JPWO2007097214A1 - 摺動部品用材料 - Google Patents
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Abstract
低そり性、高限界ＰＶ値、低動摩擦係数、耐摩耗性に優れた摺動部品用材料を提供する。特に自動車、機械等のギア、プーリー、カム、軸受等や、給電ケーブル、信号ケーブル、光ケーブル等のケーブルを支持するケーブルハウジング等に好適に使用される。（Ａ）熱可塑性樹脂、及び（Ｂ）長さ方向に直角の断面において長径と短径の比が１．２〜１０である非円形断面のガラス繊維を含む熱可塑性樹脂組成物からなることを特徴とする摺動部品用材料。該摺動部品用材料は、熱可塑性樹脂組成物全体に対して、（Ａ）熱可塑性樹脂が９０〜３０重量％、及び（Ｂ）長さ方向に直角の断面において長径と短径の比が１．２〜１０である非円形断面のガラス繊維が１０〜７０重量％からなる。
Description
本発明は摺動性、低そり性に優れる摺動部品用材料に関する。更に詳しくは自動車、機械等のギア、プーリー等や、給電ケーブル、信号ケーブル、光ケーブル等のケーブルを支持するケーブルハウジング等の摺動性および低そり性を必要とする摺動部品用材料に関する。
ポリアミド樹脂は、エンジニアリングプラスチックとして優れた特性を有し、自動車、機械、電気・電子など各種の工業分野において広く使用されている。
特に機械的特性、耐摩耗性に優れているために、ギア、カム、軸受などの摺動部品に広く用いられている。
このような摺動部品に用いられるポリアミド樹脂には、自己潤滑性、耐摩耗性などの摺動特性を向上させる目的で、また強度等、機械的性質を向上させる目的で、テトラフルオロエチレン、高密度ポリエチレン等の固体潤滑剤および／または炭素繊維、ガラス繊維等の充填材を配合することが提案されている。（例えば、特開昭６２−１８５７４７号公報、特開平１−１１０５５８号公報、特開平８−１５７７１４号公報参照）
しかしながら、固体潤滑剤として使用されるテトラフルオロエチレンなどは、成型体の表面を変質させ摺動性能を期待するには多量に添加する必要があるため、ポリアミドの特徴である耐衝撃性を損なうという欠点がある。
また、炭素繊維は高価であるため多量に配合するとコストが高くなるという問題があり、一般的な断面が円形のガラス繊維は単独では摩擦摩耗特性がかえって低下してしまうため、前記の固体潤滑剤等と併用する必要があり、結果的に機械的特性が低下してしまうという問題点があった。
一方、断面が円形のガラス繊維の代わりに、断面が扁平状のガラス繊維で強化することにより、反りが改善されることが開示されている（例えば特開平８−２５９８０８号公報参照）。しかし、この公報には、摺動性については記載はない。
本発明は、前記問題点を解決し、低そり性、高限界ＰＶ値、低動摩擦係数、耐摩耗性に優れた摺動部品用材料を提供することを課題とする。
特に機械的特性、耐摩耗性に優れているために、ギア、カム、軸受などの摺動部品に広く用いられている。
このような摺動部品に用いられるポリアミド樹脂には、自己潤滑性、耐摩耗性などの摺動特性を向上させる目的で、また強度等、機械的性質を向上させる目的で、テトラフルオロエチレン、高密度ポリエチレン等の固体潤滑剤および／または炭素繊維、ガラス繊維等の充填材を配合することが提案されている。（例えば、特開昭６２−１８５７４７号公報、特開平１−１１０５５８号公報、特開平８−１５７７１４号公報参照）
しかしながら、固体潤滑剤として使用されるテトラフルオロエチレンなどは、成型体の表面を変質させ摺動性能を期待するには多量に添加する必要があるため、ポリアミドの特徴である耐衝撃性を損なうという欠点がある。
また、炭素繊維は高価であるため多量に配合するとコストが高くなるという問題があり、一般的な断面が円形のガラス繊維は単独では摩擦摩耗特性がかえって低下してしまうため、前記の固体潤滑剤等と併用する必要があり、結果的に機械的特性が低下してしまうという問題点があった。
一方、断面が円形のガラス繊維の代わりに、断面が扁平状のガラス繊維で強化することにより、反りが改善されることが開示されている（例えば特開平８−２５９８０８号公報参照）。しかし、この公報には、摺動性については記載はない。
本発明は、前記問題点を解決し、低そり性、高限界ＰＶ値、低動摩擦係数、耐摩耗性に優れた摺動部品用材料を提供することを課題とする。
本発明者らはこの問題を解決するために鋭意検討した結果、一般的な断面が円形のガラス繊維では摩擦摩耗特性が低下してしまうが、長さ方向に直角の断面において長径と短径の比が１．２〜１０である非円形断面のガラス繊維を配合した場合には、摺動性が著しく改善されることを見出し、本発明に到達した。
本発明は、（Ａ）熱可塑性樹脂、及び（Ｂ）長さ方向に直角の断面において長径と短径の比が１．２〜１０である非円形断面のガラス繊維を含む熱可塑性樹脂組成物からなることを特徴とする摺動部品用材料に関するものである。
本発明は、（Ａ）熱可塑性樹脂、及び（Ｂ）長さ方向に直角の断面において長径と短径の比が１．２〜１０である非円形断面のガラス繊維を含む熱可塑性樹脂組成物からなることを特徴とする摺動部品用材料に関するものである。
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明の摺動部品用材料は、（Ａ）熱可塑性樹脂、及び（Ｂ）長さ方向に直角の断面において長径と短径の比が１．２〜１０である非円形断面のガラス繊維を含む熱可塑性樹脂組成物からなる。
本発明に用いられる（Ａ）熱可塑性樹脂としては、ナイロン６やナイロン６６等のポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、スチレン−アクリロニトリル共重合体（ＡＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等アクリル系樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等を用いることができる。特に、耐薬品性・靭性等に優れ、ガラス繊維による補強効果にも優れているポリアミド樹脂が好ましい。
ポリアミド樹脂としては、ジアミンと二塩基酸とからなるか、またはラクタムもしくはアミノカルボン酸からなるか、またはこれらの２種以上の共重合体からなるものが挙げられる。
ジアミンとしては、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレジアミン、ウンデカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン等の脂肪族ジアミンや、メタキシリレンジアミン等の芳香族・環状構造を有するジアミンが挙げられる。
ジカルボン酸としては、アジピン酸、ヘプタンジカルボン酸、オクタンジカルボン酸、ノナンジカルボン酸、ウンデカンジカルボン酸、ドデカンジカルボン酸等の脂肪族ジアミンやテレフタル酸、イソフタル酸等の芳香族・環状構造を有するジカルボン酸が挙げられる。
ラクタムとしては、炭素数６〜１２のラクタム類であり、ε−カプロラクタム、エナントラクタム、ウンデカンラクタム、ドデカンラクタム、α−ピロリドン、α−ピペリドン等が挙げられる。また、アミノカルボン酸としては炭素数６〜１２のアミノカルボン酸であり、６−アミノカプロン酸、７−アミノヘプタン酸、９−アミノノナン酸、１１−アミノウンデカン酸、１２−アミノドデカン酸が挙げられる。
ポリアミド樹脂の具体例としては、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド１１、ポリアミド１２、ポリアミド６１０、ポリアミド６１２、ポリアミド６／６６等が挙げられる。
ポリアミド樹脂の重合度には特に制限はないが、ポリマー１ｇを９６％濃硫酸１００ｍｌに溶解し、２５℃で測定した相対粘度が１．８〜５．０であることが好ましく、より好ましくは２．０〜３．５である。相対粘度が上記数値の上限より高い場合、加工性を著しく損ない、上記下限より低い場合、機械的強度が低下するため好ましくない。
本発明で使用される（Ｂ）非円形断面のガラス繊維は、低反り性と力学特性の観点から、長さ方向に直角の断面において長径と短径の比が１．２〜１０、好ましくは、１．５〜６、より好ましくは、１．７〜４．５である。ここで、長径とは、断面図形上の任意の２点間の直線距離が最大になったときの、その距離をとり、短径とは、該長径と直交する直線のうち断面図形と交差する２点間の距離が最大のものをとる。
（Ｂ）非円形断面のガラス繊維は、所定の長径と短径の比を有するものであれば、断面形状に特に制限はないが、通常、まゆ形、長円形、半円形、円弧形、長方形、平行四辺形またはこれらの類似形のものが用いられる。実用上は、流動性、力学特性、低反り性の観点から、まゆ形、長円形、長方形が好ましい。繊維長は、通常１〜１５ｍｍ、好ましくは１．５〜１２ｍｍ、より好ましくは２〜６ｍｍである。また、ポリアミド樹脂中への分散性および密着性を高める目的で、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、その他の高分子または低分子の表面処理剤で表面処理されているのが好ましい。
また、（Ｂ）非円形断面のガラス繊維の配合割合は、熱可塑性樹脂組成物全体に対して、１０〜７０重量％が好ましく、１５〜６０重量％がより好ましい。配合割合が少なすぎると機械的強度、摺動性が充分満足されない。また、多すぎると流動性が悪くなり好ましくない。
本発明の熱可塑性樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で他の成分、例えば、可塑剤、耐衝撃材、耐熱材、発泡剤、耐候剤、結晶核剤、結晶化促進剤、離型剤、滑剤、帯電防止剤、難燃剤、難燃助剤、顔料、染料等の機能性付与剤等を適宜配合することができる。
本発明の摺動部品用材料は、（Ａ）熱可塑性樹脂、及び（Ｂ）長さ方向に直角の断面において長径と短径の比が１．２〜１０である非円形断面のガラス繊維を、一軸あるいは二軸押出機、バンバリーミキサー等で溶融混練することにより製造される。得られた摺動部品用材料を成形することにより、摺動部品とすることができる。成形方法としては、押出成形法、ブロー成形法、射出成形法等が採用できる。
本発明の摺動部品用材料は、摺動部品、特に自動車や機械のギア、プーリー、カム、軸受、ケーブルハウジング等に用いられるものであるが、他の同様の機能を要求される部材に用いても差し支えはない。
本発明の摺動部品用材料は、（Ａ）熱可塑性樹脂、及び（Ｂ）長さ方向に直角の断面において長径と短径の比が１．２〜１０である非円形断面のガラス繊維を含む熱可塑性樹脂組成物からなる。
本発明に用いられる（Ａ）熱可塑性樹脂としては、ナイロン６やナイロン６６等のポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、スチレン−アクリロニトリル共重合体（ＡＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等アクリル系樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等を用いることができる。特に、耐薬品性・靭性等に優れ、ガラス繊維による補強効果にも優れているポリアミド樹脂が好ましい。
ポリアミド樹脂としては、ジアミンと二塩基酸とからなるか、またはラクタムもしくはアミノカルボン酸からなるか、またはこれらの２種以上の共重合体からなるものが挙げられる。
ジアミンとしては、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレジアミン、ウンデカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン等の脂肪族ジアミンや、メタキシリレンジアミン等の芳香族・環状構造を有するジアミンが挙げられる。
ジカルボン酸としては、アジピン酸、ヘプタンジカルボン酸、オクタンジカルボン酸、ノナンジカルボン酸、ウンデカンジカルボン酸、ドデカンジカルボン酸等の脂肪族ジアミンやテレフタル酸、イソフタル酸等の芳香族・環状構造を有するジカルボン酸が挙げられる。
ラクタムとしては、炭素数６〜１２のラクタム類であり、ε−カプロラクタム、エナントラクタム、ウンデカンラクタム、ドデカンラクタム、α−ピロリドン、α−ピペリドン等が挙げられる。また、アミノカルボン酸としては炭素数６〜１２のアミノカルボン酸であり、６−アミノカプロン酸、７−アミノヘプタン酸、９−アミノノナン酸、１１−アミノウンデカン酸、１２−アミノドデカン酸が挙げられる。
ポリアミド樹脂の具体例としては、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド１１、ポリアミド１２、ポリアミド６１０、ポリアミド６１２、ポリアミド６／６６等が挙げられる。
ポリアミド樹脂の重合度には特に制限はないが、ポリマー１ｇを９６％濃硫酸１００ｍｌに溶解し、２５℃で測定した相対粘度が１．８〜５．０であることが好ましく、より好ましくは２．０〜３．５である。相対粘度が上記数値の上限より高い場合、加工性を著しく損ない、上記下限より低い場合、機械的強度が低下するため好ましくない。
本発明で使用される（Ｂ）非円形断面のガラス繊維は、低反り性と力学特性の観点から、長さ方向に直角の断面において長径と短径の比が１．２〜１０、好ましくは、１．５〜６、より好ましくは、１．７〜４．５である。ここで、長径とは、断面図形上の任意の２点間の直線距離が最大になったときの、その距離をとり、短径とは、該長径と直交する直線のうち断面図形と交差する２点間の距離が最大のものをとる。
（Ｂ）非円形断面のガラス繊維は、所定の長径と短径の比を有するものであれば、断面形状に特に制限はないが、通常、まゆ形、長円形、半円形、円弧形、長方形、平行四辺形またはこれらの類似形のものが用いられる。実用上は、流動性、力学特性、低反り性の観点から、まゆ形、長円形、長方形が好ましい。繊維長は、通常１〜１５ｍｍ、好ましくは１．５〜１２ｍｍ、より好ましくは２〜６ｍｍである。また、ポリアミド樹脂中への分散性および密着性を高める目的で、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、その他の高分子または低分子の表面処理剤で表面処理されているのが好ましい。
また、（Ｂ）非円形断面のガラス繊維の配合割合は、熱可塑性樹脂組成物全体に対して、１０〜７０重量％が好ましく、１５〜６０重量％がより好ましい。配合割合が少なすぎると機械的強度、摺動性が充分満足されない。また、多すぎると流動性が悪くなり好ましくない。
本発明の熱可塑性樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で他の成分、例えば、可塑剤、耐衝撃材、耐熱材、発泡剤、耐候剤、結晶核剤、結晶化促進剤、離型剤、滑剤、帯電防止剤、難燃剤、難燃助剤、顔料、染料等の機能性付与剤等を適宜配合することができる。
本発明の摺動部品用材料は、（Ａ）熱可塑性樹脂、及び（Ｂ）長さ方向に直角の断面において長径と短径の比が１．２〜１０である非円形断面のガラス繊維を、一軸あるいは二軸押出機、バンバリーミキサー等で溶融混練することにより製造される。得られた摺動部品用材料を成形することにより、摺動部品とすることができる。成形方法としては、押出成形法、ブロー成形法、射出成形法等が採用できる。
本発明の摺動部品用材料は、摺動部品、特に自動車や機械のギア、プーリー、カム、軸受、ケーブルハウジング等に用いられるものであるが、他の同様の機能を要求される部材に用いても差し支えはない。
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
なお、実施例および比較例において使用した樹脂及び成形品の物性測定方法を以下に示す。
（１）引張強さおよび引張破壊ひずみ：ＩＳＯ５２７−１，２に従い、常温下、厚み４ｍｍの試験片を用いて引張速度５ｍｍ／ｍｉｎで試験を行った。（ｎ＝５）
（２）引張弾性率：ＩＳＯ５２７−１，２に従い、常温下、厚み４ｍｍの試験片を用いて引張速度１ｍｍ／ｍｉｎで試験を行った。（ｎ＝５）
（３）シャルピー衝撃強さ：ＩＳＯ１７９−１に従い、常温下、Ａノッチ入り厚み４ｍｍの試験片を用いてエッジワイズ衝撃試験を行った。（ｎ＝１０）
（４）荷重たわみ温度：ＡＳＴＭＤ６４８に従い、厚み、幅１２．７ｍｍ、長さ１２７ｍｍの試験片を使用し、荷重たわみ温度測定装置にて評価した。
（５）ソリ量：ＩＳＯ２９４−３のＤ１金型（６０×６０×１ｔ）を下記の成形条件で成形直後にゲートカットし、防湿容器中４８ｈｒ放置後、定盤上で規定隅に錘を乗せ、定盤との最大空隙をソリ量とした。（ｎ＝５）
・溶融樹脂温度：２９０℃，金型温度：８０℃，金型内平均射出速度：２５０ｍｍ／ｓｅｃ，保圧：６０ＭＰａ×１５ｓｅｃ，冷却時間：１０ｓｅｃ
（摺動性評価）
（１）限界ＰＶ値：試験荷重、試験速度を除き、ＪＩＳ Ｋ７２１８に従い、鈴木式摩擦摩耗試験機を使用しリングオンリング方式（相手側リング：Ｓ４５Ｃ ＃１０００仕上げを使用）で評価した。試験速度は２００ｍｍ／ｓｅｃ、試験荷重は開始時に１０Ｋｇｆを掛け１０分毎に１０Ｋｇｆづつ上げ、試験片が溶融した試験荷重の直前の荷重で値を算出した。
（２）動摩擦係数：同上
（３）摩耗量：試験荷重を開始時１Ｋｇｆ、１０分後に２Ｋｇｆ、その１０分後に１Ｋｇｆと１０分毎交互に１Ｋｇｆ、２Ｋｇｆを繰り返し、２００分後を評価した。他同上。
・ポリアミド樹脂
ＰＡ６：ポリアミド６（宇部興産（株）製 １０１５Ｂ）
・ガラス繊維
ＧＦ１：断面形状長方形のガラス繊維（日東紡績株式会社製 ＣＳＧ３ＰＡ−８２０）
長径と短径の比４、繊維径７×２８μｍ
ＧＦ２：断面形状円形のガラス繊維（日本電気硝子株式会社製 ＥＣＳ０３Ｔ２４９Ｈ）
長径と短径の比１、繊維径１０．５μｍ
実施例１〜２及び比較例１〜２
表１に記載したポリアミド樹脂およびガラス繊維をＴＥＸ４４ＨＣＴ二軸混練機で溶融混練し、目的とするポリアミド樹脂組成物ペレットを作成した。
次に得られたペレットをシリンダー温度２９０℃、金型温度８０℃で射出成形し、各種試験片を製造し、各種物性を評価した。得られた結果を表１に示す。
なお、実施例および比較例において使用した樹脂及び成形品の物性測定方法を以下に示す。
（１）引張強さおよび引張破壊ひずみ：ＩＳＯ５２７−１，２に従い、常温下、厚み４ｍｍの試験片を用いて引張速度５ｍｍ／ｍｉｎで試験を行った。（ｎ＝５）
（２）引張弾性率：ＩＳＯ５２７−１，２に従い、常温下、厚み４ｍｍの試験片を用いて引張速度１ｍｍ／ｍｉｎで試験を行った。（ｎ＝５）
（３）シャルピー衝撃強さ：ＩＳＯ１７９−１に従い、常温下、Ａノッチ入り厚み４ｍｍの試験片を用いてエッジワイズ衝撃試験を行った。（ｎ＝１０）
（４）荷重たわみ温度：ＡＳＴＭＤ６４８に従い、厚み、幅１２．７ｍｍ、長さ１２７ｍｍの試験片を使用し、荷重たわみ温度測定装置にて評価した。
（５）ソリ量：ＩＳＯ２９４−３のＤ１金型（６０×６０×１ｔ）を下記の成形条件で成形直後にゲートカットし、防湿容器中４８ｈｒ放置後、定盤上で規定隅に錘を乗せ、定盤との最大空隙をソリ量とした。（ｎ＝５）
・溶融樹脂温度：２９０℃，金型温度：８０℃，金型内平均射出速度：２５０ｍｍ／ｓｅｃ，保圧：６０ＭＰａ×１５ｓｅｃ，冷却時間：１０ｓｅｃ
（摺動性評価）
（１）限界ＰＶ値：試験荷重、試験速度を除き、ＪＩＳ Ｋ７２１８に従い、鈴木式摩擦摩耗試験機を使用しリングオンリング方式（相手側リング：Ｓ４５Ｃ ＃１０００仕上げを使用）で評価した。試験速度は２００ｍｍ／ｓｅｃ、試験荷重は開始時に１０Ｋｇｆを掛け１０分毎に１０Ｋｇｆづつ上げ、試験片が溶融した試験荷重の直前の荷重で値を算出した。
（２）動摩擦係数：同上
（３）摩耗量：試験荷重を開始時１Ｋｇｆ、１０分後に２Ｋｇｆ、その１０分後に１Ｋｇｆと１０分毎交互に１Ｋｇｆ、２Ｋｇｆを繰り返し、２００分後を評価した。他同上。
・ポリアミド樹脂
ＰＡ６：ポリアミド６（宇部興産（株）製 １０１５Ｂ）
・ガラス繊維
ＧＦ１：断面形状長方形のガラス繊維（日東紡績株式会社製 ＣＳＧ３ＰＡ−８２０）
長径と短径の比４、繊維径７×２８μｍ
ＧＦ２：断面形状円形のガラス繊維（日本電気硝子株式会社製 ＥＣＳ０３Ｔ２４９Ｈ）
長径と短径の比１、繊維径１０．５μｍ
実施例１〜２及び比較例１〜２
表１に記載したポリアミド樹脂およびガラス繊維をＴＥＸ４４ＨＣＴ二軸混練機で溶融混練し、目的とするポリアミド樹脂組成物ペレットを作成した。
次に得られたペレットをシリンダー温度２９０℃、金型温度８０℃で射出成形し、各種試験片を製造し、各種物性を評価した。得られた結果を表１に示す。
本発明で得られる摺動部品用材料は、低そり性、高限界ＰＶ値、低動摩擦係数、耐摩耗性が優れており、摺動性の必要な部品に使用され、特にギア、プーリー、カム、軸受、ケーブルハウジング等に好適に使用される。
Claims (5)
- （Ａ）熱可塑性樹脂、及び（Ｂ）長さ方向に直角の断面において長径と短径の比が１．２〜１０である非円形断面のガラス繊維を含む熱可塑性樹脂組成物からなることを特徴とする摺動部品用材料。
- 熱可塑性樹脂組成物全体に対して、（Ａ）熱可塑性樹脂が９０〜３０重量％であり、（Ｂ）長さ方向に直角の断面において長径と短径の比が１．２〜１０である非円形断面のガラス繊維が１０〜７０重量％であることを特徴とする請求項１に記載の摺動部品用材料。
- （Ａ）熱可塑性樹脂が、ポリアミド樹脂である請求項１記載の摺動部品用材料。
- 請求項１〜３記載の摺動部品用材料を成形してなる部品。
- 部品が自動車用である請求項４記載の部品。
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