JPS62115062A - 粉末状チタン充てんエラストマ−複合材 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、粉末状チタン充填エラストマー複合材に関す
る。更に詳しくは、チタン金属およびニジストマーを複
合化せしめることにより、両者の性質をそれぞれ改善せ
しめた複合材に関する。

〔従来の技術〕

金属、ガラスなどをエラストマー材料に充填し。

複合化せしめることは、かなり古くから行われており、
これによって増量を兼ねて、機械的強度。

耐熱性、耐紫外線劣化性、摺動特性、寸法精度、安定性
などの向上が図られている。

しかしながら、これらの無機物質をエラストマー材料に
充填すると、弾性係数も急激に上昇し、エラストマー材
料が本来有するエラスチックな性質が失われてしまうこ
とがしばしばみられた。また、摩耗特性についても、す
べり摩耗では効果があってもざらつき摩耗では反対に大
きく摩耗したり、あるいはその逆の場合もあったりして
、満足されるものがなかった。

更に、成形加工面においても、充填される無機物質が硬
いため、射出成形材や押出成形機のスクリューに摩耗、
傷付きなどを発生させ、また液状注型の場合には分散不
良の問題などがみられた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明者は、充填量を増加させた場合でも複合材のエラ
スチックな特性が失われず、しかも成形加工性や各種の
物理的特性を改善せしめる金属充填エラストマー複合材
を求めて種々検討した結果、粉末状チタンと熱可塑性エ
ラストマーなどとを複合化せしめることが、このような
課題を有効に解決せしめるものであることを見出した。

〔問題点を解決するための手段〕

従って、本発明は粉末状チタン充填エラストマー複合材
に係り、この複合材は、熱可塑性エラストマーまたは熱
可塑性以外のポリウレタンエラストマー約２０〜９５重
量部および粉末状チタン約８０〜５重量部よりなる。

熱可塑性エラストマーとしては、例えばポリウレタンエ
ラストマー、ポリエステルエラストマー、ポリアミドエ
ラストマー、ポリオレフィン系エラストマー、塩化ビニ
ル系エラストマー、スチレン−ブタジェン−スチレンブ
ロックコポリマーエラストマー、　ＮＯＲ系エラストマ
ーなどが用いられる。

これらの熱可塑性エラストマーの内、ポリウレタンエラ
ストマーが好んで用いられるので、以下では主としてそ
れについて説明する。

ポリウレタンエラストマーを製造するのに用いられるポ
リオール成分としては、分子量が約５０θ〜３０００、
好ましくは約１５００〜２５００のポリエステルポリオ
ール、ポリエーテルポリオール、アクリルポリオール、
シリコンポリオール、ｌ、４−ポリブタジェンポリオー
ル、１．２−ポリブタジェンポリオール、フェノリック
ポリオール、難燃性ポリオール、ひまし油ポリオールな
どが用いられる。

これらの内、好んで用いられるポリエステルポリオール
としては、アジピン酸、イソフタル酸、テレフタル酸な
どのジカルボン酸とエチレングリコール、プロピレング
リコール、ジエチレングリコール、ブチレンゲリコール
、１，６−ヘキサンジオール、トリメチロールプロパン
、ネオペンチルグリコールなどのポリオールとの縮合反
応生成物、ポリカプロラクトンポリオール、ポリカーボ
ネートポリオールなどが、またポリエーテルポリオール
としては、ポリプロピレングリコール系ポリオールまた
はそのエチレンオキシド変性物、アミン変性物、あるい
はポリオキシテトラメチレングリコールなどがそれれぞ
れ用いられる。

また、他の反応成分たるジイソシアネートとしては、１
．４−テトラメチレンジイソシアネート、■、６−へキ
サメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート
などの脂肪族系ジイソシアネート。

イソホロンジイソシアネート、水添キシリレンジイソシ
アネート、水添４，４′−ジフェニルメタンジイソシア
ネートなどの脂環式系ジイソシアネートまたはキシリレ
ンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、４，
４′−ジフェニルメタンジイソシアネート、トリジンジ
イソシアネート、Ｐ−フェニレンジイソシアネート、■
、５−ナフチレンジイソシアネートなどの芳香族系ジイ
ソシアネートが用いられる。

これら両者の反応の際、反応系には連鎖成長剤を共存さ
せることができ、連鎖成長剤としては、例えば１．４−
ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、２，３−
ブタンジオール、Ｐ−フェニレンジ（β−ヒドロキシエ
チル）エーテル、ｐ−キシリレングリコール、グリセリ
ンモノアリルエーテル、ジメチロールジヒドロピランな
どのグリコール、エチレンジアミン、３．３’−ジクロ
ル−４，４′−ジアミノジフェニルメタン、ジエチルト
ルイレンジアミン、Ｎ、Ｎ　’−ジアミノピペラジンな
どのジアミンまたは水などが用いられる。

これらの各成分を用いてのポリウレタン化反応は、粉末
状チタンの存在下で行なうことができる。

粉末状チタンとしては、ナトリウム法、マグネシウム法
、噴霧法などで製造された純度が９９．０％以上で、不
定形、球状などの形状を有し、約２０〜３５０メツシユ
の粒度を有するものが、そのままあるいは有機チタン系
カップリング剤、液状イソシアネートなどで処理した上
で用いられる。

かかる粉末状チタン存在下でのポリウレタン化反応およ
び複合化は、次のようにして行なうことができ、必要に
応じて発泡させることもできる。

（１）ポリオール成分に粉末状チタンを混合した後、過
剰のジイソシアネートを加えて反応させる。

得られた遊離のジイソシアネートを含有する液状プレポ
リマーに連鎖成長剤を添加し、型内に注入して所定時間
硬化させた後、型から取出し、そのままの形状で、ある
いは粉砕してから射出成形機を用いて加熱溶融後、成形
型内で再成形した状態で、８０〜１２０℃の温度で１５
〜４８時間程度加間熱る。

（２）高分子量のジヒドロキシ化合物、粉末状チタン、
連鎖成長剤およびジイソシアネート（ジヒドロキシ化合
物および連鎖成長剤の両者に存在する官能性基より少な
い当量で用いられる）を混合して、反応させる。この反
応生成物は、貯蔵およびロール加工することができ、後
の段階で他のジイソシアネートと混合することにより架
橋させることができる。このジイソシアネートとして４
．４′−ジフェニルメタンジイソシアネートを使用した
場合には、過酸化物によって架橋することができる。ま
た、不飽和の連鎖成長剤を使用した場合には、イオウ、
ホルムアルデヒドなどで架橋させることができる。

また、ポリウレタンエラストマーを含めた熱可塑性ニジ
ストマーの場合には、押出機またはバンバリーミキサ−
を用いて熱可塑性エラストマーと粉末状チタンとを混合
し、これを加熱溶融後、そのままの状態であるいは用い
られた熱可塑性エラストマーと同一または異なる熱可塑
性エクス１−マーと混練した状態で、射出成形法、押出
成形法、プレス成形法などで成形することにより、目的
とする複合化が達成される。

熱可塑性エラストマー以外には、熱硬化型または混練型
のポリウレタンエラストマーなどが、エラストマー材料
として用いられる。

このようにして製造される複合材は、エラストマー成分
約２０〜９５重量部と粉末状チタン約８０〜５重量部か
ら形成される。粉末状チタンの配合割合がこれより少な
いと目的とする所期の効果が得られず、一方これより多
い配合割合で用いられると。

混合および成形が困難となる。

〔作用〕

製造された複合材は、粉末状チタン特有の微細な空孔を
形成する多孔質体構造中に各種のエラストマーが入り込
んでおり、またチタン金属自体の延伸性から、この入り
込んだエラストマーの変形にチタンが十分に追従するこ
とができるので、結局エラストマーの特性にチタンの特
性が加味された全く新しいタイプのエラスチックな複合
材がそこに形成される。

〔発明の効果〕

本発明に係る粉末状チタン充填エラストマー複合材は、
粉末状チタンの高充填時にもエラスチックな特性や成形
加工性が損われず、従来周知の潤滑材料を用いた場合よ
りも摩擦・摩耗特性や摺動特性が良く、摺動時に相手材
、特に金属相１手材を傷付けないばかりではなく、耐熱
性、耐薬品性を向上させ、電気的特性の付与も可能とす
るなどの好ましい性質を示している。

本発明に係る複合材は、このような性質、例えばチタン
やポリウレタンの良好な生体適合性や耐腐食性を利用し
た医療用機材、チタンの電気伝導性や非磁性化を利用し
た電気・電子関係部品、軽量性や耐摩耗性を利用したス
ポーツ用品、高圧・高速下における摺動部品、高耐熱性
が必要とされる部品または製品、自動車用部品のチェン
ジレバ一部のボールシートなどの各種用途に有効に使用
することができる。

〔実施例〕

次に、実施例について本発明を説明する。

実施例１ ポリカプロラクトンジオール（０８価５６．１）７００
　ｇおよび粉末状チタン（粒径６０〜１００メツシユ）
２５０　ｇの混合物を１２５℃に加熱しながら、これに
トリジンジイソシアネート（分子量２６４）２４５　ｇ
を加え、減圧下に約３０〜４０分間攪拌した後１，４−
ブタンジオール４４ｇを加えて、直ちに熱板上に注いで
硬化させた。

硬化物を粉砕し、この粉砕物を射出成形機を用いて、ノ
ズル部１９５℃、シリンダ一部１７８℃の成形条件下で
、　１５０　Ｘ　１５０　Ｘ　２ｍｍの寸法のシート状
の成形品に成形した。この成形品は、約１００〜１２０
℃の温度で４８時時間数加硫を行なった。

比較例ＩＡ 実施例１において、粉末状チタンが用いられなかった。

比較例ＩＢ 比較例ＩＡの粉砕物１０００　ｇに、微細なガラス繊維
２００　ｇを２軸押量機を用いて混練し、これを用いて
、実施例１と同様の射出成形および二次加硫を行なった
。

実施例２ ポリエステルエラストマー（東し・デュポン製品ハイト
レル４０５６）　１０００　ｇおよび粉末状チタン２５
０　ｇを、２軸押量機を用いて、１９０〜２００℃の条
件下で混練、押出して、ひも状に一旦成形した。これを
粉砕し、この粉砕物を射出成形機を用いて、ノズル部１
９５℃、シリンダ一部１９０℃の成形条件下で、１５０
　Ｘ　１５０　Ｘ　２ＩＩＩｍの寸法のシート状の成形
品に成形した。

比較例２ ポリエステルエラストマー（ハイトレル４０４５）ｔｏ
ｏｏ　ｇに、いずれも３０ｇの粉末状ポリテトラフルオ
ロエチレン樹脂（比較例２Ａ）または二硫化モリブデン
（比較例２Ｂ）を混合したものを、実施例２と同一形状
の成形品に成形した。

実施例３ ポリカーボネートジオール（０８価５５．７）２００ｇ
およびインホロンジイソシアネート（分子量２２３．３
）１００ｇを、減圧下に８０℃で３０分間反応させ、得
られたプレポリマーに有機チタネート処理を施した粉末
状チタン（粒径６０〜１００メツシユ）５０ｇを添加し
、減圧下に混合させた。次いで、１３０〜１３５℃に加
熱して溶融させたトリメチレンビス（４−７ミノベンゾ
エート）１０３．２ｇを上記混合物に添加した後、これ
を金型に注入し、硬化させてから、８０−１００℃で１
５時時間法加硫を行ない、１５０　Ｘ　１５０　Ｘ　２
ｍｍの寸法のシート状の成形品を得た。

比較例３ 実施例３において、粉末状チタンが用いられなかった。

実施例３および比較例３でそれぞれ得られた成形品につ
いて、温度と硬さとの関係、６０℃の１０％水酸化ナト
リウム水溶液中に浸漬したときの経時的な引張強さ変化
率および６０℃の１０％酢酸水溶液中に浸漬したときの
経時的な引張強さ変化率を測定し、その結果を第１〜３
図のグラフに示した。

また、以上の各実施例および比較例でそれぞれ得られた
成形品について、次の各項目の測定が行われた。

傘硬さ、１００％モジュラス、引張強さ、伸び、引裂強
さ傘アイゾッ１〜？＃撃強さ二ノツチ付き、−２０℃中
テーパー摩耗試験：砥石）１−１８．１ｋｇ重、１００
０回転時の摩耗減量傘鈴本式ＪＩｊ！擦摩耗試験：相手
材５ＵＳ３０４、線速度２００ｍｍ／秒、荷重２０ｋｇ
／ｃｎｆ、乾燥摩擦１５分間の動摩擦係数、静止摩擦係
数および摩耗深さ 傘圧縮永久歪：８０℃、７０時間 牟体禎固有抵抗率 本溶融粘度：高化式フローテスター、１８０℃または１
９０’Ｃ得られた結果は、次の表に示される。

以上の結果から、次のようなことがいえる。

（１）実施例１と比較例ＩＡ、ＩＢとの対比から、硬さ
くショアーＤ）、引張強さ、伸び、引裂強さ、アイゾツ
ト衝撃強さなどをみれば、粉末状チタンを充填したもの
は、ガラス繊維を充填したものとは異なり、エラスチッ
クな特性を残していることが分る。

（２）実施例１と比較例ＩＡ、ＩＢとの対比および実施
例２と比較例２Ａ、２Ｂとの対比から、テーパー摩耗試
験、動摩擦係数などをみれば、粉末状チタンを充填した
ものは摩擦、摩耗特性にすぐれ、特に潤滑作用のあるこ
とがよく知られている二硫化モリブデンやポリテトラフ
ルオロエチレン樹脂よりすぐれていることが特筆される
。

（３）実施例１と比較例ＩＡ、ＩＢとの対比から、体積
固有抵抗率をみれば、複合材に電気的特性を付与するこ
とが可能であることが分り、その充填量を加減すること
によって特性値を調節することもできる。

（４）実施例１と比較例ＩＡ、１Ｂとの対比から、溶融
粘度をみれば、良好な成形加工性が保持されていること
が分る。

（５）実施例３と比較例３との対比を第２〜３図につい
てみるに、粉末状チタンの充填は、耐薬品性を向上させ
ることが分る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、それぞれ実施例３および比較例３で得られた
成形品についての温度と硬さとの関係を示すグラフであ
り、第２図はこれらの成形品を６０℃の１０％水酸化ナ
トリウム水溶液中に浸漬したときの経時的引張強さ変化
率を示すグラフであり。 また第３図は同様に６０℃の１０％酢酸水溶液中に浸漬
したときの経時的な引張強さ変化率を示すグラフである
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱可塑性エラストマーまたは熱可塑性以外のポリウ
   レタンエラストマー約２０〜９５重量部および粉末状チ
   タン約８０〜５重量部よりなる粉末状チタン充填エラス
   トマー複合材。 ２、熱可塑性エラストマーが熱可塑性ポリウレタンエラ
   ストマーである特許請求の範囲第１項記載の複合材。 ３、粉末状チタンの存在下でポリオール成分とジイソシ
   アネート成分とを反応させ、生成したポリウレタンエラ
   ストマー中に粉末状チタンを充填させた特許請求の範囲
   第１項または第２項記載の複合材。 ４、熱可塑性エラストマーが熱可塑性ポリエステルエラ
   ストマーである特許請求の範囲第１項記載の複合材。