JPH09176667A

JPH09176667A - 摺動材組成物

Info

Publication number: JPH09176667A
Application number: JP33351795A
Authority: JP
Inventors: Noboru Masutani; 昇増谷; Keizo Mizobe; 敬三溝部
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1995-12-21
Filing date: 1995-12-21
Publication date: 1997-07-08

Abstract

(57)【要約】【課題】摺動材の摩擦摩耗条件の限界を示す限界ＰＶ値
が高く、過酷な使用条件下でも充分対応可能な摺動材を
得ることのできる摺動材組成物を提供する。【解決手段】摺動材の形成材料であって、下記の（Ａ）
および（Ｂ）を含有する摺動材組成物である。（Ａ）一分子中にエポキシ基を２個以上有するエポキシ
樹脂を含有するエポキシ樹脂成分。（Ｂ）炭素繊維およびグラファイトの少なくとも一方か
らなる充填材成分。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、油圧装置や建設
機械等の各種機器に組み込んで使用される摺動材の形成
材料である摺動材組成物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、油圧装置や大型重量機械等の各
種機器には、ベアリング、ブッシュ、ピストンリング等
の摺動材が組み込まれるが、これら摺動材には摺動特性
（例えば、低摩擦性、耐摩耗性等）が要求される。

【０００３】そして、このような摺動特性の要求される
用途において、特に過酷な条件で使用される場合は、一
般に、鋳鉄やステンレス、アルミニウム等のような金属
素材を所定形状に加工した摺動材が、ベアリング、ブッ
シュ、ピストンリング等として組み込まれ使用されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、これ
ら機器においても、軽量化やメンテナンス時の部品交換
の容易さの点から上記金属素材からプラスチック化への
変換が要望されている。しかしながら、プラスチック製
摺動材の形成材料として代表的なフッ素樹脂は、その摩
擦摩耗条件の限界を示す限界ＰＶ値（Ｐ：面圧ｋｇ／ｃ
ｍ²、Ｖ：摺動速度ｍ／秒）が１０〜２０ｋｇ／ｃｍ²
・ｍ／秒であり、重量機器のような過酷な条件での使用
に耐えることができない。一方、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等のいわゆるスー
パーエンプラをベースとした摺動材料は、その限界ＰＶ
値が２０〜４０ｋｇ／ｃｍ²・ｍ／秒と上記フッ素樹脂
と比べて比較的高くなるが、コストが高く採算が合わな
かったり、また、上記値を超えたＰＶ値では摩擦熱によ
り溶融する等の問題があった。

【０００５】このように、近年、摺動材のプラスチック
化が要望され、上記のような摺動材料を用いた摺動材が
開発されているが、その限界ＰＶ値が低く、過酷な使用
条件において充分対応できるものが得られていないのが
実情である。

【０００６】この発明は、摺動材の摩擦摩耗条件の限界
を示す限界ＰＶ値が高く、過酷な使用条件下でも充分対
応可能な摺動材を得ることのできる摺動材組成物の提供
をその目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明の摺動材組成物は、下記の（Ａ）および
（Ｂ）を含有するという構成をとる。（Ａ）一分子中にエポキシ基を２個以上有するエポキシ
樹脂を含有するエポキシ樹脂成分。（Ｂ）炭素繊維およびグラファイトの少なくとも一方か
らなる充填材成分。

【０００８】すなわち、本発明者らは、プラスチック製
摺動材において、ＰＶ値が非常に高い摺動材を得るため
に、その形成材料について研究を重ねた。その結果、上
記一分子中に２個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹
脂成分（Ａ成分）と、炭素繊維およびグラファイトの少
なくとも一方からなる充填材成分（Ｂ成分）を用いるこ
とにより、限界ＰＶ値の非常に高い摺動材が得られるこ
とを見出しこの発明に到達した。

【０００９】そして、上記Ａ成分とＢ成分を含有する摺
動材組成物を用いて得られる摺動材の摩擦摩耗条件はＰ
Ｖ値５０ｋｇ／ｃｍ²・ｍ／秒以上となり、非常に過酷
な条件下での使用が可能となる。上記ＰＶ値は、摺動材
の、耐摩耗性を示す指標であり、荷重をＰ（ｋｇ／ｃｍ
²）、摺動速度をＶ（ｍ／秒）とすると、ＰＶ値はＰと
Ｖの積で表される。

【００１０】

【発明の実施の形態】この発明の摺動材組成物は、一分
子中にエポキシ基を２個以上有するエポキシ樹脂を含有
するエポキシ樹脂成分（Ａ成分）と、炭素繊維およびグ
ラファイトの少なくとも一方からなる充填材成分（Ｂ成
分）とを用いて得られる。

【００１１】上記Ａ成分であるエポキシ樹脂成分は、一
分子中にエポキシ基を２個以上有するエポキシ樹脂を含
有するものである。上記一分子中にエポキシ基を２個以
上有するエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノー
ルＡ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ
樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェ
ノールＦ型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ
樹脂等があげられ、これらは単独でもしくは２種以上併
せて用いられる。

【００１２】さらに、上記エポキシ樹脂成分（Ａ成分）
中には、上記エポキシ樹脂以外に、硬化剤が配合され
る。上記硬化剤としては特に限定するものではなく従来
からエポキシ樹脂の硬化剤として用いられるもの、例え
ば、酸無水物、ジシアンジアミド、芳香族ジアミン、フ
ェノール樹脂等があげられる。さらに、これら硬化剤と
ともに、一般的には、硬化促進剤が併用され、上記硬化
促進剤としては、イミダゾール誘導体、尿素誘導体、フ
ッ化ホウ素錯塩類、三級アミン等があげられる。

【００１３】なお、上記エポキシ樹脂成分（Ａ成分）に
は、後述の充填剤（Ｂ成分）はもちろん、それ以外の充
填剤を含有するものではないが、上記エポキシ樹脂、硬
化剤および硬化促進剤以外に、着色を目的とした無機顔
料や有機顔料等の各種添加剤を配合してもよい。

【００１４】上記エポキシ樹脂成分（Ａ成分）におい
て、エポキシ樹脂と硬化剤との配合割合は、つぎのよう
にして設定される。すなわち、エポキシ基１当量に対し
て０．８〜１．２当量の硬化剤が配合される。

【００１５】上記Ａ成分とともに用いられるＢ成分であ
る充填材成分は、炭素繊維およびグラファイトの少なく
とも一方からなるものであり、上記充填材を必須成分と
して配合することにより、高ＰＶ値の摺動材成形用の組
成物が得られるようになる。

【００１６】上記炭素繊維としては、アクリル繊維系、
石油ピッチ系のいずれであってもよく、これらは単独で
もしくは２種以上混合して用いることができる。そし
て、これら炭素繊維の繊維長は、通常、３００μｍ以下
が好ましく、特に好ましくは繊維長５０μｍ以下であ
る。すなわち、炭素繊維の繊維長が３００μｍを超えて
長いと、上記エポキシ樹脂成分（Ａ成分）との均一混合
が困難となり、成形品中にボイドが発生しやすくなり好
ましいものではない。また、上記グラファイトとして
は、天然黒鉛、人造黒鉛のいずれも好適に用いることが
できる。上記グラファイトでは平均粒径が１０μｍ以下
であることが分散性を良くする点から好ましい。そし
て、充填材（Ｂ成分）の配合形態である、両者のいずれ
か一方単独、あるいは両者の併用のうち、特に、耐摩耗
性および低摩擦性の両方の特性を得るという点から、両
者の併用が好ましい。

【００１７】そして、上記充填剤（Ｂ成分）において、
炭素繊維（Ｘ）とグラファイト（Ｙ）の双方を用いる場
合の両者の混合割合（Ｘ／Ｙ）は、重量比で、Ｘ／Ｙ＝
９／１〜５／５の範囲に設定することが好ましく、特に
好ましくはＸ／Ｙ＝８／２〜７／３である。このような
混合割合に設定することにより、耐摩耗性と低摩擦性が
一層顕著となる。

【００１８】そして、この発明の摺動材組成物におい
て、上記充填材（Ｂ成分）の配合割合は、上記エポキシ
樹脂成分（Ａ成分）と充填材（Ｂ成分）の合計量中１０
〜６０重量％（以下「％」と略す）の範囲に設定するこ
とが好ましい。特に好ましくは２０〜４０％である。す
なわち、充填材（Ｂ成分）の配合割合が１０％未満で
は、充填材を配合した作用効果が得られず、また６０％
を超えると、得られる成形品が著しく脆くなるため好ま
しいものではない。

【００１９】さらに、この発明の摺動材組成物において
は、上記炭素繊維およびグラファイトの少なくとも一方
からなる充填材（Ｂ成分）に加えて、他の充填材を用い
てもよい。上記他の充填材としては、例えば、補強用フ
ィラー、摺動性フィラー、導電性フィラー、熱伝導性フ
ィラー、吸着性フィラー、機能性フィラー等があげられ
る。

【００２０】上記補強用フィラーは、摺動材組成物から
得られる摺動材の圧縮強度を向上させるという作用を奏
するものであって、ガラス繊維、アラミド繊維、アルミ
ナ繊維、ボロン繊維、ガラスビーズ、炭化ケイ素ウィス
カー、窒化ケイ素ウィスカー、チタン酸カリウムウィス
カー等があげられる。

【００２１】上記摺動性フィラーは、摩擦係数を下げる
という作用を奏するものであって、二硫化モリブデン、
二硫化タングステン、窒化ホウ素、雲母、芳香族ポリエ
ステル樹脂、シリコーン樹脂、フッ化カルシウム、フッ
化黒鉛、ガラスフレーク、カーボンブラック、青銅等が
あげられる。

【００２２】上記導電性フィラーは、帯電を防止すると
いう作用を奏するものであって、各種金属粉、金属フレ
ーク、金属繊維等があげられる。

【００２３】上記熱伝導性フィラーは、蓄積した熱を放
出するという作用を奏するものであって、酸化ベリリウ
ム、窒化アルミニウム、アルミナ、マグネシウム、チタ
ニア等があげられる。

【００２４】上記吸着性フィラーとしては、気体、液
体、固体を担持するという作用を奏するものであって、
シリカゲル、ゼオライト、タルク、ベントナイト、チタ
ン酸カリウム等があげられる。

【００２５】上記機能性フィラーとしては、新しい機能
を奏するという作用を奏するものであって、炭酸カルシ
ウム、チタン酸バリウム、カオリン、クレー等があげら
れる。

【００２６】上記他の充填材は、単独でもしくは２種以
上併せて用いられる。特に、上記Ｂ成分である充填材と
の好適な組み合わせとしては、成形体である摺動材の用
途等により適宜に設定されるが、例えば、熱放出性とい
う点では、他の充填材のなかでも、窒化アルミニウムま
たはアルミナを用い、これと上記Ｂ成分である充填材と
を組み合わせることが好ましい。そして、上記他の充填
材の配合割合は、Ｂ成分の３０〜６０％に設定すること
が好ましい。

【００２７】この発明の摺動材組成物は、例えば、つぎ
のようにして作製することができる。すなわち、まず、
エポキシ樹脂、硬化剤および硬化促進剤等を含有するエ
ポキシ樹脂成分（Ａ成分）と、炭素繊維およびグラファ
イトの少なくとも一方からなる充填材（Ｂ成分）、なら
びに他の充填材を所定量ミキシングロール、加熱ニーダ
ー等を用いて均一に混練する。つぎに、混練物を粉砕機
で微粉砕した後、室温でタブレット状に成形する。この
ようにして摺動材組成物を作製することができる。

【００２８】そして、このようにして得られたタブレッ
ト状の摺動材組成物を用いて、このタブレットをプレヒ
ートしたものをトランスファー成形機で所定形状に成形
することにより所望の摺動材が得られる。

【００２９】この発明の摺動材組成物を用いて所定形状
に成形された摺動材の、使用される摩擦摩耗条件のＰＶ
値（Ｐ：面圧ｋｇ／ｃｍ²、Ｖ：摺動速度ｍ／秒）は５
０ｋｇ／ｃｍ²・ｍ／秒以上となる。上記ＰＶ値は、面
圧（Ｐ：ｋｇ／ｃｍ²）と、摺動速度（Ｖ：ｍ／秒）の
積算値であって、前述のように、摺動材の耐摩耗性を示
す指標となる。したがって、上記ＰＶ値が高いほど過酷
な条件での使用が可能であると言える。

【００３０】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００３１】

【実施例１】ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂
（エポキシ当量１９５）４４．３重量部（以下「部」と
略す）、硬化剤としてフェノールノボラック樹脂（水酸
基当量１０７）２４．３部、硬化促進剤として１，８−
ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（以下
「ＤＢＵ」という）１．４部からなるエポキシ樹脂成分
７０部に、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維
（直径７μｍ、平均繊維長７０μｍ）３０部を加えて、
ミキシングロール（温度１００℃）で混練して摺動材組
成物を作製した。この摺動材組成物をトランスファー成
形機を用い、１７５℃×７０ｋｇ／ｃｍ²×２分間の条
件で円盤プレート（直径４０ｍｍ×厚み３ｍｍ）に成形
し、ついで１７５℃で５時間キュアーすることにより摩
擦摩耗試験用サンプルを作製した。

【００３２】

【実施例２〜１３、比較例１〜３】エポキシ樹脂成分を
構成する各成分の配合量、および、エポキシ樹脂成分全
体の配合量を下記の表１および表２に示す割合に変え
た。また、Ｂ成分となる充填材（炭素繊維およびグラフ
ァイトの少なくとも一方からなる充填材）および他の充
填材として下記の表１および表２に示す各種充填材を、
同表に示す配合量に設定して用いた。それ以外は実施例
１と同様にして摩擦摩耗試験用サンプルを作製した。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【表２】

【００３５】

【比較例４】ポリテトラフルオロエチレンのモールディ
ングパウダー８０部に、ＰＡＮ系炭素繊維（直径７μ
ｍ、平均繊維長７０μｍ）２０部を加えてヘンシェルミ
キサーで均一混合することにより摺動材組成物を作製し
た。この摺動材組成物を、内径４０ｍｍの円筒状金型を
用いて、上記配合粉末（摺動材組成物）を６００ｋｇ／
ｃｍ²の圧力で成形して予備成形品を作製し、ついで３
７０℃で８時間保持して焼結させた。得られた成形品は
旋盤を用いて厚み３ｍｍに切削加工して摩擦摩耗試験用
サンプル（円盤プレート：直径４０ｍｍ×厚み３ｍｍ）
を作製した。

【００３６】

【比較例５】ポリフェニレンサルファイド７０部に、Ｐ
ＡＮ系炭素繊維（直径７μｍ、平均繊維長７０μｍ）３
０部を加圧ニーダーを用いて均一混練した（３５０
℃）。得られた混練物を粉砕して射出成形により摩擦摩
耗試験用サンプル（円盤プレート：直径４０ｍｍ×厚み
３ｍｍ）を作製した。

【００３７】上記実施例および比較例で作製した円盤プ
レート試料を用いて摺動試験（動摩擦係数、摩耗量の測
定）を行った。その結果を下記の表３〜表５に示す。な
お、上記摺動試験はつぎのようにして実施した。すなわ
ち、松原式摩擦摩耗試験機を用い、相手材として外径２
５．６ｍｍ×内径２０ｍｍ×高さ１５ｍｍの円筒状の鋳
鉄を使用するリング−オン−ディスク方式とし、面圧３
０ｋｇ／ｃｍ²、摺動速度３．５ｍ／秒（ＰＶ値＝１０
５ｋｇ／ｃｍ²・ｍ／秒）、エンジンオイル（＃３０）
存在下にて実施した。そして、動摩擦係数は定常状態に
達した時の値を読み取った。また、摩耗量は５時間連続
摺動させた後の円盤プレートの凹みを表面粗さ計にて測
定し、その減少量（μｍ）を摩耗量として示した。

【００３８】

【表３】

【００３９】

【表４】

【００４０】

【表５】

【００４１】上記表３〜表５の結果から、全実施例品は
比較例品に比べて動摩擦係数が低く、しかも摩耗量がは
るかに少なく耐摩耗性に優れていることがわかる。した
がって、エポキシ樹脂成分と、炭素繊維およびグラファ
イトの少なくとも一方を含有する摺動材組成物により成
形された実施例品は、過酷な使用条件でも充分適用でき
るものであるといえる。

【００４２】

【発明の効果】以上のように、この発明の摺動材組成物
は、一分子中に２個以上のエポキシ基を有するエポキシ
樹脂成分（Ａ成分）と、炭素繊維およびグラファイトの
少なくとも一方からなる充填材成分（Ｂ成分）とを含有
する。このため、この摺動材組成物を用いることによ
り、５０ｋｇ／ｃｍ²・ｍ／秒以上の限界ＰＶ値が非常
に高い摺動材が得られる。したがって、この発明の摺動
材組成物は、例えば、各種機器に組み込まれ、低摩擦性
および耐摩耗性等の摺動特性が要求されるベアリング、
ブッシュ、ピストンリング等の摺動材形成材料として最
適であり、過酷な条件下でも使用可能な摺動材を提供す
ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── 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技術表示箇所Ｃ１０Ｍ 103:02）Ｃ０８Ｌ 63:00 Ｃ１０Ｎ 40:04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記の（Ａ）および（Ｂ）を含有するこ
とを特徴とする摺動材組成物。（Ａ）一分子中にエポキシ基を２個以上有するエポキシ
樹脂を含有するエポキシ樹脂成分。（Ｂ）炭素繊維およびグラファイトの少なくとも一方か
らなる充填材成分。
【請求項２】（Ｂ）の配合割合が、（Ａ）と（Ｂ）の
合計量中１０〜６０重量％の範囲に設定されている請求
項１記載の摺動材組成物。