TW202130927A - 滑動構件的製造方法及滑動構件 - Google Patents

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Abstract

有關本發明的其中一樣態之滑動構件的製造方法，乃是以乙烯-四氟乙烯共聚物為主成分之滑動構件的製造方法，具備：對以乙烯-四氟乙烯共聚物為主成分之材料進行加工之工序；以及對以上述進行加工的工序所得到的加工體照射電子線之工序。

Description

滑動構件的製造方法及滑動構件
本發明有關滑動構件的製造方法及滑動構件。 本申請案基於2019年12月13日申請的日本申請第2019-225660號案主張優先權，並援用記載在上述日本申請案之全部的記載內容。
滑動構件用於例如汽車用引擎及他的產業機械用引擎的軸承、汽車方面的驅動零件、活塞密封墊等。作為這樣的滑動構件，把氟樹脂特別是聚四氟乙烯(PTFE)使用在表層者是公知的(參閱日本特開2018-185007號專利公報)。已使用PTFE的方式，除了維持耐磨耗性並減低與相接觸材料的動摩擦係數之外，還可以讓滑動構件在機械強度、耐化學藥品性、易滑性、耐熱性、耐候性、耐燃性等更為優異。亦即，使用PTFE的滑動構件具有優異的滑動性。
上述滑動構件，係把以PTFE為主成分的材料利用例如擠製成型層疊到基材，對該材料以無氧環境氣體且熔融狀態下照射電子線來製造。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2018-185007號專利公報
有關本發明的其中一樣態之滑動構件的製造方法，乃是以乙烯-四氟乙烯共聚物為主成分之滑動構件的製造方法，具備：對以乙烯-四氟乙烯共聚物為主成分之材料進行加工之工序；以及對以上述進行加工的工序所得到的加工體照射電子線之工序。
與本發明的另一個樣態有關滑動構件，乃是以乙烯-四氟乙烯共聚物為主成分之滑動構件，係利用電子線的照射讓乙烯-四氟乙烯共聚物交聯。
[本發明欲解決之課題]
在使用了PTFE之滑動構件中，以無氧環境氣體且熔融狀態下照射電子線的方式使其適度交聯，體現出其優異的特性。從而，在製造使用了上述習知的PTFE的滑動構件之情況下，用於作為無氧環境氣體且熔融狀態的設備，從必要的能量及時間這一點來看，在其製造效率方面是有改善的餘地。
本發明是有鑑於上述的情事而為之創作，其目的在於提供一種滑動性優異且可以提高製造效率之滑動構件的製造方法及滑動構件。
[發明效果] 本發明的滑動構件的製造方法及本發明的滑動構件係滑動性優異，且提高了它們的製造效率。
[本發明的實施方式的說明] 本案發明者們，發現到除了經由四氟乙烯的聚合所得到的聚四氟乙烯(PTFE)，以經由乙烯與四氟乙烯的聚合所得到的乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)的方式，在電子線的照射時即便不是在無氧環境氣體且熔融狀態下也可以得到滑動性優異的滑動構件，進而完成本發明。
亦即，有關本發明的其中一樣態之滑動構件的製造方法，乃是以乙烯-四氟乙烯共聚物為主成分之滑動構件的製造方法，具備：對以乙烯-四氟乙烯共聚物為主成分之材料進行加工之工序；以及對以上述進行加工的工序所得到的加工體照射電子線之工序。
該滑動構件的製造方法，係以氟樹脂也就是乙烯-四氟乙烯共聚物作為滑動構件的主成分的緣故，所以得到了滑動性優異的滑動構件。而且，在該滑動構件的製造方法中，在電子線的照射時沒有必要用無氧環境氣體且把上述加工體做成熔融狀態的緣故，所以提高了製造效率。
作為照射上述電子線的工序下的電子線的照射線量，係200kGy以上為佳。如此，以把電子線的照射線量決定在上述下限以上的方式，可以使所得到的滑動構件的滑動性更確實提升。
作為照射上述電子線的工序下的電子線的照射線量，係350kGy以下為佳。如此，以把電子線的照射線量決定在上述上限以下的方式，容易確保所得到的滑動構件的機械強度。
照射上述電子線的工序的條件可以不是無氧環境氣體，且上述加工體不為熔融狀態。如此，在不是無氧環境氣體，且不為熔融狀態的條件下照射電子線的方式，更確實提高製造效率。
照射上述電子線的工序的環境氣體溫度可以是常溫。如此，以把上述環境氣體溫度決定為常溫的方式，進行加熱或是冷卻的設備或能量遂無必要，所以更進一步提高製造效率。
上述照射電子線的工序的環境氣體可以是空氣。如此，以把上述環境氣體決定為空氣的方式，調整環境氣體的設備或能量遂無必要，所以更進一步提高製造效率。
在上述加工的工序下的加工方法可以是射出成型。如此，以把上述進行加工的工序下的加工方法決定為射出成型的方式，可以預先把加工體做成期望的滑動構件的形狀。為此，沒有必要在照射電子線的工序後加工或是調整成期望的形狀的緣故，可以更進一步提高製造效率。
與本發明的另一個樣態有關滑動構件，乃是以乙烯-四氟乙烯共聚物為主成分之滑動構件，係利用電子線的照射讓乙烯-四氟乙烯共聚物交聯。
該滑動構件係以乙烯-四氟乙烯共聚物為主成分的緣故，所以製造效率高。而且，該滑動構件係經由電子線的照射讓乙烯-四氟乙烯共聚物交聯的緣故，所以滑動性優異。
在差示掃描量熱法所致之DSC曲線上存在有上述乙烯-四氟乙烯共聚物的吸熱曲線尖峰，上述吸熱曲線尖峰相對於未交聯的乙烯-四氟乙烯共聚物的吸熱曲線尖峰偏移到低溫側，作為其偏移量，可以是11℃以上20℃以下。如此，以把上述偏移量決定在上述範圍內的方式，可以確保該滑動構件的機械強度，並提高滑動性。
作為以差示掃描量熱法所致之DSC曲線所規定出之上述乙烯-四氟乙烯共聚物的吸熱量相對於未交聯的乙烯-四氟乙烯共聚物的吸熱量的比，可以是0.8以上0.9以下。如此，以把上述吸熱量的比決定在上述範圍內的方式，可以確保該滑動構件的機械強度，並提高滑動性。
在此，所謂「主成分」，說的是含量最多的成分，例如含量為50質量%以上的成分。而且，所謂「常溫」，指的是不熱不冷之自然的溫度，通常說的是15℃以上35℃以下的溫度。
所謂「差示掃描量熱法所致之DSC曲線上的吸熱曲線尖峰」，指的是DSC曲線中，吸熱量的絕對值為最大的溫度(圖3的P)。而且，所謂「以DSC曲線規定出的吸熱量」，係如圖3表示，相當於以吸熱曲線尖峰附近的DSC曲線與基線BL所圍出的面積S。而且，「未交聯的乙烯-四氟乙烯共聚物」，係可以從進行過電子線照射的乙烯-四氟乙烯共聚物溶解到溶劑而回收。
[本發明的實施方式之詳細] 以下，有關本發明的滑動構件的製造方法及滑動構件的實施方式，參閱圖面並詳細說明。
[滑動構件的製造方法] 與本發明的其中一樣態有關的滑動構件的製造方法，乃是以乙烯-四氟乙烯共聚物為主成分之滑動構件的製造方法。該滑動構件的製造方法係如圖1表示，具備：對以乙烯-四氟乙烯共聚物為主成分之材料進行加工之工序S1、以及對在進行加工的工序S1所得到的加工體照射電子線之工序S2。
＜進行加工的工序＞ 在進行加工的工序S1中，如上述般對以乙烯-四氟乙烯共聚物為主成分的材料進行加工。
上述材料的主成分也就是乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)，乃是聚合了乙烯(C2 H4 )與四氟乙烯(C2 F4 )之氟樹脂。ETFE比起PTFE，在機械強度或耐化學藥品性優異。
作為上述材料中的ETFE的含量的下限，係相對於加工後的加工體為60質量%為佳，85質量%為較佳，98質量%為更佳。而且，作為上述ETFE的含量，為100質量%，亦即加工後的加工體僅是ETFE者為特佳。上述ETFE的含量未達上述下限的話，是有所得到的滑動構件的滑動性下降之虞。
ETFE係在無損本發明效果的範圍內，也可以包含來自於其他的共聚合性單體的聚合單位。作為上述聚合單位，可以舉例有例如全氟(烷基乙烯醚)、六氟丙烯、(全氟烷基)乙烯、三氟氯乙烯等。作為上述聚合單位的含有比例的上限，例如可以是3莫耳%。
上述材料也可以含有其他的任意成分。作為該任意成分，舉例有例如固定潤滑劑、強化劑等。如此，以含有固定潤滑劑、強化劑等的方式，可以使易滑性提升。作為上述固定潤滑劑，可以舉例有例如二硫化鉬等。而且，作為上述強化劑，可以舉例有例如玻璃絲(玻璃纖維)、球狀玻璃等的玻璃填料、碳纖維、碳酸鈣、滑石、氧化矽、氧化鋁、氫氧化鋁等的無機填充劑等。
作為加工上述材料的方法並沒有特別限定，除了公知的擠製成型、射出成型之外，還可以使用粉體塗裝、對基材的熔接或接著等。
作為在進行加工的工序S1下的加工方法，射出成型為佳。在使用了習知的PTFE之滑動構件中，在製造時為熔融狀態的緣故而容易變形，為了抑止該變形而層疊在基材的表面來進行製造。為此，為此，僅以PTFE為主成分的材料經由射出成型來構成滑動構件是困難的。相對於此，在該滑動構件的製造方法中使用ETFE作為主成分的緣故，沒有必要在製造時把上述加工體做成熔融狀態，加工體難以變形。從而，可以在該滑動構件的製造方法中預先把加工體做成期望的滑動構件的零件形狀。而且，在該滑動構件的製造方法中可以抑止在照射電子線的工序下的變形的緣故，沒有必要在照射電子線的工序後加工或調整成期望的形狀，更進一步提高製造效率。
作為在進行加工的工序S1所得到的加工體的形狀，可以配合使用作為滑動構件的零件或相對應物的形狀等所得到的滑動構件的用途或加工方法來適宜選擇，但是如上述般從製造效率的觀點來看，決定成零件形狀者為佳。
而且，上述加工體，可以是作為僅用以ETFE為主成分的材料來構成的單體，也可以是作為層疊了在基材的表面含有ETFE的表層所構成的層積體。在把上述加工體決定為層積體的情況下，作為其基材，可以使用金屬、陶瓷、橡膠材料、耐熱性樹脂等。作為上述金屬，舉例有鋁、鐵、銅、不鏽材料等。作為上述陶瓷，舉例有氧化鋁、氮化矽、碳化矽、碳化鎢等。作為上述橡膠材料，舉例有氟元素橡膠、聚矽氧橡膠、熱可塑性合成橡膠等。作為上述耐熱性樹脂，舉例有聚醯亞胺樹脂、聚醯胺醯亞胺樹脂、聚醚醚酮樹脂等。而且，作為上述表層，可以用以上述的ETFE為主成分的材料來構成。尚且，上述表層可以是覆蓋上述基材整體，也可以是層疊其一部分。
＜照射電子線的工序＞ 在照射電子線的工序S2中，如上述般對在進行加工的工序S1下得到的加工體照射電子線。
電子線被照射到構成上述加工體的ETFE。經由該電子線的照射促進ETFE的交聯，提高所得到的滑動構件的滑動性。
照射上述電子線的條件可以不是無氧環境氣體，且上述加工體不為熔融狀態。如此以在不是無氧環境氣體，且不為熔融狀態的條件下照射電子線的方式，可以減少用於無氧環境氣體且熔融狀態的設備、能量及時間的緣故，更確實提高製造效率。
特別是照射電子線的工序S2的環境氣體溫度為常溫。如此，以把上述環境氣體溫度決定為常溫的方式，進行加熱或是冷卻的設備或能量遂無必要。而且，可以抑止上述加工體的熱所致之變形的緣故，沒有必要在照射了電子線後進行上述加工體的形狀的調整。為此，更提高該滑動構件的製造方法的製造效率。
而且，上述照射電子線的工序的環境氣體可以是空氣。如此，以把上述環境氣體決定為空氣的方式，調整環境氣體的設備或能量遂無必要，所以更進一步提高製造效率。
作為照射電子線的工序S2下的電子線的照射線量的下限，200kGy為佳，220kGy較佳，240kGy更佳。另一方面，作為上述電子線的照射線量的上限，350kGy為佳，320kGy較佳。在上述電子線的照射線量未達上述下限的話，是有所得到的滑動構件的滑動性沒有充分提升之虞。相反地，上述電子線的照射線量超過上述上限的話，是有所得到的滑動構件的機械強度下降之虞。
在進行加工的工序S1所得到的加工體的形狀乃是使用作為滑動構件的零件形狀，在照射電子線的工序S2中照射電子線的條件不是熔融狀態的情況下，可以經由該電子線照射得到期望的滑動構件。另一方面，若是上述的情況以外的話，可以在配合必要照射電子線的工序後進行加工或調整成期望的形狀。
＜優點＞ 該滑動構件的製造方法，係以氟樹脂也就是乙烯-四氟乙烯共聚物作為滑動構件的主成分的緣故，所以得到了滑動性優異的滑動構件。而且，在該滑動構件的製造方法中，在電子線的照射時沒有必要用無氧環境氣體且把上述加工體做成熔融狀態的緣故，所以提高了製造效率。
[滑動構件] 與本發明的別的其中一樣態有關的滑動構件，乃是以乙烯-四氟乙烯共聚物為主成分的滑動構件。該滑動構件係利用電子線的照射讓乙烯-四氟乙烯共聚物交聯。
該滑動構件用於例如汽車用引擎及他的產業機械引擎的軸承、汽車方面的驅動零件、活塞密封墊等。該滑動構件可以用例如上述的本發明的滑動構件的製造方法來製造。
該滑動構件，可以是作為僅用以乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)為主成分的材料所構成的單體，也可以是作為在基材的表面含有ETFE的表層所構成的層積體。在把該滑動構件不作為層積體而是作為單體的情況下，作為以ETFE為主成分的材料，係可以是把以上述的滑動構件的製造方法所述的材料予以固態化的材料。而且，在把該滑動構件作為層積體的情況下，作為基材及表層，係可以是以上述的滑動構件的製造方法所述的基材及表層。
作為該滑動構件的界限PV值的下限，係500MPa･m/min為佳，700MPa･m/min為較佳。上述界限PV值未達上述下限的話，是有該滑動構件的滑動性不足之虞。另一方面，上述界限PV值的上限並沒有特別限定，可以是例如3000MPa･m/min。所謂「界限PV值」，乃是面間接觸壓力(P)與速度(V)的積，根據JIS-K-7218：1986的「塑膠的滑動磨耗試驗方法」所測定出的值。在接近界限PV值的條件下，摩擦係數及磨耗量都變大，材料難以維持其功能。為此，界限PV值是用在作為判斷滑動構件的滑動性的指標。尚且，界限PV值的測定條件，係決定為基於JIS-B-0601：2001之相接觸材料的表面粗糙度Ra=0.28μm，把面間接觸壓力(P)固定在10MPa，作為使速度變化的條件。而且，作為滑動構件的試驗片，是使用在1邊為45mm的正方形狀且厚度4.5mm的冷間壓延鋼板(SPCC材)基材上熔接了1邊為50mm的正方形狀且厚度50μmETFE膜所做出的製品。
作為該滑動構件的動摩擦係數的上限，0.15為佳，0.1較佳。上述動摩擦係數超過上述上限的話，是有該滑動構件的滑動性不足之虞。作為該滑動構件的動摩擦係數的下限並沒有特別限定，可以是0。
對該滑動構件施以差示掃描量熱法的話，在DSC曲線上存在有上述乙烯-四氟乙烯共聚物的吸熱曲線尖峰(參閱圖3)。上述吸熱曲線尖峰係相對於未交聯的乙烯-四氟乙烯共聚物的吸熱曲線尖峰往低溫側偏移。作為其偏移量的下限，係11℃為佳，12℃較佳，13℃更佳。另一方面，作為上述偏移量的上限，係20℃為佳，18℃較佳。上述偏移量未達上述下限的話，是有滑動性不充分之虞。相反地，上述偏移量超過上述上限的話，是有機械強度下降之虞。
作為以差示掃描量熱法所致之DSC曲線所被規定出之上述乙烯-四氟乙烯共聚物的吸熱量相對於未交聯的乙烯-四氟乙烯共聚物的吸熱量的比的下限，0.8為佳，0.83為較佳。另一方面，作為上述吸熱量的比的上限，0.9為佳，0.89較佳，0.88更佳。上述吸熱量的比未達上述下限的話，是有機械強度下降之虞。另一方面，上述吸熱量的比超過上述上限的話，是有滑動性不充分之虞。
＜優點＞ 該滑動構件係以乙烯-四氟乙烯共聚物為主成分的緣故，所以製造效率高。而且，該滑動構件係經由電子線的照射讓乙烯-四氟乙烯共聚物交聯的緣故，所以滑動性優異。
[其他之實施方式] 應考慮到此次揭示之實施方式係全部的特點皆為例示而並非為有所限制者。本發明揭示的範圍並非是被限定在上述實施方式之構成者，係根據申請專利範圍而表示，其意圖是包含到與申請專利範圍均等之意涵及在範圍內之全部的變更。
在上述實施方式下，說明了照射電子線的工序下的照射電子線的條件不是無氧環境氣體且加工體不為熔融狀態的情況，但是，上述條件也可以是無氧環境氣體且為熔融狀態。或者是，也可以是無氧環境氣體但不為熔融狀態的條件，或是相反地不是無氧環境氣體但為熔融狀態之條件。 [實施例]
以下，根據實施例具體說明本發明的滑動構件的製造方法及滑動構件，但是，本發明並不限於這些實施例。
[No.1] 如圖2表示，重疊冷間壓延鋼板(SPCC材)的基材1與ETFE膜2。基材1係1邊為45mm的正方形狀且厚度4.5mm，ETFE膜2係1邊為50mm的正方形狀且厚度50μm。更進一步，在ETFE膜2的表面，一起重疊長條狀的PTFE膜3及SUS板4，把這些全體抵接到基材1及SUS板4並被一對的熔接治具5夾住。該狀態下，把一對的熔接治具5彼此，如圖2表示，用一對螺絲6緊固，在基材1及ETFE膜2間，以3N･m的壓著力用螺絲6鎖緊。
如上述般固定了熔接治具5後，以300℃保溫1.5小時，使ETFE膜2熔接到基材1。接著，取下熔接治具5、PTFE膜3及SUS板4，得到在基材1的表面上層疊了ETFE膜2之加工體。在No.1，把該加工體作為滑動構件。亦即，No.1乃是非交聯ETFE膜熔接鐵板。
[No.2~No.13] 與No.1同樣來得到加工體。在該加工體的ETFE膜2，照射了如表1表示的照射量的電子線。照射電子線的條件為空氣環境氣體，為沒有加熱及冷卻的常溫。如此，得到了No.2~No.13的滑動構件。No.2~No.13為交聯ETFE膜熔接鐵板。
＜評估方法＞ 關於得到的No.1~No.13的滑動構件，就界限PV、拉伸強度、抗拉伸長度(tensile elongation)、抗拉彈性(tensile elasticity)、撕裂強度(tearing strength)及動摩擦係數，進行了評量。以下表示評量方法。而且，把各評量結果表示於表1。
(界限PV) 界限PV的測定係根據JIS-K-7218：1986的「塑膠的滑動磨耗試驗方法」，使用環對盤(ring on disk)式磨耗試驗(試驗裝置：A＆D公司製EFM-III 1010)來進行。作為環狀相接觸材料，使用以S45C為材質之圓筒(外徑：11.6mm，內徑：7.4mm)，把基於JIS-B-0601：2001的表面粗糙度決定為0.28μm。作為試驗條件，乃是以乾式(沒有油)，把壓力保持在10MPa的一定值，使速度上升的條件。
(拉伸強度、抗拉伸長度及抗拉彈性) 拉伸強度、抗拉伸長度及抗拉彈性的測定，係根據JIS-K-7161-1：2014的「塑膠-引張特性之求出方法-第1部：通則」來進行。
(撕裂強度) 撕裂強度的測定，係根據JIS-K-7128-1：1998的「塑膠-膜及片的撕裂強度」來進行。
(動摩擦係數) 動摩擦係數，係在上述的界限PV的測定中，經由在環狀相接觸材料也就是圓筒所產生的反動力矩來測定出。
Figure 02_image001
從表1的結果了解到，在以乙烯-四氟乙烯共聚物為主成分，不是無氧環境氣體，且加工體不為熔融狀態的條件下，即便照射電子線，也得到界限PV大，且動摩擦係數低的滑動性優異的滑動構件。
而且，特別是電子線的照射線量為200kGy以上350kGy以下也就是No.6~No.9的滑動構件，界限PV大，且拉伸強度等的機械強度難以下降。從而，了解到以把電子線的照射線量決定在上述範圍的方式，確保了滑動構件的機械強度，並提高了滑動性。
1:基材 2:ETFE膜 3:PTFE膜 4:SUS板 5:熔接治具 6:螺絲 P:尖峰 BL:基線 S:面積(吸熱量)
[圖1]圖1為表示與本發明的其中一樣態有關的滑動構件的製造方法之概略流程圖。 [圖2]圖2為表示得到實施例中的加工體之步驟之示意性的側視圖。 [圖3]圖3為乙烯-四氟乙烯共聚物的DSC曲線的其中一例。

Claims (10)

  1. 一種以乙烯-四氟乙烯共聚物為主成分之滑動構件的製造方法，具備： 對以乙烯-四氟乙烯共聚物為主成分之材料進行加工之工序；以及 對以上述進行加工之工序所得到的加工體照射電子線之工序。
  2. 如請求項1的滑動構件的製造方法，其中， 上述照射電子線之工序下的電子線的照射線量為200kGy以上。
  3. 如請求項2的滑動構件的製造方法，其中， 上述照射電子線之工序下的電子線的照射線量為350kGy以下。
  4. 請求項2或是請求項3的滑動構件的製造方法，其中， 上述照射電子線之工序的條件係不是無氧環境氣體，且上述加工體不為熔融狀態。
  5. 如請求項4的滑動構件的製造方法，其中， 上述照射電子線之工序的環境氣體溫度為常溫。
  6. 如請求項4的滑動構件的製造方法，其中， 上述照射電子線之工序的環境氣體是空氣。
  7. 如請求項1的滑動構件的製造方法，其中， 上述進行加工之工序下的加工方法是射出成型。
  8. 一種以乙烯-四氟乙烯共聚物為主成分之滑動構件，其中， 利用電子線的照射讓乙烯-四氟乙烯共聚物交聯。
  9. 如請求項8的滑動構件，其中， 在差示掃描量熱法所致之DSC曲線上存在上述乙烯-四氟乙烯共聚物的吸熱曲線尖峰； 上述吸熱曲線尖峰係相對於未交聯的乙烯-四氟乙烯共聚物的吸熱曲線尖峰偏移到低溫側，其偏移量為11℃以上20℃以下。
  10. 如請求項8或是請求項9的滑動構件，其中， 以差示掃描量熱法所致之DSC曲線所規定出之上述乙烯-四氟乙烯共聚物的吸熱量相對於未交聯的乙烯-四氟乙烯共聚物的吸熱量的比為0.8以上0.9以下。
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