KR20050086932A - 불소수지 조성물 - Google Patents

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가즈오 미즈부치
히로시 다니무라
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듀폰-미쯔이 플루오로케미칼 가부시끼가이샤
마쓰시타 덴키 산교 가부시끼 가이샤
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Abstract

본 발명은 윤활성 및 내열성을 유지함에 더하여, 내마찰마모성 및 내압축 크립성이 뛰어난 슬라이딩 부품의 성형에 적합한 수지 조성물을 제공한다.
테트라플루오로에틸렌 중합체, 산화아연 휘스커, 및 평균 입경이 200㎛ 이하의 입자상 및/또는 평균 섬유 길이가 500㎛ 이하인 섬유상의 충전제로 되는 불소수지 조성물이다.
산화아연 휘스커로는 테트라포드 형상을 갖는 것을 함유함이 바람직하고, 또한 충전제로서는 탄소 섬유, 코크스분, 그라파이트분, 브론즈분, 동분, 산화아연 분말, 탈크, 유리 섬유로 되는 군에서 선택되는 적어도 1종의 물질이 바람직하다.

Description

불소수지 조성물{FLUORORESIN COMPOSITION}
본 발명은 슬라이딩성 기계 부품 등의 성형에 적합한 불소수지 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 윤활성을 갖고, 또한 내마찰마모성 및 내압축 크립(creep)성이 뛰어난 불소수지 조성물에 관한 것이다.
컴퓨터 연결 기기, 사무용 기기, 또는 오디오 비쥬얼 관련 기기 등의 정밀 기기 분야에서는 기어, 베어링, 슬립, 롤, 레일 등의 기계 부품에 슬라이딩성이 있는 플라스틱 제품이 많이 사용되고 있다. 종래 그러한 슬라이딩 부품은 폴리올레핀, 폴리아미드, 불소수지, ABS 수지, 폴리페닐렌설파이드 등의 열가소성 수지, 또는 에폭시 수지나 페놀 수지 등의 열경화성 수지, 또는 그들에 유리 섬유, 탄소 섬유, 마이카 등의 충전제를 배합한 수지 조성물을 원료로 사용하여 성형하여, 각종 형상의 제품이 제조되어 왔다.
그러나, 그들 부품의 사용 조건이 엄격하게 됨에 따라, 윤활성이나 내열성을 구비함에 더하여, 보다 마찰마모하기 어렵고, 또한 높은 스트레스 하에서도 변형하기 어려운 부품이 요구되고 있다. 그 하나로서, 일본특허 제3041071호 공보에는 산화아연 휘스커를 충전제로서 함유하는 수지 조성물이 정전기 확산성 및 슬라이딩성이 뛰어나기 때문에, 전기부품 등의 성형 재료에 사용할 수 있는 취지의 기재가 있다. 그러나, 내마모성 및 내압축 크립성이라는 관점에서 보면, 그 성형품에는 한층 더 개량이 요망되고 있다.
[발명의 개시]
본 발명은 윤활성 및 내열성을 유지함에 더하여, 내마찰마모성 및 내압축 크립성이 뛰어난 슬라이딩 부품 등의 성형에 적합한 수지 조성물의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 테트라플루오로에틸렌 중합체, 산화아연 휘스커(whisker), 및 평균 입경이 200㎛ 이하의 입자상 및/또는 평균 섬유 길이가 500㎛ 이하의 섬유상의 충전제로 되는 불소수지 조성물에 관한 것이다.
이 조성물에서, 상기 테트라플루오로에틸렌 중합체가 20∼90 중량%, 산화아연 휘스커가 5∼40중량%, 및 충전제가 2∼40중량%의 비율로 함유되어 있는(여기서, 상기 3성분의 합계량이 100중량%로 됨) 조성물은 바람직한 태양이다.
이러한 수지 조성물은 윤활성, 내열성, 내마찰내마모성 및 내압축 크립성이 뛰어난 조성물이다.
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
본 발명은 테트라플루오로에틸렌 중합체, 산화아연 휘스커, 및 평균 입경이 200㎛ 이하의 입자상 및/또는 평균 섬유 길이가 500㎛ 이하의 섬유상의 충전제로 되는 불소 수지 조성물을 제공한다.
본 발명에 사용되는 테트라플루오로에틸렌 중합체는 테트라플루오로에틸렌(TFE)의 단독 중합체, 또는 TFE와 그것과 공중합 가능한 모노머를 1.0중량% 이하의 비율로 공중합한 테트라플루오로에틸렌 공중합체이다. 그러한 코모노머의 예로는 헥사플루오로프로필렌과 같은 탄소수 3∼6의 퍼플루오로알켄, 퍼플루오로(프로필비닐에테르)와 같은 탄소수가 1∼6의 알킬기를 갖는 퍼플루오로(알킬비닐에테르), 또는 클로로트리플루오로에틸렌 등을 들 수 있다. TFE의 단독 중합체 및 상기한 공중합체는 고융점을 갖는 것이므로, 모두 통상의 성형 조건 하에서는 용융 가공성을 갖지 않는다.
테트라플루오로에틸렌 중합체는 압축 성형 등의 수단으로 성형가능한 분자량을 갖고 있는 한, 슬라이딩 부품, 전기 전자 부품, 패킹재 등의 성형 재료로서 사용할 수 있다. 예를 들면, 분자량 대신에 융점으로 그 성상을 나타내면, 융점이 약 327℃인 중합체는 기계적 강도 및 내열성이 양호한 슬라이딩 부품등 용의 성형 수지로서 적합하게 사용할 수 있다.
또한, 이 테트라플루오로에틸렌 중합체는 통상 파우더 상태로 각종 제품의 성형에 사용되고, 그 평균 입경은 100㎛ 이하, 바람직하게는 5∼100㎛, 보다 바람직하게는 10∼50㎛의 범위가 요망된다. 평균 입경이 상기 범위에 있는 테트라플루오로에틸렌 중합체는 산화 아연 휘스커 및 각종 충전제의 균일 혼합성이 뛰어나다. 그러한 테트라플루오로에틸렌 중합체는 현탁 중합법 또는 유화 중합법에 의해서 직접 파우더상으로 제조할 수 있고, 또한 중합 후 일단 펠렛으로 하고 나서 평균 입경을 100㎛ 이하로 분쇄한 것이어도 좋다. 또한, 상기한 평균 입경을 가지고 있는 것이면, 시판의 몰딩 그레이드의 파우더를 사용할 수도 있다.
본 발명의 산화아연 휘스커는 특히 그 제조 방법이나 형상이 한정되는 것은 아니다. 그 일례를 들면, 표면에 산화막이 형성된 금속 아연 분말을, 산소를 함유하는 분위기 하에서 가열 처리함에 의해서 제조할 수 있다. 얻어진 휘스커는 중심부로부터 4방향으로 향하여 (예를 들면 사면체의 중심으로부터 4개의 정점 방향으로 향하여) 침상 결정이 뻗은, 이른바 테트라포드(tetrapod)상의 형상을 나타내고 있다. 그 침상 부분의 길이는 바람직하게는 3∼200㎛, 또한 침상 부분의 기부 지름은 바람직하게는 0.1∼10㎛이다.
이러한 테트라포드상 휘스커를 함유한 산화아연 휘스커는 수지 조성물을 구성하는 각 성분과 혼합할 때에 또는 그 수지 조성물의 성형 가공 시에, 침상 부분이 부분적으로 파손하여도, 최종적인 성형품의 윤활성, 내마모성, 또는 내압축 크립성 등의 물성에 대한 영향은 거의 보이지 않으므로 바람직하다.
또한, 산화아연 휘스커는 그 표면이 실란계, 크롬계, 또는 티탄계 커플링제에 의해서 처리되어 있어도 좋다. 특히 실란계 커플링제에 의해 산화아연 휘스커가 표면 처리되어 있으면, 폴리테트라플루오로에틸렌 중합체 입자 중으로의 분산성을 향상시킬 수 있다. 그러한 테트라포드상의 산화아연 휘스커는 예를 들면 마츠시타산교죠보기키 가부시키가이샤에서 상품명 파나테트라의 명칭으로 시판되고 있어, 용이하게 입수하여 이용할 수 있다.
상기한 산화아연 휘스커는 그 특이한 형상에 의해서 3차원적으로 강화된 이방성이 적은 조성물의 형성에 기여하고, 그 조성물로부터는 치수 안전성이 양호한 성형품을 제조할 수 있다.
또한 산화아연 휘스커는 그 자신이 양호한 도전성 및 열전도성을 나타내므로, 얻어진 성형품을 슬라이딩시켰을 때에 발생하는 마찰열을 효과적으로 방산(放散)시킬 수 있다. 그러한 산화아연 휘스커가 갖는 특성이, 병용하는 다른 충전제가 갖는 여러 특성과 조합하여 상승효과를 발휘하여, 성형품의 내마찰마모성이나 내압축 크립성을 높이는 것으로 생각된다.
또한, 산화아연 휘스커는 그 모스 경도가 약 4로서, 비교적 연질의 재료이므로, 상대 연질 재료의 마모를 저감시키고, 또한 자기 마모도 저감하며, 더우기 조성물이 삐져나오는 변형에 기인하는 손상 등에 의한 기능 저하도 방지할 수 있게 된다.
본 발명에서, 산화아연 휘스커와 함께 테트라플루오로에틸렌 중합체에 배합되는 충전제는 무기 물질 또는 유기 물질로서, 그 평균 입경이 200㎛ 이하, 바람직하게는 2∼50㎛의 입자상, 및/또는 평균 섬유 길이가 500㎛ 이하의 섬유상의 것이다.
본 발명의 충전제의 바람직한 예로는 탄소 섬유, 코크스(cokes)분(粉), 그라파이트분, 브론즈분, 동분, 산화아연 분말, 탈크, 유리 섬유, 이황화몰리브덴, 폴리아미드, 방향족 폴리아미드, 폴리페닐렌설파이드로 되는 군에서 선택되는 적어도 1종의 물질을 들 수 있다. 그 중에서도, 탄소섬유, 코크스분, 그라파이트분, 브론즈분, 동분, 산화아연 분말, 탈크, 유리 섬유가 바람직하다. 본 발명에서는 상기한 평균 입경 및/또는 평균 섬유 길이를 갖는 충전제이면, 시판품을 그대로 사용할 수 있다.
수지 조성물을 구성하는 각 성분의 비율은 테트라플루오로에틸렌 중합체가 바람직하게는 20∼90중량%, 보다 바람직하게는 25∼85중량%, 산화아연 휘스커가 바람직하게는 5∼40중량%, 보다 바람직하게는 10∼30중량%, 및 충전제가 바람직하게는 2∼40중량%, 보다 바람직하게는 10∼35중량%의 범위에 있는 것이 요망된다. 여기서, 상기 3성분의 합계량이 100중량%로 된다. 각 성분이 상기의 범위내에 있으면, 양호한 윤활성을 유지함에 더하여, 내마찰마모성 및 내압축 크립성이 뛰어난 수지 조성물을 형성하고, 슬라이딩 부품 등의 성형에 적합하다.
이 수지 조성물에는 본 발명의 목적에서 일탈하지 않는 범위내에서, 산화 안정제, 내열 안정제, 내후 안정제, 난연제, 안료 등의 안정제 또는 첨가제를 배합할 수 있다.
본 발명의 3개의 성분에, 필요에 따라서 상기의 안정제나 첨가제를 첨가한 분체를, 헨셀 믹서와 같은 종래 공지의 혼합기를 사용하여 균일하게 혼합함으로써, 분체상의 수지 조성물을 얻을 수 있다.
이러한 분체상의 수지 조성물로부터는 압축 성형법이나 압출 성형법 등에 의해서 목적으로 하는 각종의 슬라이딩 부품 등을 제조할 수 있다. 예를 들면, 상기한 수지 조성물을 압축 성형법에 의해서 예비 성형하고, 테트라플루오로에틸렌 중합체의 융점 이상의 온도에서 소성하여 일차 성형품으로 하고, 그 후, 최종 성형품의 형상에 따라서 절삭 가공 등을 행하여 제품을 제조할 수 있다.
본 발명의 수지 조성물은 테트라플루오로에틸렌 중합체에 산화 아연 휘스커 및 적어도 1종의 충전제가 균일하게 분산된 조성물을 구성하고 있기 때문에, 양호한 윤활성을 유지하고 있음에 더하여, 내마찰마모성 및 내압축 크립성이 뛰어나다. 또한 이 수지 조성물은 안정한 정전기 확산성을 갖고 있고, 각종 슬라이딩 부품, 전기전자 부품, 패킹재 등의 원료 수지로서 적합하다.
실시예에 의하여 본 발명을 상세히 설명하지만, 본 발명은 그들 실시예에 의해 하등 제한되는 것은 아니다.
먼저, 사용한 원료는 다음과 같다.
(a) 테트라플루오로에틸렌 단독 중합체 : PTFE로 약기함.
평균 입경 35㎛, 융점 327℃
DU PONT-MITSUI FLUOROCHEMICALS CO, LTD. 제품
몰딩 그레이드 상표명 테프론(등록상표) 7-J
(b) 산화아연 휘스커 :
침상 단섬유 지름 0.2∼30㎛, 침상 단섬유 길이 2∼50㎛
마츠시타산교죠보기키 가부시키가이샤 제품 상표명 파나테트라
(c) 탄소 섬유
평균 섬유 지름 14.5㎛, 평균 섬유 길이 120㎛
Kureha Chemical Industry Co., Ltd. 제품
(d) 동분
평균 입경 26㎛
Fukuda Metal Foil Powder Co., Ltd. 제품
(e) 그라파이트
평균 입경 20㎛
Oriental Sangyo Co., Ltd. 제품
(f) 코크스분
평균 입경 20㎛
Nippon Carbon Co., Ltd. 제품
(g) 유리 섬유
평균 섬유 지름 10.5㎛, 평균 섬유 길이 20㎛
Nitto Boseki Co., Ltd. 제품
(실시예 1∼5 및 비교예 1∼7)
테트라플루오로에틸렌 단독 중합체에 산화아연 휘스커 및 각종 충전제를 표 1에 기재한 비율로 배합하고, 헨셀 믹서를 사용하여 균일하게 혼합하여 수지 조성물을 얻었다. 얻어진 각 수지 조성물에 대해서, 70MPa의 가압 하에서 예비 성형하고, 이어서 370℃에서 3시간 소성하여, 직경 50nm, 높이 100mm의 원주상 성형체를 얻었다.
각 성형체에 대해서, 마모량, 압축 크립성 및 슬라이딩 온도를 다음에 기재하는 시험 방법으로 측정하여, 그 결과를 표 1에 기재하였다.
(1) 마모량 :
상기의 원주상 성형체로부터 절삭 가공에 의해서, 외경 25.7mm, 내경 20mm, 높이 20mm의 링을 제조하여, 그것을 시험편으로 하였다. 2연식 마찰마모시험기(INTESCO Co., Ltd. 제품)을 사용하여, 그 시험편에 대해서 JIS K7218(A법)에 준하여 마모량의 측정을 행하였다. 측정은 표 1에 기재한 상대 재료, 하중 및 슬라이딩 속도의 각 마모 시험 조건 하에서 24시간 슬라이딩을 행하여, 시험 종료 후의 마모량을 마모 계수 및 마찰 계수로 나타내었다.
(2) 압축 크립성 :
상기의 원주상 성형체로부터 절살 가공에 의해서, 세로, 가로, 높이가 각각 12.7mm의 입방체를 제조하여, 그것을 시험편으로 하였다. 6연식 압축 크립 시험기(ORIENTEC Co., Ltd. 제품)을 사용하여, ASTM D-621에 준하여, 측정 온도 23℃, 하중 140kgf/㎠의 조건 하에서 압축 크립성을 측정하였다. 또한, 표 1에서, MD는 압축 방향, CD는 압축 방향에 대하여 직각인 수직 방향을 나타낸다. 또한, 영구 변형 값은 전(全)변형량으로부터 24시간 후의 회복량을 빼고 남은 값을 나타낸다.
(3) 슬라이딩 온도 :
ORIENTEC Co., Ltd.제 EFM-3F형기(型機)를 사용하여, 열전쌍의 선단을 상대재료의 슬라이딩면으로부터 약 2mm 상부에 세팅하여 측정을 행하였다.
[표 1]
표 1의 결과로부터 명백한 바와 같이, 테트라플루오로에틸렌 중합체, 산화아연 휘스커, 및 충전제로 구성된 각 실시예의 수지 조성물은 테트라플루오로에틸렌 중합체만, 그것과 각종 충전제로 구성된 각 비교예의 수지 조성물과 비교하여, 산화아연 휘스커의 기여에 의해 열전도율이 극히 양호하게 되므로, 슬라이딩 온도를 내릴 수 있고, 마찰 계수도 낮게 안정하고, 또한 마모 계수도 작게 되어 있고, 압출 크립성도 작은 값을 나타내고 있음을 알 수 있다.
본 발명에 의해서 윤활성 및 내열성을 유지함에 더하여, 내마찰마모성 및 내압축 크립성이 뛰어난 슬라이딩 부품 등의 성형에 적합한 불소 수지 조성물이 제공된다.
본 발명에 의해서 얻어지는 불소 수지 조성물은 윤활성, 내열성, 내마찰마모성 및 내압축 크립성이 뛰어난 조성물이다.
본 발명의 수지 조성물은 테트라플루오로에틸렌 중합체에 산화아연 휘스커 및 적어도 1종의 충전제가 균일 분산된 조성물을 구성하고 있기 때문에, 양호한 윤활성을 유지하고 있음에 더하여, 내마찰마모성 및 내압축 크립성이 뛰어나므로, 안정한 정전기 확산성을 갖고 있고, 각종 슬라이딩 부품, 전기 전자 부품, 패킹재 등의 원료 수지로서 적합하다.

Claims (3)

  1. 테트라플루오로에틸렌 중합체, 산화아연 휘스커, 및 평균 입경이 200㎛ 이하인 입자상 및/또는 평균 섬유 길이가 500㎛ 이하인 섬유상의 충전제로서, 탄소 섬유, 코크스(cokes)분(粉), 그라파이트분, 브론즈(bronze)분, 동분, 산화아연 분말, 탈크, 유리 섬유, 이황화 몰리브덴, 폴리아미드, 방향족 폴리아미드, 폴리페닐렌설파이드로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 물질로 되는 것을 특징으로 하는 불소수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기의 수지 조성물은 테트라플루오로에틸렌 중합체가 20∼90중량%, 산화아연 휘스커가 5∼40중량%, 및 충전제가 2∼40중량%의 비율로 함유되어 있는(여기서, 상기 3성분의 합계량은 100중량%로 됨) 것을 특징으로 하는 불소수지 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기의 산화아연 휘스커는 테트라포드(tetrapod) 형상을 가진 것을 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 불소수지 조성물.
KR1020057011702A 2002-12-27 2003-12-26 불소수지 조성물 KR20050086932A (ko)

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