべき個々のポリマーの物理的特性、および各ポリマーに関連する 経費等の因子に左右される。好ましくは、その比率は、約２５：７５〜約７５： ２５の範囲、さらに好ましくは、約５０：５０である。したがって、強靭性エラ ストマー（下記記載）は、相対的平衡のとれたポリマーの２成分ブレンドに使用 した場合に、最適な特性を提供するように思われる。 少なくともポリマー類の内の１つが結晶性であるのが好ましく、さらに好まし くは、両ポリマーとも結晶性であるのがよい。一般に、結晶性ポリマー類は、非 結晶性ポリマー類以上に優れた機械特性を示す。表１には、本発明に有用な数種 のポリマー類の代表的な構造を示す。 表１ポリマー 構造 ポリスチレン類 非晶質 ポリカーボネート類 非晶質 ポリエーテルイミド類 非晶質 ポリオレフィン類 非晶質または結晶質 ポリスルフォン類 非晶質 ポリエーテルスルフォン類 非晶質 ポリアセタール類 結晶質 ポリアミド類 結晶質 ポリエステル類 非晶質、半結晶質または結晶質 ポリフェニレンスルフィド類 半結晶質 ポリフェニレンオキサイド類 非晶質 ポリエーテルエーテルケトン類 結晶質 ポリマー類は、当業界の通常の技術を有する者に明白であろう任意の適切な手 段により配合することができる。例えば、ポリマー類は、粉末の形態、さらに好 ましくはペレットの形態であってもよい。ポリマー類は、例えば、静的またはス クリュー／オーガー型混合機によって配合され得る。ポリマー類を、ウエルナー フレイデレル（Werner Pfleiderer）によって商業的に入手し得るような２軸ス クリュー配合押出機、またはイリノイ州、エルク・グローブ・ビレッジのバス（ アメリカ）社から得られるバス・ニーダー混練機中で混合することが好ましい。 本発明のポリマー組成物は、上述のポリマーブレンドと、少なくとも１つの強 靭性エラストマーとの組み合わせである。本発明での使用に適した代表的なエラ ストマー類は、約２０℃未満、さらに好ましくは約−２０℃未満のガラス転移温 度を示す。ここで使用する場合、「エラストマー」の語は、低ガラス転移温度を 示し、高移動度のポリマー鎖を有する非晶質ポリマーを意味すると定義される。 好ましくは、エラストマーは、約５０，０００ｐ．ｓ．ｉ．未満の引張弾性率 を有するのがよい。選択的にまたは追加的に、エラストマーはポリマー類の内の 少なくとも１つとグラフトして機能化されているのが好ましい。 好適なエラストマー類の例は、オレフィン系ゴム類、スチレン系ゴム類、アク リル系ゴム類、エラストマー性ブロック共重合体類、エチレン−プロピレン系ゴ ム類およびポリウレタン類を包含する。機能化エラストマー類の例は、無水マレ イン酸変性エチレンプロピレン（ＭＥＰ）、ＳＡＮでグラフトされたエチレン− プロピレン系ゴム、およびエチレン、エチルアクリレートおよび無水マレイン酸 の三元共重合体を包含する。当業界で通常の技術を有する者は、所望の場合に１ つまたはそれ以上のエラストマー類を本発明に従って使用し得ることを理解する であろう。 例えは、ナイロン６／６、ＰＰおよびＭＥＰの複合材料中で、ＭＥＰの無水マ レイン酸成分はナイロンポリマーとグラフトし、ＭＥＰのエチレンプロピレン成 分は、ポリプロピレンと相溶性である。エラストマーは、ポリマーと結合し、耐 クラック成長性を増加させ、降伏強度を低下させ、さらにポリマー複合材料の移 行層（トランスファーフィルム）の延性を増加させる。 エラストマー類は、例えば、粉末またはペレットの形態であってよい。エラス トマーは、ブレンドされたポリマーペレットに各々添加してもよく、または、ポ リマーおよびエラストマーのペレットを同時に配合してもよい。エラスト マーは、ポリマー複合材料の約２〜約２０重量パーセント、さらに好ましくは、 約５〜約１０重量パーセントを含む。例えば、ポリマー複合材料を形成するため に、ポリマー類およびエラストマー類を２軸混練押出機またはバス社のニーダー によって混合しもよい。 ポリマー複合材料は、例えば、フィラー、強化材類、潤滑剤、着色剤、熱安定 化剤、紫外線安定化剤および加工助剤などの他の添加剤類を含有していてもよい 。このような添加剤の特定の例は、炭素繊維、炭素粉末、ガラス繊維、ガラス粉 末、ガラスビーズ、アラミド繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維、ステンレ ス鋼繊維、セラミック繊維、セラミック粉末、珪灰石（ウオラストナイト）、タ ルク、クレー、マイカ、顔料、ステアレート類、ワックス類、ポリテトラフルオ ロエチレン粉末、モリブデニウムジスルフィドおよびシリコーン油を含む種々の 油類を包含する。 ガラス繊維の添加は、耐クリープ性、熱伝導性を改善し、複合材料の熱歪みを 減少する。炭素繊維は、強度、熱伝導性および耐クリープ性と耐疲労性を増加さ せるために、複合材料に添加し得る。ポリマー複合材用の他の従来の添加剤は、 当業界で通常の技術を有するものにすでに明らかである。 当業界で通常の技術を有する者が、全ての成分を互いに同時に配合（ブレンド ）され得ることは理解するであろうが、ポリマー類およびエラストマー類を配合 した後、ポリマー複合材料に添加剤を混合するのが好ましい。これらの成分は前 述したような従来の２軸スクリュー−押出機またはバス社のニーダー中で混練し てもよい。添加剤は、特定の添加剤および所望の特性に応じて、ポリマー複合材 料の約６０重量パーセントまで含有していてもよい。 本発明の複合材料は、その複合材料の表面が、金属表面のような別の表面に当 接する場合のように、他の先行技術の複合材料と同様に同じタイプの用途に使用 することができる。本発明の複合材料は、上述の状況下において、低摩耗係数を 含め、同様であるかまたはより優れた摩耗特性を示す。 本発明では、個々のポリマー成分の利点が他のポリマー成分の欠点を補うポリ マーブレンドを創造し得る。例えは、単独で加工されたナイロンは、そりにしば しば影響される。１つまたはそれ以上の異なるポリマー類、例えばポリプロピレ ンをナイロンに混合することにより、そりは減少されるか、または排除され得る 。増大された強度および熱安定性、減少されたそりなどの促進された物理的特性 ；削減された費用；および成形操作時に減少されたサイクル時間等の簡素化され た加工方法を有する複合材料を形成するために、異なるポリマー類を混合しても よい。 １つまたはそれ以上のエラストマー類をポリマーブレンドに添加することは、 上述の複合材料と他の素子の接触表面との間の摺動摩擦の結果形成される移行層 （トランスファーフィルム）の耐摩耗性と延性の増強と共に、クラック成長に対 するさらに高い耐性と、より低い降伏強度を有する強靭化複合材料を提供する。 本発明を以下の特定はするものの本発明を限定するものでない実施例によって さらに詳細に説明する。特に指示がない限り、全ての百分率（含有率）は、重量 によるものである。 実施例１ ナイロン６／６およびポリプロピレン（ＰＰ）の複合材料を、ナイロン６／６ 〔Ｖｙｄｙｎｅ（商標）２１；ミズーリ州、セントルイスのモンサント・カンパ ニーから入手可能である〕およびポリプロピレン〔バンパーガー ホモポリマー グレード４０４２；ニューヨーク、ニューハイドパークのバンバーガーポリマー ズ・インコーポレイテッドから入手可能である〕の含有率を変化させて、配合す ることによって製造した。無水マレイン酸変性エチレンプロピレン（ＭＥＰ）ペ レット〔Ｅｘｅｌｏｒ（商標） １８０１；テキサス州、ヒューストンのエクソ ン・ケミカル・カンパニーから入手可能である〕；高分子量ＭＥＰペレット〔Ｒ ｏｙａｌ Ｔｕｆ（商標） ４６５Ａ；コネチカット州、ミドルベリーのユニロ イヤル・ケミカル・カンパニーから入手可能である〕；ＳＡＮ−ＥＰゴム〔Ｒｏ ｙａｌ Ｔｕｆ（商標） Ｘ３７２；ユニロイヤル社から入手可能である〕；エ チレン、エチルアクリレートおよび無水マレイン酸の三元共重合体〔ローテイダ ー；Ｌｏｔａｄｅｒ（商標） ４７００；ペンシルバニア州、フィラデルフィア のエルフ・アトケム・ノース・アメリカ社から入手可能である〕を含む、エラス トマー性強化剤の含有率を変化させて、種々のポリマーブレンドと手作業で配合 して、本発明の組成物を形成した。本発明の試験組成物と比較するために、代表 的な従来の変性剤であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粉末〔Ｗｉｔ ｃｏｎ（商標） ＴＬ−１５６；デラウエア州、ウイルミントンのＩＣＩアメリ カスから入手可能である〕を同様のポリマーブレンド類と異なる比率で手作業で 配合した。ガラス繊維（ＧＦ）〔１／８”Ｍａｎｖｉｌｌｅ（商標） ７３１； オハイオ州、トレドのマンビル・セールズ・コーポレーションから入手可能であ る〕を数種の本発明および従来のポリマー組成物類と手作業で配合した。バウナ ー・フレイデレルのＺＳＫ−４０（商標）の２軸スクリュー 押出機で、これらの組成物を押出た。各複合材料の各成分の含有率を表２に示す 。 押出物を粉砕してペレットにし、（ＡＳＴＭＩ型水準に従って）摩耗試験用に ６ｍｍ×６ｍｍ×６ｍｍ立方体に切断された１／４”厚の引張試験片に射出成形 した。「ピン−オン−リング」の乾燥滑り摩耗試験方法に従って各試験片の摩擦 および摩耗試験を行った。各複合材料の摩耗係数〔１０^-16メーター³／ニュート ン・メーター（ｍ³ ／Ｎｍ）の単位で測定された体積当たりの重量損失〕は、ブ レークイン摩耗(break-in wear)とは独立に平衡に達した摩耗速度に基づいてい た。冷間圧延炭素鋼（ロックウエル硬度＞５０）の金属整合面に対し、室温（約 ２３℃）で試験荷重２７ニュートン（Ｎ）、試験速度１メーター／秒（ｍ／ｓ） で、摩耗試験を行なった。回転する硬質金属円板の平均表面粗さ（Ｒａ）は、約 ０．１ミクロン未満であった。約０．７５メガパスカル（ＭＰａ）の見掛接触圧 に対応する約３６ｍｍ² の表示接触面積を使用した。熱平衡が確立した後に、３ ０分または６０分間隔で、質量損失測定の少なくとも６期目以上の安定状態が得 られるまで、質量損失を測定した。摩擦および摩耗試験の結果を表２に示す。各 結果は、同じ試験条件で行った４回の試験操作の平均値である。 結果は、ナイロン６／６単独またはポリテトラフルオロエチレンなどの代表的 な従来の添加剤を含むナイロン６／６−ＰＰブレンドに比べてナイロン６／６− ポリプロピレン・ブレンドを用いるこの発明の複合材料によって、耐摩耗性につ いて相当な改善が達成されたことを示す。 実施番号1は、ナイロン６／６が１００％である組成物で、９０×１０^-16ｍ³ ／Ｎｍの摩耗係数を有することを示す。一方、ナイロン６／６およびポリプロピ レンの５０／５０ブレンドは、１３．０×１０^-16ｍ³ ／Ｎｍの摩耗係数および ０．７０の動摩擦係数を有する（実施番号４）。このブレンドへの５％ＰＴＦＥ の添加は、ナイロン６／６およびポリプロピレンのみのブレンドより低い摩擦係 数および動摩擦係数を有する複合材料を提供した。さらに詳細には、５％ＰＴＦ Ｅを有する複合材料の摩耗係数は、８×１０^-16ｍ³ ／Ｎｍであり、動摩擦係数 は、０．５１であった（実施番号１９）。適切な量のナイロン６／６、ポリプロ ピレンおよびＰＴＦＥに対する１０％のガラス繊維の添加（実施番号２１）は、 １５×１０^-16ｍ³ ／Ｎｍの摩耗係数を有する複合材料を提供し、それは、ナイ ロン６／６、ポリプロピレンおよびＰＴＦＥの複合材料のものより大きい。 特には、本発明による４７．５％ナイロン６／６、４７．５％プロピレンおよ び５％無水マレイン酸変性エチレンプロピレンを有するブレンド（実施番号５） は、先に検討した従来のブレンドより優れた耐摩耗性を有する複合材料を提供す る。さらに詳細には、実施番号５のブレンドの動摩擦係数が約０．５２であり、 摩耗係数は、４×１０^-16ｍ³ ／Ｎｍで、ナイロン６／６およびポリプロピレン ・ブレンドに対してＰＴＦＥ、またはＰＴＦＥおよびガラス繊維の添加によって 得られるものより顕著に低い。 特に、ナイロンはポリプロピレンより約２倍高価である。ナイロンはポリプロ ピレンより低いそりを示す一方、加工するのが困難である。ナイロンとポリプロ ピレンとのブレンドは、これらの障害を釣合わせ、何れか一方のポリマー単独よ り少ないそりと、よりよい成形特性を示し、安価な複合材料を提供する。しかし 、ナイロンとポリプロピレンのみのブレンドはますます厳しい要求の摩擦学的適 用に対して不十分な強度および耐摩耗性を示す。ＰＴＦＥのように強度および耐 摩耗性を増加し得る通常の従来の添加物は、しばしば極端に高価である。したが って、妥当な費用で、衝撃強さ、耐摩耗性を増大させ、高い耐クラック成長性を 示すために、ナイロン６／６およびＰＰのブレンドにエラストマー性強靭化剤、 例えば、ＭＥＰを組み合わせる本発明は、摩擦学の技術における顕著な現状打破 を示す。 実施例２ ナイロン６／６（Ｖｙｄｙｎｅ（商標）２１）およびＰＥＳ（ＩＣＩＶｉｃｔ ｒｅｘ（商標） ＰＥＳ ４１００Ｇ；ＩＣＩ社から入手可能）の含有率を変化 させて配合することでナイロン６／６およびポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ） 複合材料を製造した。試験した各複合材料の組成を表３に示す。ＭＥＰペレット （Ｅｘｅｌｏｒ（商標）１８０１）の含有率を変化させて、ナイロン６／６−Ｐ ＥＳ複合材料と配合し、適切な摩耗試験片を作製した。摩擦および摩耗試験を実 施例１と同様に行った。いくつかの試験片については、ＫＪ／ｍ²で示される体 積強靭性（破断靭性）（Ｇ_1C）を測定した。摩耗中に組成物によって形成された 移行層（トランスファーフィルム）の耐久性は、ポリマー化合物の体積強靭性に 近似し得ると信じられている。体積強靭性および／または動摩擦係数が減少する 場合、摩擦係数の降下も期待される。 図１に最も良く示されるように、ＭＥＰが相溶化剤として働き、本発明のポリ マー複合材料の摩耗係数を減少し、耐クラック成長性を増加し、移行層（トラン スファーフィルム）の延性を増加すると信じられている。摩耗係数における最適 な変化がナイロン６／６とＰＥＳとの約５０／５０ブレンドで観察される。 表３に示されるように、ＰＥＳの１００％組成物（実施番号２６）は、２００ ０００×１０^-16 ｍ³ ／Ｎｍの摩耗係数を示した。ナイロン６／６単独（実施番 号２２）の摩耗係数は９０×１０^-16 ｍ³ ／Ｎｍであった。ＰＥＳは、ナイロン ６／６より遥かに高い摩耗係数を示す一方、ＰＥＳおよびナイロン６／６を組み 合わせてナイロン単独よりよい温度安定性を有する組成物を生成することが望ま しい。ナイロン６／６とＰＥＳの５０／５０ブレンド（実施番号２５）は、２０ ００×^-16 ｍ³ ／Ｎｍの摩耗係数を持つ。 ナイロン６／６およびＰＥＳの５０／５０ブレンドと５％ＭＥＰ（実施番号３ ０）は、低摩耗係数（１２×１０^-16 ｍ³ ／Ｎｍ）のみでなく、高い体積強靭性 および低い動摩擦係数を有する複合材料を提供する。ＭＥＰの含有率を２０％ま で増加する（実施番号３２）と、同等の低摩耗係数、すなわち、１０×１０^-16 ｍ³ ／Ｎｍを示す複合材料を提供する。エラストマー性強靭化剤、例えばＭＥＰ の添加は、さらに強靭性を増加し、したがって、摩擦学的系の素子におけるナイ ロン６／６とＰＥＳとの組成物の有用性を増す。 実施例 ３ ナイロン６／６および高密度ポリプロピレン（ＨＤＰＥ）の複合材料は、ナイ ロン６／６（Ｖｙｄｙｎｅ（商標）２１）およびＨＤＰＥ（Ｄｏｗ（商標）１０ ０６２Ｎ；ミシガン州、ミッドランドのダウ・ケミカル・ユーエスエイから入手 可能）の含有率を変化させて混合して製造した。従来技術のＰＴＦＥ粉末（Ｗｉ ｔｃｏｎ（商標）ＴＬ−１５６）、ガラス繊維（ＧＦ）（１／８”Ｍａｎｖｉｌ ｌｅ（商標）７３１）、および本発明の強靭性エラストマー、すなわち、ＭＥＰ （Ｅｘｅｌｏｒ（商標）１８０１）およびエチレン−プロピレン（ＥＰ）ゴム（ Ｎｏｒｄｅｌ（商標）４１６７；デラウエア州、ウィルミントンのイー．アイ． テュポン・ド・ネイモウス社から入手可能）の含有率を変化させて、ナイロン６ ／６とＨＤＰＥとの組成物に別個に混合し、さらに、試験片を形成し、実施例１ に示したのと同様に試験した。各成分の含有率を表４に示す。 ナイロン６／６単独（実施番号３３）は、９０×１０^-16ｍ³ ／Ｎｍの摩耗係 数を示す。２０％ＰＴＦＥの添加は、代表的な従来の置換であって、７．２×１ ０^-16ｍ³ ／Ｎｍの摩耗係数および０．３５の動摩擦係数を示す複合材料（実施 番号３４）を製造する。ＰＴＦＥの代わりに２０％ＨＤＰＥをナイロン６／６に 添加する場合、得られる複合材料（実施番号３５）の摩耗係数は、５．５×１０^-16 ｍ³ ／Ｎｍであり、さらに（動）摩擦係数は０．２４であり、ＰＴＦＥの複 合材料より低い。ＨＤＰＥの５％を本発明の強靭性エラストマー（すなわち、エ チレン−プロピレンゴム）に置き換えると、得られる複合材料（実施番号３６） の摩耗係数はわずか３．０×１０^-16ｍ³ ／Ｎｍであ る。 ナイロン６／６とＨＤＰＥとの５０／５０ブレンドに５％のＭＥＰを添加する と、１５×１０^-16ｍ³ ／Ｎｍの摩耗係数を示す複合材料（実施番号３７）を製 造し、これはナイロン６／６単独（実施番号３３）の摩耗係数より低い。ナイロ ン６／６およびＨＤＰＥの１０％をガラス繊維で置き換えた場合、得られる複合 材料（実施番号３８）の摩耗係数は、わずか１３×１０^-16ｍ³ ／Ｎｍである。 したがって、本発明の強靭性エラストマーおよびガラス繊維の組合せは、ナイロ ン６／６およびＨＤＰＥのポリマー組成物の摩耗係数を減少させ、強靭性を増加 する。 明らかに、ナイロン６／６およびＨＤＰＥのポリマー組成物に本発明の強靭性 エラストマーを添加することは、上記ポリマー組成物の摩耗係数および摩擦係数 を減少し、強靭性を増加する。 実施例４ ポリカーボネート（ＰＣ）およびポリプロピレン（ＰＰ）またはアクリロニト リル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、またはＰＰおよびアセタールの複合材 料を、ＰＣ〔Ｍａｋｒｏｌｏｎ（商標）Ｍ４０；ペンシルバニア州、ピッツバー グのモーベイ・コーポレーションから入手可能〕、ＰＰ〔Ｂａｍｂｅｒｇｅｒ４ ０４２〕、ＡＢＳ 〔ＡＢＳ３４０（商標）；ダウ・ケミカル社から入手可能〕 、およびアセタール〔Ａｃｅｔａｌ Ｍ９００４（商標）；ニュージャージー州 、サミットのヘキスト・セラニーズ・コーポレーションから入手可能〕の含有率 を変化させて配合することによって製造した。これらの複合材料を、ＰＴＦＥ、 炭素繊維（１８０５ＡＳ（商標）；デラウエア州、ウイルミントンのヘルクレス ・インコーポレイテッドから入手可能）およびガラス繊維のような代表的な従来 の添加剤、および本発明に有用な数種の強靭性エラストマー、例えばＭＥＰ、ア クリルゴム〔Ｐａｒａｌｏｉｄ（商標） ＥＸＬ−３３０１；ペンシルバニア州 、フィラデルフィアのローム・アンド・ハース・コーポレーションから入手可能 〕、ＥＰゴム〔Ｎｏｒｄｅｌ（商標） ４１６７〕、およびＳＡＮ・ＥＰゴム〔 Ｒｏｙａｌ−Ｔｕｆ（商標） Ｘ３７２；コネチカット州、ミッドベリーのユニ ロイヤル・ケミカル・カンパニーから入手可能〕等の含有率を変化させて混合し た。各試験複合材料の組成物を表５および６に示す。摩耗試験片を作製し、実施 例１と同様に試験した。 表５に示されるとおり、ポリカーボネート単独（実施番号４０）は、１５，０ ００×１０^-16 ｍ³ ／Ｎｍの摩耗係数を示す。ポリカーボネートに２０％ＰＴＦ Ｅを添加することは、遥かに低い摩耗係数、すなわち、３４×１０^-16ｍ³ ／Ｎ ｍを示す複合材料（実施番号４３）を提供する。ポリカーボネートに５体積％の ガラス繊維を添加することは、ＰＴＦＥ−充填ポリカーボネートのものより高い 摩耗係数、すなわち、８３×１０^-16 ｍ³ ／Ｎｍを示す複合材料（実施番号５２ ）を提供する。ガラス繊維の含有率が増加した場合、摩耗係数は、表６に示すよ うに摩耗係数が増加する。表５に示されるとおり、ポリカーボネートに１６％の ＰＴＦＥおよび２０重量％のガラス繊維を添加することは、より低い摩耗係数、 すなわち、３．５×１０^-16 ｍ³ ／Ｎｍを示す複合材料（実施番号５０）を提供 する。ポリカーボネートに約２４．７％の炭素繊維を添加することは、ＰＴＦＥ およびガラス繊維の複合材料のものと同様の摩耗係数を示す複合材料（実施番号 ５８）を提供する。 前述の複合材料ブレンドの全ては、比較的高な添加剤、例えば、ＰＴＦＥおよ び炭素繊維等を包含する。本発明において、５％のＭＥＰを有するＰＣおよびＰ Ｐの５０／５０ブレンド（実施番号４６）は、２８×１０^-16 ｍ³ ／Ｎｍの摩耗 係数と、０．２７の動摩擦係数を示す。これらの値は、先述の先行技術のＰＣ／ ＰＰ複合材料のものと同等であるかより低い。ポリプロピレンは同量のポリカー ボネートの費用の約３分の１で得ることができる。ＰＣおよびＰＰの５０／５０ ブレンドへの５％のＭＥＰの添加は、かなり低い費用でポリカーボネートおよび ２０％ＰＴＦＥの複合材料のものより低い摩耗係数を示す複合材料を提供する。 表５は、ＭＥＰが本発明に使用するのに好適なエラストマーであることも示す 。ＰＣとＰＰの５０／５０ブレンドおよび５％のＭＥＰからなる複合材料（実施 番号４６）は、同様のブレンドおよび５％アクリルゴムからなる複合材料（実施 番号４７）より低い摩耗係数および動摩擦係数を示す。より低い摩耗係数値は、 ＭＥＰの機能化無水マレイン酸部分とポリカーボネートとを結合させることに寄 与し得る。 本発明の複合材料は、比較的高価なポリマー類を、安価なポリマー類と結合さ せて、従来の複合材料と同等であるかまたは改善された強度、耐摩耗性およびよ り低いクラック成長を示す複合材料を形成することを可能とする。異なるポリマ ー類の混合は、得られる複合材料の物理的特徴、例えば、強度、そり、温度安定 性および加工容易性等を最適にすることを可能とする。従来の添加剤は、高価で あるものが多く、さらに、ガラス繊維の場合には、追加の加工工程が必要になる ことがある。本発明は、削減された費用で従来のポリマー組成物と同等であ るかまたはより優れた摩耗特性を示す強靭化ポリマー組成物を提供し、それによ って、当業界で長年感じられていた必要性を満足する。 発明の趣旨の範囲から逸脱しない限り、上述の実施例に変化を与えることは、 当業界で習練した者によって明白なものである。したがって、この発明は開示さ れた特定の実施例に限定されるものではないことが理解されるが、付随の請求の 範囲によって提示された本発明の意図および範囲の範囲内での変形を含むことが 意味される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｃ０８Ｌ 9/00 ＬＡＹ 7211−4Ｊ 23/00 ＬＣＢ 7107−4Ｊ 25/00 ＬＥＣ 9166−4Ｊ 35/02 ＬＨＳ 8619−4Ｊ 55/02 ＬＭＤ 7442−4Ｊ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリオレフィン、 ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリアセタール、ナイロン、ポリエ ステル、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキシドおよびポリエーテ ルエテールケトンからなる群から選ばれる少なくとも２つの異なるポリマー類の ブレンドと、 約５０，０００ｐ．ｓ．ｉ．未満の引張弾性率を有し、該ポリマー類を強靭化 する少なくとも１つのエラストマーとを含有する、 荷重運動接触の摩擦学的摩耗系で使用するための高い耐摩耗性、クラック成長に 対する高い耐性および低い降伏強度を有するポリマー組成物。 ２．前記ポリマー類の少なくとも１つが結晶質である請求項１に記載の組成物。 ３．前記ポリスチレンが、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、スチレン −アクリロニトリル、スチレン−無水マレイン酸およびポリスチレンからなる群 から選ばれる請求項１に記載の組成物。 ４．前記ポリオレフィンが、ポリエチレンおよびポリプロピレンからなる群から 選ばれる請求項１に記載の組成物。 ５．前記ナイロンが、ナイロン−６、ナイロン−６／６、ナイロン−６／１０お よびナイロン−６／１２からなる群から選ばれる請求項１に記載の組成物。 ６．前記ポリエステルが、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタ レートおよびポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレートからなる群から選 ばれる請求項１に記載の組成物。 ７．前記ポリマー類が、第１のポリマーおよび第２のポリマーからなり、該第１ のポリマー対該第２のポリマーの割合が約５：９５から約９５：５である請求項 １に記載の組成物。 ８．前記第１のポリマー対前記第２のポリマーの割合が、約５０：５０である請 求項７に記載の組成物。 ９．前記エラストマーが、前記ポリマー類のうちの少なくとも１つとグラフトし て機能化されている請求項１に記載の組成物。 １０．前記エラストマーが、オレフィン系ゴム、スチレン系ゴム、アクリル系ゴ ム、エラストマー性ブロック共重合体およびポリウレタンからなる群から選ばれ る請求項１に記載の組成物。 １１．前記エラストマーが、無水マレイン酸変性エチレンプロビレンである請求 項１に記載の組成物。 １２．前記エラストマーが、前記組成物の約２〜約２０重量パーセントを含有す る請求項１に記載の組成物。 １３．さらに、フィラー、強化材、潤滑剤、着色剤、熱安定化剤、紫外線安定化 剤および加工助剤からなる群から選ばれる添加剤を含有する請求項１に記載の組 成物。 １４．前記添加剤が、炭素繊維、炭素粉末、ガラス繊維、ガラス粉末、アラミド 繊維、オリエチレンテレフタレート繊維、ステンレス鋼繊維、セラミック繊維、 セラミック粉末、珪灰石、タルク、クレイ、マイカ、顔料、ステアレート類、ワ ックス類、ポリテトラフルオロエチレン粉末、モリブデニウムジスルフィドおよ び油の中の少なくとも１つを含む請求項１３に記載の組成物。 １５．前記添加剤が、前記組成物の約６０重量パーセント以下含む請求項１３に 記載の組成物。 １６．ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリオレフィン 、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリアセタール、ナイロン、ポリ エステル、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキサイドおよびポリエ ーテルエテールケトンからなる群から選ばれる少なくとも２つの異なるポリマー 類のブレンドと、 該ポリマー類の少なくとも１つとグラフトするために機能化されてる該ポリマ ー類を強靭化する少なくとも１つのエラストマーとを含有する、荷重運動接触の 摩擦学的摩耗系に使用するため、高い耐摩耗性、クラック成長に対する高い耐性 および降伏強度を有するポリマー組成物。 １７．前記エラストマーが無水マレイン酸変性エチレンプロピレンである請求項 １６に記載の組成物。 １８．ポリマー複合材料の表面が別の表面に対して当接して、ポリマー複合材料 の摩擦および摩耗を引き起こす摩擦学的摩耗系を製造する方法において、 （１）ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリオレフィン 、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリアセタール、ナイロン、ポリ エステル、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキシドおよびポリエー テルエテールケトンからなる群から選ばれる少なくとも２つの異なるポリマー類 と、 （２）約５０，０００ｐ．ｓ．ｉ．未満の引張弾性率を有し、該ポリマー類を強 靭化するエラストマーとを 溶融混合することによって該複合材料の耐摩耗性を改善する摩耗系の製造方法。 １９．前記ポリマー類の少なくとも１つが結晶質である請求項１８に記載の方法 。 ２０．前記ポリスチレンが、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、スチレ ン−アクリロニトリル、スチレン−無水マレイン酸およびポリスチレンからなる 群から選ばれる請求項１８に記載の方法。 ２１．前記ポリオレフィンが、ポリエチレンおよびポリプロピレンからなる群か ら選ばれる請求項１８に記載の方法。 ２２．前記ナイロンが、ナイロン−６、ナイロン−６／６、ナイロン−６／１０ およびナイロン−６／１２からなる群から選ばれる請求項１８に記載の方法。 ２３．前記ポリエステルが、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフ タレートおよびポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレートからなる群から 選ばれる請求項１８に記載の方法。 ２４．前記ポリマー類が、第１のポリマーおよび第２のポリマーからなり、該第 １のポリマー対該第２のポリマーの割合が約５：９５から約９５：５である請求 項１８に記載の方法。 ２５．前記第１のポリマー対前記第２のポリマーの割合が、約５０：５０である 請求項２４に記載の方法。 ２６．前記エラストマーが、オレフィン系ゴム、スチレン系ゴム、アクリル系ゴ ム、エラストマー性プロック共重合体およびポリウレタンからなる群から選ばれ る請求項１８に記載の方法。 ２７．前記エラストマーが、前記組成物中の約２〜約２０重量パーセントを含有 する請求項１８に記載の方法。 ２８．さらに、フィラー、強化材、潤滑剤、着色剤、熱安定化剤、紫外線安定化 剤および加工助剤からなる群から選ばれる添加剤を含有する請求項１８に記載の 方法。 ２９．前記添加剤が、炭素繊維、炭素粉末、ガラス繊維、ガラス粉末、アラミド 繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維、ステンレス鋼繊維、セラミック繊維、 セラミック粉末、珪灰石、タルク、クレイ、マイカ、顔料、ステアレート類、ワ ックス類、ポリテトラフルオロエチレン粉末、モリブデニウムジスルフィドおよ び油の中の少なくとも１つを含む請求項２８に記載の方法。 ３０．前記添加剤が、前記組成物の約６０重量パーセント以下を含有する請求項 ２８に記載の方法。 ３１．前記エラストマーが、前記ポリマーの少なくとも１つとグラフトして機能 化されている請求項１８に記載の方法。 ３２．ポリマー複合材料の表面が別の表面に対して当接して、ポリマー複合材料 の摩擦および摩耗を引き起こす摩擦学的摩耗系を製造する方法において、 （１）ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリオレフィン 、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリアセタール、ナイロン、ポリ エステル、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキシドおよびポリエー テルエテールケトンからなる群から選ばれる少なくとも２つの異なるポリマー類 と、 （２）少なくとも１つのエラストマーであって、該エラストマーが該ポリマーの 少なくとも１つとグラフィトして機能化されている該ポリマー類を強化するエラ ストマーとを 溶融混合することによって該複合材料の耐摩耗性を改善する摩耗系の製造方法。