JPH1180481A - 四フッ化エチレン樹脂組成物及びそれからなる摺動部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の充填剤を配合した四フッ化エチレン樹
脂組成物では不十分であった無潤滑条件や水潤滑条件下
での耐摩耗性を改善し、かかる潤滑条件下でも優れた耐
摩耗性を有する四フッ化エチレン樹脂組成物を提供し、
無潤滑または水潤滑される摺動部材に適用する。 【解決手段】四フッ化エチレン樹脂５０〜９７重量％と
反応性のメチロール基を含有するプレポリマーの硬化に
よりなるフェノール樹脂３〜３３重量％が配合された四
フッ化エチレン樹脂組成物とする。また、かかるフェノ
ール樹脂として粒子状で平均粒子径が１〜２００μｍの
ものを使用する。また、上記四フッ化エチレン樹脂組成
物に対して、更に炭素繊維を配合して耐クリープ性や寸
法安定性の改善を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種機器類の摺動部
材、特に無潤滑あるいは水潤滑条件下で使用される摺動
部材に適用される四フッ化エチレン樹脂組成物及びそれ
からなる摺動部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】四フッ化エチレン樹脂は優れた低摩擦特
性を有していることから、無潤滑でも使用可能な摺動部
材に適用されている。例えば、各種機器類のすべり軸
受、ピストンリング、ロッドパッキン等に用いられる
が、多くの場合、これらの摺動部材は荷重支持の役割を
担うため、耐摩耗性が要求される。ところが、四フッ化
エチレン樹脂は樹脂単独では十分な耐摩耗性を有しない
ため、これらの摺動部材に適用される場合には、各種の
充填剤を配合した組成物とすることにより、耐摩耗性の
改善が図られている。その場合に用いられる充填剤とし
ては、ガラス繊維、ガラスビーズ、カーボン、炭素繊
維、グラファイト、二硫化モリブデン、黄銅、ブロン
ズ、酸化鉛、モリブデン等の無機充填剤や、芳香族ポリ
エステル、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド、芳
香族ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン等の耐熱
性有機高分子の粒子または繊維からなる有機充填剤があ
る。

【０００３】一方、四フッ化エチレン樹脂は良好な耐薬
品性と適度な柔軟性、非粘着性というシール材としての
適性も備えており、シール材を兼ねた摺動部材にも適用
されている。例えば、油圧機器の摺動部シールリングや
不活性ガスを熱媒体とした空調機器の無潤滑コンプレッ
サーのピストンリング等に用いられる。前者において
は、摺動部は油圧油により潤滑され、シールする対象は
油圧油である。後者においては、摺動部は無潤滑、シー
ルする対象は不活性ガスである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記のような
従来の充填剤の配合された四フッ化エチレン樹脂組成物
においては、耐摩耗性の改善は必ずしも十分ではなく、
無潤滑で使用される摺動部材や、水潤滑される摺動部
材、例えば、自動車の冷却系や食器洗浄機等において水
シール性を要求される摺動部材に適用された場合には、
摩耗が大きくなり、摺動部材やシール材としての寿命が
短いという問題がある。とくに、水潤滑摺動条件下にお
いては四フッ化エチレン樹脂組成物の摩耗は極めて著し
く、例えば、四フッ化エチレン樹脂に対して一般的な充
填剤であるガラス繊維を配合した四フッ化エチレン樹脂
組成物においては、摩耗係数が無潤滑のときの約１００
０倍となる異常摩耗が生じること、カーボングラファイ
トが２５重量％配合された四フッ化エチレン樹脂組成物
や、炭素繊維が１０重量％配合された四フッ化エチレン
樹脂組成物においても、水潤滑条件での摩耗係数は無潤
滑条件の数倍程度となることが知られている。

【０００５】ところで、従来の充填剤を用いて四フッ化
エチレン樹脂組成物の耐摩耗性を改善する手段として
は、単純にその配合割合を多くするという方法が考え得
る。ところが、一般に四フッ化エチレン樹脂組成物にお
いては、充填剤の配合割合を多くすると、組成物の引張
り特性が低下する傾向があるため、摺動部材間の摩擦に
より摺動部材が受ける引き伸ばし作用により摺動部材が
破壊し易くなるという問題がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明では四フッ化エチレン樹脂５０〜９７重量
％、メチロール基を含有するプレポリマーの硬化により
なるフェノール樹脂３〜３３重量％が配合された四フッ
化エチレン樹脂組成物を採用する。

【０００７】また、上記四フッ化エチレン樹脂組成物に
おいて、メチロール基を含有するプレポリマーの硬化に
よりなるフェノール樹脂が粒子状であって、その平均粒
子径が１〜２００μｍである組成物を採用することもで
きる。

【０００８】また、上記四フッ化エチレン樹脂に対して
更に炭素繊維が１〜２０重量％配合された四フッ化エチ
レン樹脂組成物を採用することもできる。

【０００９】上記四フッ化エチレン樹脂組成物を摺動部
材とすると、耐摩耗性の良好な摺動部材が得られる。

【００１０】また、上記の摺動部材は、水潤滑条件下で
使用されても、耐摩耗性が良好で、長寿命の摺動部材と
なる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の詳細を述べる。ま
ず、本発明に用いられる四フッ化エチレン樹脂は公知の
樹脂であり、テトラフルオロエチレンを繰返し単位とす
る重合度１万〜１０万の重合体で、従来より使用されて
いるものが用い得るが、実用的には、成形用粉末で、緻
密な成形物の得られる平均粒子径が１０〜５０μｍ、特
に２０〜４０μｍであるものが好ましい。

【００１２】一方、本発明に用いられるメチロール基を
含有するプレポリマーの硬化によりなるフェノール樹脂
とは、フェノール核がメチレン基で連結された構造等、
フェノール樹脂に特徴的な構造から成り立つ溶融性高分
子をプレポリマーとして、それが架橋されることにより
三次元構造化されてなるフェノール樹脂であり、しか
も、かかるプレポリマーがフェノール核上フェノール性
水酸基のオルト位又はパラ位に結合した反応性のメチロ
ール基を有することにより、ヘキサメチレンテトラミン
等の硬化剤の添加なしに、自己のメチロール基の反応に
より架橋がなされるものである。具体的には、例えばメ
チロール基含有量がフェノール核１個当たり０．０５〜
０．１５個、重量平均分子量が５０００以上のプレポリ
マーが熱硬化されてなるフェノール樹脂である。

【００１３】本発明の四フッ化エチレン樹脂組成物の耐
摩耗性は、メチロール基を含有するプレポリマーの硬化
によりなるフェノール樹脂の配合割合が大きくなる程改
善される傾向があるが、一方、その引張り特性はかかる
フェノール樹脂の配合割合が大きくなる程低下する傾向
がある。そのため、耐摩耗性と共に良好な引張り特性を
有する組成物を得るには、四フッ化エチレン樹脂５０〜
９７重量％、メチロール基を含有するプレポリマーの硬
化によりなるフェノール樹脂３〜３３重量％とするのが
好ましく、特に四フッ化エチレン樹脂７０〜９７重量
％、メチロール基を含有するプレポリマーの硬化により
なるフェノール樹脂３〜２３重量％とするのが好まし
い。

【００１４】また、本発明の四フッ化エチレン樹脂組成
物の耐摩耗性は、メチロール基を含有するプレポリマー
の硬化によりなるフェノール樹脂の平均粒子径が小さい
程改善される一方、その引張り特性はかかるフェノール
樹脂の平均粒子径が小さくなる程低下する傾向がある。
そのため、耐摩耗性と共に良好な引張り特性を有する組
成物を得るには、メチロール基を含有するプレポリマー
の硬化によりなるフェノール樹脂の平均粒子径を１〜２
００μｍとするのが好ましく、特に１０〜５０μｍとす
るのが好ましい。

【００１５】また、本発明の四フッ化エチレン樹脂組成
物には、耐クリープ性や寸法安定性をも改善するため
に、前述の四フッ化エチレン樹脂とメチロール基を含有
するプレポリマーの硬化によりなるフェノール樹脂が配
合された四フッ化エチレン樹脂組成物に対して更に炭素
繊維を配合してもよい。この場合、炭素繊維はその材質
を特に制限することなく、ピッチ系、ＰＡＮ系、カーボ
ン質、グラファイト質のいずれであってもよく、平均繊
維径５〜３０μｍ、平均繊維長１００〜４００μｍ、好
ましくは平均繊維径１０〜２０μｍ、平均繊維長１００
〜２００μｍのものが使用でき、その配合割合は１〜２
０部とするのが好ましい。また、四フッ化エチレン樹脂
７０〜８７重量％、メチロール基を含有するプレポリマ
ーの硬化によりなるフェノール樹脂１０〜２０重量％、
炭素繊維３〜１０重量％の組成物とするのが特に好まし
い。

【００１６】本発明の四フッ化エチレン樹脂、メチロー
ル基を含有するプレポリマーの硬化によりなるフェノー
ル樹脂、炭素繊維等が配合された四フッ化エチレン樹脂
組成物を得るには、各成分を所定の配合割合で配合した
原料混合物を、従来から行われている四フッ化エチレン
樹脂組成物成形の周知の条件で成形・焼結すればよい。
例えば、ヘンシェルミキサーなどの混合機により各成分
を乾式混合して原料混合物とし、これを金型に入れて常
温で４００〜１０００ｋｇ／ｃｍ² の圧力を加え予備成
形した後、金型から取出した圧縮成形体を３６０〜４０
０℃で焼結する方法などがある。

【００１７】ところで、本発明の四フッ化エチレン樹脂
組成物を得るには、原材料として、メチロール基を含有
するプレポリマーの硬化によりなるフェノール樹脂の代
わりに、硬化前のかかるプレポリマーを使用してもよ
く、その場合、四フッ化エチレン樹脂の溶融温度での焼
結過程において、メチロール基を含有するプレポリマー
は硬化されたフェノール樹脂に転化する。

【００１８】本発明の四フッ化エチレン樹脂組成物は、
所望の形状に切削加工することにより、各種潤滑条件で
使用する摺動部材とすることができる。

【００１９】

【実施例】以下に本発明の実施例を示して本発明を具体
的に説明する。

【００２０】実施例及び比較例に使用した原材料は、四
フッ化エチレン樹脂粉末（平均粒子径３５μｍ）、メチ
ロール基を含有するプレポリマーの硬化によりなるフェ
ノール樹脂粉末（平均粒子径２０μｍ）、炭素繊維（平
均繊維径１４．５μｍ、平均繊維長１３０μｍ）、グラ
ファイト粉末（平均粒子径３０μｍ）、ポリエステル樹
脂粉末（平均粒子径１５μｍ）である。以上の各成分粉
末を表１に示した配合割合で配合し、ヘンシェルミキサ
ーを使用して乾式混合し原料粉末とした後、金型に入れ
て６００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で予備成形し、これを３６
５℃×３時間の焼結条件で焼結して成形体とした。この
成形体から、以下に記した試験方法に用いる所定の形状
及び寸法の試験片を作製した。

【００２１】

【表１】

【００２２】無潤滑摩耗試験及び水潤滑摩耗試験は、図
１に概略を示した回転動摩耗試験機を使用し実施した。
試験条件は、圧力４０ｋｇｆ／ｃｍ^２、速度４００ｍ／
ｍｉｎ、相手材ＳＵＳ３０４、試験時間４８時間、摩耗
温度は常温とした。無潤滑条件、水潤滑条件とも、試料
の質量減少（ｍｇ）を測定し、これを摺動部面積（ｃｍ
^２）と試料の比重（ｇ／ｃｍ３）を用いて摩耗深さ（μ
ｍ）に換算し、評価に用いた。

【００２３】引張り試験は、組成物成形体から切削して
作製した１．２ｍｍ厚のシートより打抜いたＡＳＴＭ
Ｄ １４５７マイクロダンベル片を試料とし、引張り速
度５０ｍｍ／ｍｉｎにて引張り強度と伸びを測定し、評
価に用いた。

【００２４】上記摩耗試験及び引張り試験の結果を表２
に示した。

【００２５】

【表２】

【００２６】無潤滑条件の場合については、実施例１と
比較例１から、実施例では耐摩耗性、引張り特性共に改
善されていることが分かる。

【００２７】水潤滑条件の場合については、実施例３と
比較例２から、実施例で耐摩耗性が大きく改善されてい
ることが分かる。引張り特性については、引張り強度は
同程度だが、伸びに関して実施例はより良好である。

【００２８】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、四フッ化エチレン樹脂とメチロール基を含有するプ
レポリマーの硬化によりなるフェノール樹脂が配合され
た四フッ化エチレン樹脂組成物を採用することにより、
無潤滑条件や水潤滑条件でも優れた耐摩耗性を有する樹
脂摺動部材が得られ、また、その効果はメチロール基を
含有するプレポリマーの硬化によりなるフェノール樹脂
の配合割合や平均粒子径を所定範囲とすることにより、
より顕著となる。また、かかる四フッ化エチレン樹脂組
成物に対して更に炭素繊維を配合し、耐クリープ性や寸
法安定性の向上を図ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】回転摺動摩耗試験機の概略を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 可変モータ ２ おもり ３ 試料 ４ 相手材 ５ 試料ホルダ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】四フッ化エチレン樹脂５０〜９７重量％、
   メチロール基を含有するプレポリマーの硬化によりなる
   フェノール樹脂３〜３３重量％が配合された四フッ化エ
   チレン樹脂組成物。
2. 【請求項２】メチロール基を含有するプレポリマーの硬
   化によりなるフェノール樹脂は、粒子状であって、その
   平均粒子径は１〜２００μｍである、請求項１に記載の
   四フッ化エチレン樹脂組成物。
3. 【請求項３】上記四フッ化エチレン樹脂組成物に対して
   更に炭素繊維が１〜２０重量％配合された、請求項１ま
   たは請求項２に記載の四フッ化エチレン樹脂組成物。
4. 【請求項４】請求項１〜請求項３に記載の四フッ化エチ
   レン樹脂組成物からなる摺動部材。
5. 【請求項５】水潤滑下で使用される請求項４に記載の摺
   動部材。