TW201336917A - 氟樹脂及聚醯胺纖維組成物及由其製得之滑動件 - Google Patents

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Noriyuki Suzuki
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Abstract

本文所描述者為可熔融加工之氟樹脂及全芳族聚醯胺纖維之氟樹脂組成物。該等全芳族聚醯胺纖維具有10至20μm的平均纖維直徑及100至1,000μm的平均纖維長度。該組成物可熔融加工且可被熔融成型為滑動件，該等滑動件於配合金屬製（如鋁、銅、鋅或鎳）滑動對應件使用時具有低磨損。

Description

氟樹脂及聚醯胺纖維組成物及由其製得之滑動件
本發明係關於一種組成物，其為可熔融加工之氟樹脂與特定直徑及長度的全芳族聚醯胺纖維之混合物。該組成物可熔融加工且可被熔融成型為具有低磨損率之滑動件。
聚四氟乙烯(本文又稱為PTFE)具有低摩擦係數及絕佳的熱抗性及化學抗性。然而，PTFE通常需配合使用填料，以製備對於特定用途具有足夠抗磨損性及抗潛變性之PTFE組成物。用於PTFE之本領域已知填料包括無機填料(例如玻璃纖維、碳纖維、石墨、二硫化鉬及青銅粉末)及有機填料(例如芳族聚酯、聚醯亞胺、聚苯硫醚及芳族聚醯胺)。PTFE成型粉末及填料組成物並無法熔融加工，但可利用例如壓縮成型的製程而成型為商業用途的滑動件或密封件。
然而，用於滑動件(如密封環)之商業製造程序的數目相當大，且受限於PTFE並無法熔融加工的事實，由PTFE組成物進行例如滑動件的商業量產並不容易。其結果，用於製造PTFE滑動件的方法通常造成大量浪費進而導致成本增加。
為了要克服此生產力的問題，文獻中提到曾有人將前述填料與可熔融加工之氟樹脂混合，例如四氟乙烯-全氟烷基乙烯醚共聚物樹脂(本文又稱為PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(本文又稱為FEP)以及四氟乙 烯-乙烯共聚物(本文又稱為ETFE)，這些氟樹脂均可熔融加工且具有絕佳的成型性，即便其摩擦特性不及於PTFE，並使成型性與摩擦磨損特性相配合以獲得滑動件或密封件。舉例來說，文獻中曾提到一種將石墨、聚苯硫醚或芳族聚醯胺纖維等混合入可熔融加工之氟樹脂而得的組成物，其可利用射出成型等進行熔融加工。
此外，輕量化、微小化及環保措施近來在許多種液壓裝置或滑動機械已有所進展，而增加使用輕量軟質金屬(如鋁合金)的機會。
若是滑動對應件是輕量軟質金屬(如鋁合金)，由於對應件金屬材料容易被利用含有無機填料的傳統樹脂組成物成型而得的滑動件或密封件磨損或損壞，因此經常使用添加了有機填料粒子或纖維(例如聚醯亞胺樹脂或全芳族聚醯胺樹脂，此等有機填料具有高強度且比無機填料更軟)的元件。可參見例如以下文獻：日本公開專利申請案第平H02[1990]-163147號；日本公開專利申請案第H06[1994]-122887號；以及日本公開專利申請案第2006-225433號。
如上所述，為了克服PTFE無法熔融加工造成的生產力問題，曾有人試圖由可熔融加工之氟樹脂(例如PFA、FEP或ETFE，其具有絕佳成型性)獲得滑動件或密封件，雖然這類樹脂的摩擦特性不及於PTFE。然而，由於可熔融加工之氟樹脂(例如PFA)的摩擦特性不及於PTFE，填料的使用是必要的。然而，由於填料的添加也會降低可熔融加工之氟樹脂的成型性，很難發展出一種組成物，其既可提升摩擦磨損特性又可維持良 好的成型性以作為可熔融加工之氟樹脂的優點並且滿足滑動件所需的性能。此外，由於有機填料不會損壞對應件，近來已有人開始評估有機填料的使用。然而，熱塑性樹脂填料在與氟樹脂揉合時會熔化，因而無法展現填料的作用。此外，若是使用纖維性填料，因為外加填料的纏結會產生偏析而無法提供穩定的摩擦磨損特性，故無法達成充分的熔融混合。
本發明之目的在於提供一種用於滑動件之組成物，其含有有機纖維且可利用熱熔融成型法(特別是射出成型)而成型，且具有絕佳的摩擦磨損特性本發明之再一目的在於提供一種由此組成物製得之密封件或滑動件。
本案之發明人審視了前述問題並潛心實驗以解決這些問題。結果，發明人發現可在可熔融加工之氟樹脂中使用全芳族聚醯胺纖維以作為具有相對較長之纖維長度的填料，並將其添加至可熔融加工之氟樹脂中而完成本發明，進而解決上述問題。
本發明提供一種氟樹脂組成物，其中將可熔融加工之氟樹脂粉末與全芳族聚醯胺纖維(平均纖維直徑為10至20 μm、平均纖維長度為10至1,000 μm)調合在一起，且本發明提供一種滑動件，其係由該組成物的熔融加工而獲得。
在一實施例中，本發明為一種氟樹脂組成物，其中將全芳族聚醯胺纖維(平均纖維直徑為10至20 μm、 平均纖維長度為200至900 μm)與可熔融加工之氟樹脂混合在一起。在一實施例中，本發明為一種組成物，其中全芳族聚醯胺纖維的平均纖維長度為250至600 μm。
在一實施例中，本發明為一種組成物，其中全芳族聚醯胺纖維為該組成物的5至25 wt%。
在一實施例中，本發明為一種組成物，其中全芳族聚醯胺纖維為對位型全芳族聚醯胺樹脂。
在一實施例中，本發明為一種組成物，其中基於JIS K 7218(A方法)相對於鋁合金(ADC-12)之磨損因子為20.0×10-6(cm3．sec/kg．m．hr)或更小，在另一實施例中，本發明為一種組成物，其中磨損因子為15.0×10-6或更小，在另一實施例中，本發明為一種組成物，其中磨損因子為10.0×10-6或更小。
在一實施例中，本發明之組成物係透過一用以獲得可熔融加工之氟樹脂與全芳族聚醯胺纖維之粉末混合物的製程(I)及一用以熔融混合該粉末混合物的製程(II)而製備。在另一實施例中，前述熔融混合製程包括一混合製程，用於利用一熔融混合擠製機以施加一剪應力。在另一實施例中，可熔融加工之氟樹脂為集結粉末，其平均粒徑為10 μm或更小，其中膠體顆粒集結在一起。在另一實施例中，可熔融加工之氟樹脂細粉及全芳族聚醯胺纖維係由雙軸旋轉混合器混合在一起。
在本發明一實施例中，包含於前述成型滑動件內的全芳族聚醯胺纖維係以各纖維的雜散狀態分散至可熔 融加工之氟樹脂中，如圖1A、1B、2A及2B的電子顯微照片所示。
本案發明人發現，當特定直徑與長度的芳族聚醯胺纖維被加至可熔融加工之氟樹脂時，纖維與樹脂會彼此好好的纏結在一起，以大幅提升摩擦磨損特性。舉例而言，相較於其中使用相同的全芳族聚醯胺粒子作為填料的情形，摩擦磨損特性係被大幅提升。經發現，組成物的成型性在前述的纖維長度範圍內並未有明顯的負面影響。因此，由發明人研發而得的組成物中，摩擦磨損特性之弱點被強化了，且同時也維持了可熔融加工之氟樹脂固有的高成型性，並且使滑動件展現高性能。
發明人的這項發現是先前技術並未達成的不可預期之成果。在摩擦磨損特性之提升方面，舉例而言，前述日本專利文獻有提出包含可熔融加工之氟樹脂及全芳族聚醯胺(與其它成分)之組成物。然而，在這些文獻的任一者中，均未指出由於全芳族聚醯胺形狀所造成的不同。換言之，其並未分辨出粒子形狀與纖維形狀。此外，關於成型性的維持方面，一般而言，文獻中通常認為所添加之填料越大(即填料纖維越長)，則組成物的成型性就越差。然而，經發現本發明使用的全芳族聚醯胺纖維有別於其他纖維，且即使用了相對長的纖維，在前述的範圍內組成物的成型性只有被些微影響，因而顯示出不同的性質。
此外，本發明之組成物在高摩擦磨損特性方面表現優異，即使並不存在有別於全芳族聚醯胺纖維的填料。
於本發明中，「可熔融加工之氟樹脂」代表於熔融狀態下可流動之氟樹脂，且其可由熔融狀態利用傳統已知的熔融成型機器(例如擠製機或射出成型機)成型為產品(例如薄膜、纖維、和管件)，其中成型產品在所欲用途上可具有充分的強度及耐用性(韌性)。
本發明中可熔融加工之氟樹脂包括例如單體(其係選自四氟乙烯、氯三氟乙烯、六氟丙烯、全氟(烷基乙烯醚)、偏二氟乙烯及氟乙烯)之聚合物或共聚物，或這些氟化單體與非氟化單體(例如乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烷)之共聚物，或這些氟化單體與具有參鍵之非氟化單體(例如乙炔及丙炔)之共聚物。
本發明之可熔融加工之氟樹脂的實例包括四氟乙烯-全氟(烷基乙烯醚)共聚物(PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯-六氟丙烯-全氟(烷基乙烯醚)共聚物、四氟乙烯-乙烯共聚物(ETFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)及氯三氟乙烯乙烯共聚物(ECTFE)。然而，本發明並不僅限於這些氟樹脂。在一實施例中，四氟乙烯-全氟(烷基乙烯醚)共聚物之全氟(烷基乙烯醚)的烷基為1至5。在另一實施例中，四氟乙烯-全氟(烷基乙烯醚)共聚物之全氟(烷基乙烯醚)的烷基為1至3。
此種氟樹脂為市售者。舉例而言，PFA樹脂可由以下商品名購得：Teflon(註冊商標)PFA(DuPont-Mitsui Fluorochemicals Co.,Ltd.)、Neoflon(註冊商標)PFA (Daikin Industries,Ltd.)以及Fluon(註冊商標)PFA(Asahi Glass Co.,Ltd.)。
在這些可熔融加工之氟樹脂中，雖然對於熔融黏度或分子量沒有特別限制，但若可熔融加工之氟樹脂是利用射出成型來成型，則可熔融加工之氟樹脂的熔融黏度較佳為10至60 g/10 min之熔融指數(根據ASTM D1238，於372℃及5 kg負載下量測)。
就混合效率而言，可熔融加工之氟樹脂較佳為聚合物粒子；然而，可將可熔融加工之氟樹脂利用文後之理想方法(包括粉碎法)改變為粉末或小丸粒形狀。可與全芳族聚醯胺纖維製備成粉末混合物的任何形狀之可熔融加工之氟樹脂皆可採用。
作為用於此可熔融加工之樹脂組成物中的氟樹脂粉末，較佳係使用平均粒徑為10 μm或更小的集結粉末，較佳7 μm或更小，更佳5 μm或更小，其中膠體粒子之平均粒徑較佳為約0.2 μm。舉例而言，可將電解物質添加至可熔融加工之氟樹脂的水性分散液中而獲得此集結粉末，其係由以下方法獲得：乳化-聚合可熔融加工之氟樹脂(平均粒徑約0.1至0.3 μm)的約1至75 wt%膠體粒子至水中、集結可熔融加工之氟樹脂的膠體粒子同時進行機械攪拌、將其自水性介質中分離、視需要以水沖洗以及乾燥。
在本發明中，可熔融加工之氟樹脂粉末的平均粒徑(d50)為將顆粒分散至水中後利用粒徑量測儀(裝置名稱為：Microtrac X100，由Leeds & Northrup Co.生產)基於雷射繞射法所量測而得的顆粒粒徑。d50代表當粉末 以特定粒徑分成兩堆時小粒子與大粒子數量相等時的直徑，其代表量測樣本的平均粒徑。
於本發明中，「全芳族聚醯胺纖維」代表合成纖維，其係由其中芳族單體經由醯胺鍵聚合之聚合物製得，且此等纖維在相關領域又稱為「醯胺纖維」(aramid fibers)。由於全芳族聚醯胺纖維具有絕佳的物理及化學性質，此等纖維在產業上非常有用。於本發明中，「纖維」為此等高強度纖維被剪短並主要利用將纖維與樹脂、混凝土、橡膠等等混合而用作為強化材料者。
本發明所使用的全芳族聚醯胺纖維可明顯與傳統粒子形全芳族聚醯胺區別，即後者為全芳族聚醯胺「粒子」。如上所述，本發明的全芳族聚醯胺纖維為剪成特定長度並維持纖維結構的短纖維。相反的，全芳族聚醯胺粒子，舉例而言，係透過利用已知粉碎機(例如球磨機或噴射磨機)將剪成特定尺寸之短纖維或聚合物團塊粉碎而得。或將全芳族聚醯胺聚合物溶液導入水性固化溶液中，進行固化同時攪拌並剪切以獲得纖條狀、漿狀及纖維性無定形水性成型產品，並將此成型產品利用液態氮等冷凍而不經過乾燥製程，並利用水的膨脹進行細微粉碎(參見例如日本公開專利申請案第2008-106086號，段落[0016])。因此，全芳族聚醯胺「粒子」並未維持纖維結構。
全芳族聚醯胺纖維並不特別限制，只要其主鏈中包含芳香環；然而，就熱抗性或摩擦磨損特性而言，較佳係使用對位型全芳族聚醯胺。於本發明中，「對位型全芳族聚醯胺」代表在構成全芳族聚醯胺的每一個單體之 前與之後負責與單體單元連接的部分存在一對位位置。針對對位型全芳族聚醯胺，舉例而言，可使用聚對苯二甲醯對苯二胺、共聚對苯二甲醯對苯-3,4’-氧二苯二胺等等。於本發明中，間位型全芳族聚醯胺係稱為其他用途的芳族聚醯胺。於本發明中，「間位型全芳族聚醯胺」代表在構成全芳族聚醯胺的每一個單體之前與之後負責與單體單元連接者存在一間位位置。
以下產品為市售上的芳族聚醯胺。舉例而言，對位型全芳族聚醯胺有TWARON(註冊商標)及TECHNORA(註冊商標)(由Teijin Technoproducts K.K.製造)以及Kevlar(註冊商標)(由DuPont-Toray Co.,Ltd.製造)。此外，間位型全芳族聚醯胺則有CONEX(註冊商標)(由Tejin Ltd.製造)及NOMEX(註冊商標)(由DuPont-Toray Co.,Ltd.製造)。
本發明使用的全芳族聚醯胺纖維其平均纖維直徑為10至20 μm，較佳為12至17 μm，例如12至13、13至14、14至15、15至16或16至17 μm，其平均纖維長度為100至1,000 μm，較佳為200至900 μm，更佳為200至800 μm，又更佳為250至600 μm，例如250至300、300至350、350至400、400至450、450至500、500至550及550至600 μm。
針對本發明之全芳族聚醯胺纖維，係視需要將欲使用的纖維取出並以顯微鏡放大，以量測50條纖維的纖維長度及纖維直徑，並確認其平均值。
適用於本發明的全芳族聚醯胺纖維係由以下方式製備：將具有絕佳高強度、高彈性模數、尺寸安定性、 400℃或更高的熱抗性、化學抗性等等的全芳族聚醯胺樹脂形成纖維，在利用溶液紡絲法將此聚醯胺樹脂形成纖維後，剪切這些纖維並將其粉碎成短纖維。其形狀為針狀及纖維狀；然而，於纖維的形狀中，通常數條纖維在前述製備過程中融合在一起。其特徵在於全芳族聚醯胺纖維比無機填料更軟，即便是具有高強度。
此外，可用的全芳族聚醯胺纖維具有對位型結構，其平均纖維直徑較佳為10至20 μm。
若是纖維直徑比10 μm更細，則全芳族聚醯胺纖維的摩擦磨損特性並無法彰顯，而若纖維直徑比20 μm更粗，則較不易分散至氟樹脂內，而造成一樣較差的摩擦磨損特性。
較佳者為平均纖維長度為100至1,000 μm之獨立全芳族聚醯胺纖維。若平均纖維長度小於100 μm，則摩擦磨損特性並無法彰顯，而若平均纖維直徑大於1,000 μm，則較不易分散至氟樹脂內，這就滑動件而言並無法接受。平均纖維長度較佳為200至900 μm，更佳為250至600 μm。
以可熔融加工之氟樹脂與全芳族聚醯胺纖維的合併重量計，將前述全芳族聚醯胺纖維混入氟樹脂的混合比例較佳為5至25 wt%，更佳為7至20 wt%，又更佳為10至18 wt%。若氟樹脂組成物中全芳族聚醯胺纖維的數量小於5 wt%，將無法獲得混合物功效，而若其數量大於25 wt%，則全芳族聚醯胺纖維並無法與氟樹脂充分混合，因而造成成型產品非常容易破裂。
本發明的可熔融加工之氟樹脂混合組成物可利用熔融混合法由可熔融加工之氟樹脂與全芳族聚醯胺纖維形成。
本發明的可熔融加工之氟樹脂組成物可利用例如熔融混合製程而獲得。具體而言，本發明的可熔融加工之氟樹脂組成物可由具有以下步驟的製程獲得：(I)乾燥混合細微的可熔融加工之氟樹脂粉末與全芳族聚醯胺纖維以獲得一可熔融加工之氟樹脂粉末混合物，以及(II)利用擠製機以熔融混合所得之粉末混合物。
在一實施例中，本發明的可熔融加工之氟樹脂組成物係透過以下方式製備：預先將細微的可熔融加工之氟樹脂粉末(平均粒徑為10 μm或更小)與全芳族聚醯胺纖維(平均纖維直徑為10至20 μm、平均纖維長度為100至1,000 μm)混合以獲得可熔融加工之氟樹脂粉末混合物，其中全芳族聚醯胺纖維係預先均勻分散於細微的可熔融加工之氟樹脂粉末內，以及將所得粉末混合物倒入熔融混合擠製機中並熔融混合該粉末混合物。藉此，可利用剪應力將全芳族聚醯胺纖維更均勻的分散於可熔融加工之氟樹脂中，因而可將全芳族聚醯胺纖維製備期間融合的纖維分開，因此獲得獨立的纖維分布在整個氟樹脂內。
由可熔融加工之氟樹脂粉末與全芳族聚醯胺纖維組成的可熔融加工之氟樹脂粉末混合物較佳係進一步熔融混合，以獲得均勻的可熔融加工之氟樹脂組成物。此熔融混合步驟較佳係利用熔融混合擠製機施加剪應力而達成。在此情形下，欲降低熔融混合擠製機之料斗 內的結合，亦可將這些成分利用壓實機壓實後再用熔融混合擠製機進行熔融混合。
針對熔融混合製程中使用的熔融混合擠製機，就剪應力而言，較佳係使用高速雙軸擠製機，例如Toyo Seiki Co.,Ltd.所生產的雙軸擠製機2D30W2，以更有效地將全芳族聚醯胺纖維分散於整個細微可熔融加工之氟樹脂粉末。
在利用高速旋轉混合器將可熔融加工之氟樹脂粉末(平均粒徑為10 μm或更小)與全芳族聚醯胺纖維(平均纖維直徑為10至20 μm、平均纖維長度為100至1,000 μm)預先混合並利用熔融混合擠製機將混合物熔融混合的方法中，由於可熔融加工之氟樹脂粉末與全芳族聚醯胺纖維係利用高速旋轉混合器預先均勻混合，故熔融混合擠製機的熔融混合時間可被縮短。於熔融混合擠製機中，融合的纖維大多被散開。因此，對於可熔融加工之氟樹脂，特別是在使用例如具有高熔融成型溫度的PFA之樹脂的情形中，可藉由縮短熔融混合時間而避免全芳族聚醯胺纖維的分解。
本發明的優點之一在於並不需要將其他填料添加至可熔融加工之氟樹脂組成物。然而，若有需要，亦可將平均粒徑為200 μm或更小的其他無機或有機粉末或纖維(其通常可作為氟樹脂組成物之填料)以不影響本發明目的的數量進行混合。舉例而言，可使用玻璃填料(如玻璃纖維或玻璃珠)、親水性填料(如礬土粉末、硫酸鈣、碳酸鈣或青銅粉末)、半親水性填料(如鈦酸鉀纖維、滑石、氧化鋅粉末、碳纖維、二硫化鉬及石墨 粉末)、有機填料(如聚醯亞胺、聚醯胺、聚苯硫醚及聚醚醚酮)等等。市場上的產品均可使用，只要其為具有前述平均粒徑及/或前述平均纖維長度的填料。
此外，於本發明中，在本發明之滑動件或密封件的理想特性不被破壞的範圍內，可混合安定劑或添加劑，例如氧化安定劑、耐熱安定劑、耐候安定劑、阻燃劑及色料。
將本發明的可熔融加工之氟樹脂組成物熔融成型為具有各種形狀的成型產品(滑動件或密封件)之方法並不特別限制，且可利用熔融成型可熔融加工之氟樹脂組成物的已知方法來成型各種所欲成型產品。然而，特別是可利用射出成型法來得到成型產品之特性。
由於本發明的樹脂組成物可被熔化，故其可應用於需要使組成物熔化的熔融成型法，例如射出成型、擠製成型及類似方法。成型期間的熔化溫度可根據特定氟樹脂而適當設定。然而，一般適合本組成物之熔融成型溫度為340至400℃，特別是350至380℃。
本發明的滑動件可用來相對於對應件而滑動。舉例而言，其可用於軸承、密封環、活塞環及類似物中。若本發明的滑動件係用於前述用途，則滑動件表面的動摩擦係數係有效降低，滑動件即使沒有潤滑也只有少量磨損，且還可有效預防對應件的磨損。
本發明的滑動件較佳係適用於金屬製之對應件，特別適用於軟金屬製之對應件。若對應件是金屬製，由於輕微磨損的金屬會作為磨料，因此滑動件與對應件的磨損通常變得十分顯著。特別是軟金屬製之對應件的磨損 更為顯著。然而，於本發明中，即使是在這類情形中，防止磨損的的效果可更為有效。
對應件之構成金屬的實例包括鋁、不銹鋼、鐵、銅、鋅、鎳及類似物以及其合金。針對這些金屬，本發明的滑動件展現出較佳的功效，特別是對於容易磨損的軟金屬而言，例如鋁、銅、鋅及鎳。其中，滑動件對於鋁具有優異的效能。
實例
應用實例
以下透過應用實例與比較例進一步詳細說明本發明。然而，本發明並不欲受限於這些實例。
製造實例1的製備
將平均纖維直徑12 μm及平均纖維長度100 μm的全芳族聚醯胺纖維與原料PFA粉末混合，其比例為醯胺纖維10重量份及PFA粉末90重量份，倒入henschel混合器內，並以3,400 rpm的轉速混合10 min。利用批次式熔融混合器(KF-70，由Tokyo Seiki Co.,Ltd.製造)將所得粉末混合物於350℃及50 rpm下熔融混合3分鐘，以獲得複合材料組成物。將所得複合材料組成物利用造粒機剪切以獲得小丸粒。
製造實例2的製備
使用與製造實例1類似的方法獲得所欲小丸粒，差別點在於此處係混合平均纖維直徑12 μm及平均纖維 長度1,000 μm的全芳族聚醯胺纖維10重量份與PFA粉末90重量份。
製造實例3的製備
使用與製造實例1類似的方法獲得所欲小丸粒，差別點在於此處係混合平均纖維直徑12 μm及平均纖維長度250 μm的全芳族聚醯胺纖維10重量份與PFA粉末90重量份。
製造實例4的製備
使用與製造實例1類似的方法獲得所欲小丸粒，差別點在於此處係混合平均纖維直徑12 μm及平均纖維長度600 μm的全芳族聚醯胺纖維10重量份與PFA粉末90重量份。
製造實例5的製備
使用與製造實例1類似的方法獲得所欲小丸粒，差別點在於此處係混合平均纖維直徑17 μm及平均纖維長度600 μm的全芳族聚醯胺纖維10重量份與PFA粉末90重量份。
比較例1的製備
使用與製造實例1類似的方法獲得所欲小丸粒，差別點在於此處係混合平均粒徑25 μm的全芳族聚醯胺粉末10重量份與PFA粉末90重量份。
比較例2的製備
使用與製造實例1類似的方法獲得所欲小丸粒，差別點在於此處並未添加填料至PFA粉末。
比較例3的製備
使用與製造實例1類似的方法獲得所欲小丸粒，差別點在於此處將碳纖維(纖維長度：110 μm)5重量份及石墨2重量份與PFA粉末93重量份混合在一起。
比較例4的製備
將碳纖維(110 μm)10重量份與PTFE粉末90重量份加以混合，並利用henschel混合器均勻混合，以獲得一粉末混合物。
比較例5的製備
將平均粒徑25 μm的全芳族聚醯胺粒子添加至改質PTFE，並利用與比較例4類似的方法獲得一粉末混合物。
應用實例1：摩擦磨損測試
將前述方法製備而得的製造實例1至5與比較例1至3之小丸粒置入一預定模具內(尺寸：35 mm,150 mm)，將溫度維持在350℃達3.5小時以使樹脂熔化，並於室溫冷卻同時在3.5 MPa的壓力下維持壓縮達1小時，以獲得柱狀成型零件，其直徑為35 mm而高度為43 mm。對於比較例4及5的PTFE，分別將粉末混合 物於600 kg/cm2及300 kg/cm2的加壓下初步成型、於370℃烘烤3小時，以獲得柱狀成型零件，其直徑為50 mm及高度為100 mm。透過剪切從這些柱狀成型零件製備外徑25.7 mm、內徑20 mm而高度20 mm的環，並將其作為樣本。依照JIS K 7218(A方法)(JIS Handbook 26，塑膠I測試，2005，Japanese Standards Association)，利用兩段式摩擦磨損測試儀(由Intesco K.K.製造)，選擇ADC-12鋁合金作為對應件，在8.0 kg/cm2負載及滑動速度0.5 m/sec的條件下利用24小時的滑動測試來量測磨損量。在完成測試後，利用磨損因子及摩擦係數來表示磨損量。結果如下表1所示。
如表1所示，在全芳族聚醯胺纖維中(製造實例1至5)，相較於全芳族聚醯胺粒子(比較例1)，PFA樹脂的摩擦磨損特性被大幅提升。由這些結果，可發現作為具有可熔融加工之氟樹脂基材而用於滑動件之組成物的填料，纖維性填料比粒子狀填料更為適合。特別是在纖維長度為250 μm與600 μm(製造實例3、4及5)的全芳族聚醯胺纖維情形中，可獲得提升的摩擦磨損特性，且這些數值比具有PTFE基材的組成物(比較例4及5)以及使用全芳族聚醯胺粒子之實例(比較例1)更高。
應用實例2：往復磨損測試(I型)
為了進一步了解製造實例3及4之組成物的效能，利用往復磨損測試儀TYPE 30S(由Shinto Kagaku K.K.製造)針對射出成型樣本進行MD方向、CD方向及厚度方向的磨損損失重量測試，測試條件如下：磨損環H-22、負載1,000 g、行程30 mm、往復速度60次/min、往復循環4,000次、溫度23±2℃、濕度50±5 RH。結果如表2所示。於此，MD方向代表與成型期間之樹脂流垂直的方向(機械方向)，CD方向代表水平方向(穿越機械方向)，而TD方向代表厚度方向(橫截方向)。
在這些組成物之任一者中，可確認在所有方向及射出方向上均有摩擦磨損特性的提升。出乎意料的是，製造實例4的組成物(其中聚醯胺纖維長度為600 μm)在所有方向上均顯示摩擦磨損特性的提升。
應用實例3：熔融流速(MFR)量測
依照ASTM D-1238-95，利用Toyo Seiki Co.,Ltd.生產的熔融指數儀(具有抗腐蝕柱體、模具及活塞)，將5 g樣本填入內徑9.53 mm的柱體內，在372±1℃維持5分鐘，並於5 kg負載(活塞及荷重)下從內徑2.1 mm而長度8 mm的孔口壓出。取得此時的壓出速率(g/10 min)作為MFR。經確認，製造實例1至5的組成物之MFR為11.2至21.1 g/10 min，且其即便在加入全芳族聚醯胺纖維後仍維持高成型性。
應用實例4：顯微鏡測試
將製造實例3及4的組成物射出成型，並將所得樣本於各方向剪切，且以顯示纖維之分散狀態的圖1A、1B、2A及2B之電子顯微照片觀察之。
由任一圖中，可了解到所添加的纖維並非成束狀，而是獨立的纖維狀態，且這些纖維係均勻的分散至氟樹脂內。此外，在纖維長度較長的製造實例4中，纖維方向更為隨機，因而顯示出充填效果。
於本發明提供的可熔融加工之氟樹脂組成物中，由於全芳族聚醯胺纖維屬於硬度較低且比無機填料軟的有機填料，且其係作為填料而有效分散至可熔融加工之 氟樹脂內，由輕量軟質金屬(例如鋁)製成的對應件並不易被磨損或損壞，且此組成物具有絕佳的磨損阻抗特性(例如低度自我磨損)，因此可應用至各種滑動件。
此外，由於本發明所提供的可熔融加工之氟樹脂組成物可利用熱熔融成型法進行成型(特別是射出成型法)，故此組成物可被成型為複雜的形狀。液壓密封環、活塞環、氣體壓縮機的密封環、高溫及高壓密封件、機械軸封、墊片及類似物均為本發明氟樹脂組成物之可能最終成型產品的實例。
附圖顯示本發明實例，以增強對本發明概念的理解。
圖1A及1B為PFA樹脂及全芳族聚醯胺纖維(平均纖維直徑12 μm、平均纖維長度250 μm)之熔融混合組成物的電子顯微照片。圖1A為MD方向之示圖(代表機械方向)，其與樹脂流於成型期間之方向相符。圖1B為TD方向之示圖(代表橫截方向)，其與樹脂流於成型期間之方向垂直。
圖2A及2B為PFA樹脂及全芳族聚醯胺纖維(平均纖維直徑12 μm、平均纖維長度600 μm)之熔融混合及射出成型組成物的電子顯微照片。圖2A為MD方向之示圖，而圖2A為TD方向之示圖。

Claims (7)

  1. 一種氟樹脂組成物，包含可熔融加工之氟樹脂以及全芳族聚醯胺纖維，其中該全芳族聚醯胺纖維具有10 μm至20 μm之平均纖維直徑及100 μm至1,000 μm之平均纖維長度。
  2. 如請求項1所述之組成物，其中該全芳族聚醯胺纖維之平均纖維長度為200 μm至900 μm。
  3. 如請求項1所述之組成物，其中該全芳族聚醯胺纖維之平均纖維長度為250 μm至600 μm。
  4. 如請求項1或2所述之組成物，其中該全芳族聚醯胺纖維包含該組成物之5重量百分比至25重量百分比。
  5. 如請求項1至3中任一項所述之組成物，其中該全芳族聚醯胺纖維包含對位型全芳族聚醯胺樹脂。
  6. 一種滑動件，係藉由將請求項1至5中任一項所述之組成物進行熔融成型而獲得。
  7. 如請求項6所述之滑動件，具有一金屬滑動對應件，其中該金屬包含鋁、銅、鋅或鎳。
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