JPS61185566A - 摺動部材用樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は、耐摩擦性及び耐摩耗性に優れた摺動部材用樹
脂組成物に関する。

さらに詳しくは、本発明は動摩擦係数が低く、相手材料
をも含めた摩耗量の少ない、所謂耐摩耗性に優れ、しか
も機械的強度及び寸法精度に優れた非品性熱可塑性樹脂
組成物に関する。

（発明の技術的背景と問題点） 最近、プラスチック製摺動部材の用途分野は拡大してお
り、従来の金属材料に代わる新素材として有望視されて
いる。しかしプラスチック材料は、摺動部材に望まれる
特性である自己潤滑性に優れている反面、金属材料と比
較して限界Ｐｖ値は抵く、剛性などの機械的強度が劣る
という欠点がある。因に、ここに「限界券Ｐｖ値」とい
うのは、一般に、摺動部材がある一定の荷重（Ｐ）下に
おいて周速度（Ｖ）以上になったとき、材料が融けたり
、焼き付けたりする負荷の限界値を意味する。従って、
軸受などの摺動部品にプラスチックスを適用する場合に
は１強度や剛性などの機械的性質、耐熱性、難燃性、更
には成形品の形状、寸法精度等に優れている以外に、動
摩擦係数が小さく、限界Ｐｖ値が高く、摩耗量が少なく
、しかも相手材料を傷めないという摩擦摩耗特性を備え
た材料であることが望ましい。

ところで、既存の樹脂中、以上の要求に最も近いと思わ
れるのは、非品性熱可塑性樹脂、就中、ポリフェニレン
エーテル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、芳香族ポリ
スルフォン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、オレフィン
・ビニルアルコール共重合体樹脂、ポリアリレート樹脂
（以下、非品性樹脂と略す）等のエンジニアリング樹脂
である。これらの非品性樹脂類は、寸法安定性、耐熱性
、機械的強度、難燃性などの諸点において優れているか
ら、単独で、或はこれらにガラスファイバーを配合した
強化複合材料として、電気部品や自動車部品などの用途
に広く用いられている。

しかしながら、上記非品性樹脂単独又はこれにガラスフ
ァイバーを配合した強化複合材料は、いづれも耐摩擦性
及び耐摩耗性に欠けるため、これらをベアリング、ブッ
シング、キャリッジ等の摺動部材用に適用することは困
難である。そこでこの欠点を改善する目的で試みられた
種々の既往研究の中、例えば非品性樹脂にガラスファイ
バーとポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を配合
する試みは、以上の対摩擦性及び対摩耗性を改良するた
めの努力の一つである。しかしこの公知方法は、限界Ｐ
ｖ値の向上にこそ効果がみられるものの対摩耗性の向上
効果は不充分である。しかもガラスファイバーの使用に
因り樹脂の表面性が悪化するため、樹脂自体の摩耗のみ
ならず、これと摺動する相手材をも摩耗させる、所謂“
かじる°゛という欠点が目立つようになる。

そこで本発明者らは、ガラスファイバーに代えてチタン
酸カリウム繊維（以下、「ＰＴＷ」ともいう）を非品性
樹脂に配合することに、ついて研究を重ねた０本発明者
らの知見によれば、ＰＴＷを非品性樹脂に配合すること
により、機械的強度が向上する以外に、成形品の表面が
平滑となり、かつ異方性も少ないから、摺動特性をある
程度向上させる目的等には有効である。

しかしながら、より詳細に検討してみると、なる程ＰＴ
Ｗの配合により、ガラスファイバー配合樹脂に見られる
摺動相手剤の摩耗は減少するものの、該配合樹脂自身の
摩耗性は余り改善されていないことが判明した。従って
、ＰＴＷ配合樹脂自身の摩耗性を低下させることは、本
樹脂材料を過酷な１８動条件下に適合させるための残さ
れた課題である。

そこで、本発明者は、これまで未解決の問題であったＰ
ＴＷ配合樹脂自体の摩耗性を低下させるという問題につ
いて鋭意研究を続行した結果、ここに、非品性熱可塑性
樹脂に対してＰＴＷ及び粉末状高密度ポリエチレン（以
下、ｒＨＤＰＥＪともいう）の両者を配合することによ
り、上記問題に対する満足な解答が与えられることを見
出した。

因に、ポリアセタール、ポリアミド、ポリエチレンテレ
フタレート及びポリブチレンテレフタレート等の結晶性
熱可塑性樹脂については、これらの結晶性樹脂にＨＤＰ
Ｅを添加して摺動特性を向上せしめる方法が既に特公昭
４６−４１４５６号及び同５６−１５４３４号として謔
知られているが、非品性樹脂についてはまだ知られてい
ない。

（発明の目的） 本発明は、摩擦摩耗特性に優れ、機械的強度が高く、か
つ成形品の寸法精度に優れた好適な？Ｍ動部品用材料を
提供することである。

（発明の構成） 本発明は、以上の記載から察知されるように、非品性熱
可塑性樹脂、チタン酸カリウムウィスカー及び粉末状高
密度ポリエチレンを含むことを特徴とする摺動部材用樹
脂組成物に係る。この木発明摺動部材用樹脂組成物は、
摺動特性が著しく良好であり、その上、強度及び剛性に
も優れ、更に精密成形性に優れているという特長がある
。

一般に、結晶性樹脂は非品性樹脂に比較して自己潤滑性
に優れているので、これにＰＴＦＥ　（ポリテトラフル
オロエチレン）やＨＤＰＥ等の潤滑材を添加することに
よって摺動特性を向上させることはさして難事ではない
が、非品性樹脂の場合は、単にＨＤＰＥを添加するだけ
では限界Ｐｖ値の優れた摺動部品としての適性を備えた
材料を得るのは困難である。しかるに、本発明によりＨ
ＤＰＥに対してＰＴＷを組み合せることにより、意外な
ことに摺動部材としての適性を有する新規複合材料の創
出が可能となった。

本発明で使用される非品性樹脂は、ボリフェニエーデＩ
レ レン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、芳香族ポリスル
フォン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、オレフィン・ビ
ニルアルコール共重合体樹脂及びポリアリレート樹脂か
らなる群より選ばれた少なくとも一種である。ここに「
非晶性樹脂（ａｍｏｒｐｈｏｕｓｐｏｌｙｍｅｒ）Ｊと
は、その構造において主として非晶部からなっているか
、または結晶性部分の少ない構造を有する樹脂を意味す
る。

ポリフェニレンエーテル系樹脂（以下、ｒＰＰＥＪとも
いう）は、単環式フェノール類を重縮合させて得られる
フェニレンエーテル（オキシド）ホモポリマーまたはコ
ポリマーであり、さらにビニル化合物をグラフト共重合
して得られる変性ポリフェニレンエーテル（オキシド）
である、水系樹脂の中、特に好ましいのは、ポリ（２，
６−シメチルー１．４−フェニレン）エーテルにスチレ
ン等のビニル化合物をグラフト共重合した変性ポリフェ
ニレンエーテルであって、このものでは芳香族ポリエー
テル類の長所である耐熱性を生かしたまま、その欠点で
ある成形加工性が改良されいる。なおＰＰＥは、ゼネラ
ルΦエレクトリックカンパニー（ＧＥ社）、三菱瓦斯化
学■又は旭化成工業−より市販されているものをそのま
ま使用できる。

本発明で用いられるポリカーボネート系樹脂は、構造単
位中に炭酸エステル型構造を有する高分子物質であって
、代表的なものとしてポリ−（４，４°−ジオキシジフ
ェニル−２，２−７’ロバンカーボネート）を挙げる゛
ことができる。勿論、本発明においては、ポリカーボネ
ート樹脂と相溶性の良い他のポリマー例えばＡＢＳなど
とのポリマーアロイであってもよい。

本発明で用いられる芳香族ポリスルフォン樹脂は、アリ
レーン単位がエーテル及びスルフォン結合と共に無秩序
に又は秩序正しく位置するポリアリレーン化合物であり
、代表的なものとしてポリエーテルスルフォン、ポリス
ルフォンを挙ケることができる。

本発明の実施に用いられるポリエーテルイミド樹脂は、
米国ＧＥ社が発表した非品性芳香族イミドであって、ｒ
ＵＬＴＥＭ」なる商標名で販売されている。

本発明の実施に用いうるオレフィン・ビニルアルコール
共用合体樹脂は、日本合成化学工業−よりｒＧＬ樹脂」
なる商標名で販売されている。

本発明の実施に用いうるポリアリレート樹脂は、芳香族
ポリエステル樹脂の一種であり、ユニチカ■より「Ｕポ
リマー」、また鐘淵化学■よりｒＮＡＰ樹脂」なる商標
名で夫々版売されている。

一方、本発明に使用されるＰＴＷは、高強度単結晶繊維
であって、Ｋ　Ｏ・ｎ　（Ｔ１０２　）又は、に２０−
　ｎ　（ＴｉＯ２）−３’ｚＨ２０（式中、ｎは２〜８
の整数）なる化学組成を持つ針状結晶である０本発明に
おいては、各種のＰＴＷのうち、平均繊維径０．０１〜
２．０μｓ、平均繊維長５〜１００μｓで、かつ平均繊
維長／平均繊維径（アスペクト比）が１０以上のものが
好ましい、このＰＴＷは、無処理でも使用しうるが、非
品性樹脂との界面接着性をもたせるために、通常、アミ
ノシラン、エポキシシラン、アクリルシランなどのシラ
ンカップリング剤又はチタネートカップリング剤などの
目的に応じた表面処理剤で表面処理されているのが好適
である。

本発明において、ＰＴＷの配合量は、非品性樹脂の補強
効果、特に剛性、耐クリープ性、熱変形温度の向上、限
界Ｐｖ値の向上、更には寸法精度の向上などの点から本
発明組成物の１０〜４０重量％であることが好ましい、
配合量が１０％未満では、機械的強度を充分向上させる
ことができず、一方、４０％を越えて使用しても使用量
に見合う機械的強度の向上は余り認められず、かつ、組
成物の造粒化を難しくする。

本発明に使用されるＨＤＰＥは、エチレンを重合して得
られる密度０．９４ｇ／Ｃ−程度以上のものであるが、
少量のプロピレン、ブテン、ペンテ゛ン、スチレンなど
のエチレンと共重合しうるα−オレフィンとの共重合物
であってもよい。

本発明の目的上、上記ＨＤＰＥは、平均粒子径２００１
以下、分子量５０．０００〜３００．０００のものが好
適である。平均粒子径が２００μｓ以上になると、該Ｈ
ＤＰＥを含む本発明組成物による成形品製面が粗面にな
る他、？ａ動特性も充分には向上しない。また、分子量
が５０．０００以下になると、組成物調製時の混線過程
において、ＨＤＰＥ粒子が剪断応力により変形したり、
薄層化したり又はフィルム状化したりして、粉末粒子状
のまま保持されることができず、また分子量が３００．
０００以上になると、混線過程においてＨＤＰＨの分散
性が不充分となるなど、いずれも↑８動特性の向上に貢
献しなくなる。

本発明組成物において、上記ＨＤＰＨの配合量は、本発
明組成物中２〜１５重量％、さらに好ましくは５〜１０
重量％である。この配合量が２％未満になると、１８動
特性を充分向上させることができず、他方１５％を越え
ると、該組成物を用いた成形品の機械的強度や耐熱性が
低下する傾向がある。

以上の組成物には、必要に応じてタルク、マイカ、ワラ
ストナイトなどのフィラー、ガラス繊維、カーボン繊維
などの補強材、顔料、酸化防止剤、帯電防止剤、滑剤、
熱安定剤、難燃剤、可燃剤及びＰＴＦＥ、二硫化モリブ
デン又はグラファイトなどの潤滑剤を添加してもよい。

本発明の組成物は、例えば次のようにして調製される。

即ち、各構成成分をプレンダなどを用いて均一に混合後
、該混合物を押出機で熔融、混和し、ペレット化する。

このペレットは、射出成形などの慣用成形手段により所
望の部材の形状に成される。

本発明の組成物から作成される↑８動部材としては、ブ
ッシング、ベアリング、スリーブ、スリップシリンダー
、ガイドレール、キャリッジ、スイッチ部品、ギア、カ
ムなどが挙げることができる。

（実施例） 以下、実施例を掲げ発明具体化の実例を述べるが、各例
示は当然説明用のものであって、発明精神の内包・外延
を規定するもので毒はない。

ｍｌ涜」 ユビエースＡＨ６０（変性ＰＰＥ　、三菱瓦斯化学■）
、Ｔｌ５Ｍ０＠Ｄ１０２　（ＰＴＷ、大塊化学り、Ｈ４
−ｚｅｘ３３０ＯＦＦ　（）（ＤＰＥ、三井石油化学工
業■）、０３ＭＡ４９７（ガラスファイバー；旭ファイ
バーグラス■）、フルオンＬ１６９　（ＰＴＦＥ、旭硝
子■）及びスジライトマイカ２００−ＫＬ　（マイカ；
■クラリ）を表−１に示す配合に従って秤量、混合後、
シリンダ一温度２９０°Ｃに設定した４０ｍｍφ押出機
から押出しつつ切断してペレット化した。このペレット
を用いて下記条件で射出成形を行い、物性測定用テスト
ピースを作成した。

）シリンダ一温度：２９０℃ 射出圧カニ　ｌ　、　０００Ｋｇ／ｃ１ｉ′射出時間＝
１０秒 金型温度＝８０℃ 続いて、得られたテストピースの諸物性を下記の方法に
より測定した。

摩擦摩耗試験：鉛末式摩耗試験機（東洋ボールドウィン
■）を使用し、相手材料としては３４５Ｃを用い、全て
無潤滑の状態で摩擦速度３０ｃｍ／秒、荷重１０Ｋｇ／
ｃｆで連続運転し、摩擦距離１０ｋｍに達したときの摩
擦係数及び単位距離当りの摩耗量（比摩耗量及び相手材
比摩耗量）を求めた。また限界Ｐｖ値は摩擦速度（Ｖ）
３０ｃｍ／秒を一定とし、荷重（Ｐ）を変化させて１時
間運転後、摩擦面を観察し、異常な損傷が生じた時点で
判定した。

引張強さ：ＡＳＴＭ　　Ｄ６３８ 曲げ強さ及び曲げ弾性率：ＡＳＴＭ　　Ｄ７９ＨＤＴ：
荷重１８．５　Ｋｇ／　ｄの条件でＡＳＴＭＤ６４８に
従って測定した。

線膨張係数：９０Ｘ５０Ｘ３＋ｍｏの平板（ファンゲー
ト）にて、その成形方向（ＭＤ）と直角方向（ＴＤ）と
について、夫々ストレインゲージ法により求めた。

成形収縮率：前記と同じ平板を用いて、ＭＤとＴＤとに
ついて夫々測定した。

結果は下表−１に示される。

、−一　　−・　−ｍ＝−１」−１絋 上表−１から明らかなように、本発明組成物は、変性Ｐ
ＰＥ単独組成物（比較例１）及び変性ＰＰＥに対しＰＴ
Ｗのみを添加した組成物（比較例２）と比較して、ＨＤ
ＰＨの添加により、動摩擦係数及び比摩耗量が大幅に減
少し。

相手材比摩耗量も少ないことが明らかである。

また変性ＰＰＥに対しＨＤＰＥのみを添加した組成物（
比較例３）と比較して、ＰＴＷの配合により、機械物性
、熱的性質及び寸法精度が大幅に向上していることも明
らかである。

一方、比較例４のガラスファイバー、ＰＴＦＥに代えて
ＰＴＷ、ＨＤＰＥを用いたとき、動摩擦係数、比摩耗量
及び特に相手材比摩耗量が大幅に減少し、また線膨張係
数や成形収縮率の部分的相違に基づく異方性が少なくな
る事実が窺われる。

支上皇」 実施例１と同様にして、ニーピロン５２０００（ポリカ
ーボネート樹脂；三菱瓦斯化学）局）、ピクトレックス
３６００Ｆ　（ポリエーテルスルフォン樹脂；住友化学
株）、ウルテム１０００（ポリエーテルイミド樹脂；エ
ンジニアリングプラスチックスｆ１４）　　、　ＧＬ−
３（オレフィン・ビニルアルコール共重合体樹脂；日本
合成化学工業′１ｌＩ）、Ｕ−１００（ポリアリレート
樹脂；−Ｌ＝千カＵ）、ＴＩ　５Ｍ０−０１０２（前掲
）及びＨｉ−ｚｅｘ３３０ＯＦＦ　（前掲）を下表−３
に示す通り配合してペレットを作成し、このペレットを
用いて成形されたテストピースの物性を測定した。なお
、該組成物の造粒化における混練温度及びテストピース
作成における射出成形条件を下記表−２に、テストピー
スの測定結果を下表−３に示す。

（以下余白） 表−２ （以下余白） 上表−３から明らかなように、本発明組成物陽１〜５に
よる成形品では、非品性樹脂単独組成物の成形品である
比較例ｉｔ〜５と比較して、成形品の＃摩耗性、機械的
物性及びＨＤＴが向上しているのみならず、線膨張係数
及び成形収縮率が減少した結果、寸法精度が大幅に向上
している。特に耐摩耗性については、比較例１〜５のも
のは摩耗が激しく、試験続行が不可能であるか又は比摩
耗量が極めて大であったのに対し、本発明組成物による
成形品では、耐摩耗性が大幅に向上していることが明瞭
である。

（発明の効果） 本発明の摺動部材用樹脂組成物は、摩擦摩耗特性が良好
で、かつ機械的強度が高く、しかも寸法精度に優れた樹
脂成形品を提供しうることにより、性能の優れた各種ブ
ッシング、ベアリング、スリーブ、スリップシリンダー
、ガイドレール、キャリッジ、スイッチ部品、ギア、カ
ム等の製品を通じて産業社会に貢献しうる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）非晶性熱可塑性樹脂、チタン酸カリウムウィスカ
   ー及び粉末状高密度ポリエチレンを含むことを特徴とす
   る摺動部材用樹脂組成物。
2. （２）非晶性熱可塑性樹脂が、ポリフェニレンエーテル
   系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、芳香族ポリスルフォ
   ン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、オレフィン、ビニル
   アルコール共重合体樹脂及びポリアリレート樹脂からな
   る群から選ばれた樹脂である特許請求の範囲第１項記載
   の組成物。
3. （３）チタン酸カリウムウィスカーを１０〜４０％、粉
   末状高密度ポリエチレンを２〜１５％含む特許請求の範
   囲第１項記載の組成物。
4. （４）粉末状高密度ポリエチレンが、平均粒子径が２０
   ０μｍ以下、分子量５０，０００〜３００，０００であ
   る特許請求の範囲第１項又は第３項記載の組成物。