JP2000034384A

JP2000034384A - 樹脂組成物及び摺動部材

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Publication number: JP2000034384A
Application number: JP10203648A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Kawaguchi; 明義河口; Yoshiaki Ishii; 好明石井; Ryuji Nakao; 竜二中尾
Original assignee: Otsuka Chemical Co Ltd
Current assignee: Otsuka Chemical Co Ltd
Priority date: 1998-07-17
Filing date: 1998-07-17
Publication date: 2000-02-02

Abstract

(57)【要約】【課題】摩擦摩耗特性に優れ、成形時のモールドデポ
ジット、及び成形品の層剥離の発生を低減することがで
きる樹脂組成物及びこれを用いた摺動部材を得る。【解決手段】オキソ基、エポキシ基、及びニトリル基
から選ばれる少なくとも１種の官能基を有するビニル系
モノマーをグラフト化した超高分子量ポリエチレンを樹
脂に配合したことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂組成物、特に
摺動部材成形用として有用な樹脂組成物に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】最近、プラスチック製摺動部材の用途は
拡大しており、従来の金属材料に代わる新素材として有
望視されている。プラスチック材料は、摺動部材に望ま
れる特性である自己潤滑性に優れている反面、金属材料
と比較すると、限界ＰＶ値が低く、剛性などの機械的強
度に劣るという欠点を有している。「限界ＰＶ値」と
は、材料が溶けたり、焼け付いたりして、正常な摩擦状
態が続けられなくなったときの圧力（Ｐ）と周速度
（Ｖ）の積で表される値である。従って、軸受などの摺
動部品にプラスチック材料を適用する場合には、強度や
剛性などの機械的性質、耐熱性、成形品の形状、寸法精
度等に優れていることに加え、動摩擦係数が小さく、限
界ＰＶ値が高く、摩耗量が少なく、しかも相手材料を傷
付けないという摩擦摩耗特性を備えた材料が要求され
る。

【０００３】強度や剛性などの機械的性質に優れたプラ
スチック材料として、ポリアミド、ポリフェニレンサル
ファイド、ポリカーボネートなどのエンジニアリングプ
ラスチック材料が知られており、このようなエンジニア
リングプラスチック材料の摩擦摩耗特性を改良するた
め、ポリエチレン等の摺動性の良好な樹脂を配合するこ
とが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ポリエ
チレンを配合した樹脂組成物は、成形時に金型に付着物
（モールドデポジット）を生じたり、成形品が層剥離を
起こすという問題を有している。

【０００５】本発明の目的は、このような従来の問題点
を解消し、摩擦摩耗特性に優れ、成形時のモールドデポ
ジット、及び成形品の層剥離の発生を低減することがで
きる樹脂組成物及びこれを用いた摺動部材を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の樹脂組成物は、
オキソ基（カルボニル基）、エポキシ基、及びニトリル
基から選ばれる少なくとも１種の官能基を有するビニル
系モノマーをグラフト化した超高分子量ポリエチレンを
樹脂に配合したことを特徴としている。また、本発明の
摺動部材は、上記本発明の樹脂組成物から形成されたこ
とを特徴としている。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の樹脂組成物において用い
る樹脂としては、特に制限はなく、各種の熱可塑性樹脂
及び熱硬化性樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂
としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ
スチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹
脂、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブ
チレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリアリレ
ート、ポリフェニレンエーテル、ポリサルフォン、ポリ
エーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポ
リイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポ
リケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテル
ケトン、液晶性ポリエステル等を挙げられる。これらの
樹脂は、単独で用いてもよく、ポリフェニレンエーテル
とポリスチレンのように２種以上を組み合わせて使用し
ても良い。尚、上記熱可塑性樹脂を２種以上を組み合わ
せる際に、ポリカーボネートとアクリロニトリル−ブタ
ジエン−スチレン樹脂、ポリカーボネートとポリエチレ
ンの組み合わせのような互いに非相溶性の樹脂を組み合
わせる場合には、双方の樹脂に相溶性のある相溶化剤を
配合することもできる。斯かる相溶化剤としては、従来
公知のものを広く使用することができる。

【０００８】また、熱硬化性樹脂としては、例えば、不
飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂
等が挙げられる。本発明の樹脂組成物は、上記の各種熱
可塑性樹脂または熱硬化性樹脂等に対して、オキソ基、
エポキシ基、及びニトリル基から選ばれる少なくとも１
種の官能基を有するビニル系モノマーをグラフト化した
超高分子量ポリエチレン（以下、「変性超高分子量ポリ
エチレン」という）を配合することにより得ることがで
きる。

【０００９】変性超高分子量ポリエチレンは、超高分子
量ポリエチレンに、上記官能基を有するビニル系モノマ
ーをグラフト変性することにより得ることができる。こ
こで、超高分子量ポリエチレンとは、平均分子量が粘度
法による分子量測定で１００万以上、光散乱法による分
子量測定で３００万以上のポリエチレンをいう。このよ
うな超高分子量ポリエチレンとしては、例えば、商品名
「ミペロンＸＭ−２２０」（三井石油化学工業社製）、
「ホスタレンＧＵＲ４１２」（ヘキスト社製）「フィフ
ァクス１９００」（ハーキュルス社製）などの市販品を
用いることができる。

【００１０】上記超高分子量ポリエチレンにグラフト化
するビニル系モノマーとしては、アクリル酸、メタクリ
ル酸、アクリル酸エチル、メタクリル酸エチル、アクリ
ル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸グリシジ
ル、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸ジメチルア
ミノエチル、マレイン酸、イタコン酸、フマル酸、無水
マレイン酸、無水イタコン酸、アクリロニトリル、メタ
クリロニトリル、プロピオン酸ビニル、酢酸ビニル、カ
プロン酸ビニル、カプリル酸ビニル、ラウリン酸ビニ
ル、ステアリン酸ビニル、トリフルオロ酢酸ビニル、ア
クリルアミド、メタクリルアミド等の有機酸及びその誘
導体を例示できる。これらは１種単独で又は２種以上を
混合して用いることができる。

【００１１】上記ビニル系モノマーをグラフト化した超
高分子量ポリエチレンは、各種の熱可塑性樹脂及び熱硬
化性樹脂等に配合することができるが、ポリアミド樹脂
に対しては、オキソ基またはエポキシ基を有するビニル
系モノマーをグラフト化したものが好ましく、特に無水
マレイン酸をグラフト化したものが好ましい。また、ポ
リフェニレンサルファイド、ポリカーボネート樹脂、及
びポリオキシメチレン樹脂に対しては、アクリロニトリ
ルやメタクリロニトリルのようなニトリル基を有するビ
ニル系モノマーをグラフト化したものが好ましい。

【００１２】超高分子量ポリエチレンをビニル系モノマ
ーでグラフト変性する方法としては、超高分子量ポリエ
チレンとビニル系モノマーを混合し、必要に応じて有機
過酸化物やアゾ化合物等のラジカル重合開始剤を添加し
た混合物を溶融混練する方法を挙げることができる。こ
のような方法としては、例えば、特開平１−１３１２２
０号公報、特開平１−１３８２１４号公報、特開平３−
２６６８８号公報等に開示されたグラフト変性の方法が
挙げられる。

【００１３】また、グラフト率を向上させ、樹脂の低分
子量化を防ぐ等の目的で、ビニル芳香族単量体、例え
ば、スチレン、メチルスチレン、ジメチルスチレン、エ
チルスチレン、イソプロピルスチレン、クロルスチレ
ン、α−メチルスチレン、α−エチルスチレン等を混合
しグラフト変性してもよい。

【００１４】上記グラフト変性において、ビニル系モノ
マーの添加量は、超高分子量ポリエチレン１００重量部
に対し、５〜４００重量部程度が好ましく、さらに好ま
しくは１０〜２００重量部である。また、スチレン等の
ビニル芳香族単量体をさらに添加する場合、添加量とし
ては、超高分子量ポリエチレン１００重量部に対し、５
〜４００重量部程度が好ましく、さらに好ましくは１０
〜２００重量部である。

【００１５】使用する樹脂の形態は特に限定されるもの
ではなく、例えば、粉末状であってもよいし、ぺレット
状であってもよい。粉末状である場合には、粒子径１〜
２００μｍ程度であることが好ましく、さらに好ましく
は１〜１００μｍ程度である。

【００１６】本発明の樹脂組成物においては、上記のよ
うにして得られた変性超高分子量ポリエチレンを、樹脂
に配合する。配合量としては、全組成物の１〜９９重量
％であることが好ましく、さらに好ましくは１〜３０重
量％の範囲である。変性超高分子量ポリエチレンの配合
量が少なすぎると、摩擦摩耗特性に優れ、成形時のモー
ルドデポジット及び成形品の層剥離の発生を低減すると
いう本発明の効果が十分に得られない場合がある。ま
た、変性超高分子量ポリエチレンの配合量が多すぎる
と、配合の対象となる樹脂の特性が損なわれる場合があ
る。

【００１７】本発明の樹脂組成物には、機械的強度等を
高める目的で、さらに、チタン酸カリウム繊維、ガラス
繊維、カーボン繊維などの補強材、タルク、マイカ、ワ
ラストナイトなどのフィラーを添加してもよい。これら
の補強材やフィラーの添加量としては、全組成物の２〜
４０重量％程度が好ましく、さらに好ましくは５〜３０
重量％である。これらの中でも、特にチタン酸カリウム
繊維を配合した場合、限界ＰＶ値を顕著に向上させるこ
とができると共に、摺動性能にも優れた樹脂組成物とす
ることができるので、特に好ましく用いられる。

【００１８】これらの補強材及びフィラーは、無処理で
も使用し得るが、樹脂との界面接着性を高めるため、ア
ミノシラン、エポキシシラン、アクリルシラン等のシラ
ンカップリング剤またはチタネートカップリング剤等の
表面処理剤で表面処理して用いてもよい。

【００１９】さらに、本発明の樹脂組成物には、その他
の添加剤として、顔料、酸化防止剤、帯電防止剤、滑
剤、熱安定剤、難燃剤、可塑剤及びフッ素樹脂、二硫化
モリブデンまたはグラファイトなどの潤滑剤を配合して
もよい。

【００２０】本発明の樹脂組成物は、例えば、以下のよ
うにして調製することができる。すなわち、各成分をブ
レンダーなどを用いて均一に混合した後、該混合物を押
出機等で溶融混練して、目的の樹脂組成物とすることが
できる。得られた樹脂組成物は、そのまま射出成形等の
手段により所望の形状に成形してもよいし、一旦ぺレタ
イザー等を用いてぺレット化してもよい。

【００２１】本発明の摺動部材は、上記本発明の樹脂組
成物から形成されていることを特徴としている。すなわ
ち、上記本発明の樹脂組成物を、射出成形、押出成形、
プレス成形等の成形方法により所望の形状に成形するこ
とにより得ることができる。このような摺動部材として
は、ブッシング、ベアリング、スリーブ、スリップシリ
ンダー、ガイドレール、キャリッジ、スイッチ部品、ギ
ア、カムなどを挙げることができる。

【００２２】本発明の樹脂組成物が、摩擦摩耗特性に優
れ、成形時のモールドデポジット及び成形品の層剥離の
発生を低減することができる理由について、その詳細は
明らかではないが、超高分子量ポリエチレンを上記ビニ
ル系モノマーでグラフト化することにより、樹脂に対す
る超高分子量ポリエチレンの密着性が向上し、これによ
って、成形時のモールドデポジット及び成形品の層剥離
の発生を低減することができるものと思われる。

【００２３】従って、本発明の摺動部材は、成形時のモ
ールドデポジットの発生を低減することができるので、
効率的に生産することができる。また、成形品における
層剥離の発生を低減できるので、摩擦摩耗特性に優れる
と共に、良好な機械的強度を有する摺動部材とすること
ができる。

【００２４】

【実施例】調製例１（アクリロニトリル／スチレン変性
超高分子量ポリエチレンの調製）超高分子量ポリエチレン（重量平均分子量＝２００万；
三井化学社製、商品名「ミペロンＸＭ−２２０」）１０
０重量部に対し、スチレンモノマー２５重量部、アクリ
ロニトリルモノマー２５重量部、及びラウロイルパーオ
キサイド１重量部を添加して混合し、この混合物をオー
トクレーブに入れ２３０℃に加熱することによりアクリ
ロニトリル及びスチレンモノマーをグラフト化した超高
分子量ポリエチレンを得た。

【００２５】調製例２（マレイン酸変性超高分子量ポリ
エチレンの調製）上記調製例１と同様の超高分子量ポリエチレン１００重
量部に対し、無水マレイン酸１．２重量部及びラウロイ
ルパーオキサイド１重量部を添加して混合し、この混合
物をオートクレーブに入れ２３０℃に加熱してグラフト
化することにより、マレイン酸変性超高分子量ポリエチ
レンを得た。

【００２６】実施例１〜９及び比較例１〜９表１〜表４に示す配合割合で各成分を混合した後、二軸
押出機（株式会社日本製鋼所製、ＴＥＸ４４）に供給
し、ぺレット状組成物を得た。得られたぺレット状組成
物を射出成形して、テストピースを作製した。表１〜表
４に示す各実施例及び比較例で使用した材料は、以下の
とおりである。

【００２７】・ポリアミドＰＡ６：三菱化学社製、商品
名「ノバミット１０１０Ｃ２」・ポリフェニレンスルフィド：トープレン社製、商品名
「トープレンＴ−４」・ポリカーボネート：三菱エンジニアリングプラスチッ
ク社製、商品名「ユーピロンＳ２０００」・高密度ポリエチレン：三井化学社製、商品名「ハイゼ
ックス２１００Ｊ」・超高分子量ポリエチレン：三井化学社製、商品名「ミ
ペロンＸＭ−２２０」・チタン酸カリウム繊維：大塚化学社製、商品名「ティ
スモＤ」、平均繊維径０．５μｍ、平均繊維長１５μｍ得られたテストピースについて、以下の評価方法によ
り、摩擦摩耗試験を行い、摩擦係数及び摩耗量を測定す
ると共に、限界ＰＶ値、モールドデポジットの評価、及
び層剥離試験を行った。

【００２８】摩擦摩耗試験（Ａ）（鈴木式スラスト摩
耗）鈴木式摩耗試験機（株式会社オリエンテック製）を使用
し、相手材料としては円筒状の炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）を用
い、射出成形にて円筒状試料を成形して、全て無潤滑状
態で摩擦速度Ｖ＝３０ｃｍ／秒、面圧力Ｐ＝１０ｋｇｆ
／ｃｍ²で連続運転し、摩擦距離１０ｋｍに達したとき
の摩擦係数及び単位距離、単位面積あたりの摩耗量（ｍ
ｍ³／ｋｇｆ・ｋｍ）を求めた。

【００２９】摩擦摩耗試験（Ｂ）（ジャーナル摩耗試
験）軸受摩耗試験機（株式会社東洋精機製作所製）を使用
し、軸材料として直径６．５ｍｍのＳＫＳ鋼を用い、射
出成形にて軸受を成形し、全て無潤滑の状態で軸回転数
１２００ｒｐｍ、面圧力Ｐ＝１．５５ｋｇｆ／ｃｍ²で
連続運転し、摩擦距離７２ｋｍに達したときの摩擦係数
及び単位距離、単位荷重あたりの摩耗量（ｍｍ³／ｋｇ
ｆ・ｋｍ）を求めた。

【００３０】限界ＰＶ値鈴木式摩耗試験機（株式会社オリエンテック製）を使用
し、相手材料としては円筒状の炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）を用
い、摩擦速度Ｖ＝３０ｃｍ／秒を一定として面圧力Ｐを
変化させて一時間運転したのち摩擦面を観察し、異常な
損傷が生じる面圧力と摩擦速度の積を限界ＰＶ値（ｋｇ
ｆ／ｃｍ²・ｃｍ／ｓ）とした。

【００３１】モールドデポジットティアドロップ型キャビティを持つモールドデポジット
評価用金型（投影面積２．６ｃｍ²、１ヶ取）を用いて
１５トン射出成形機（住友重機械工業製ミニマットＭ２
６／１５Ｂ）にて連続成形した。成形サイクル２０秒で
５００ショット成形後の金型表面、成形品表面を拡大鏡
にて観察し、以下の基準で評価した。

【００３２】○：キャビティに付着物やくもりが見られ
ず成形品の鏡面良好 △：キャビティにくもりが見られるが成形品の鏡面良好 ×：キャビティに付着物またはくもりが見られ成形品表
面に凸凹がある

【００３３】層剥離試験射出成形直後の成形品のスプレー部分を片刃カミソリに
て３０°の角度でカットし、カットした面の状態を、以
下の基準で評価した。 ○ ：均質 △ ：層状構造は見られるが層間の剥がれ無 × ：層状構造が見られ層間の剥がれ有 ××：層状構造が見られ層間の剥がれ及び表面層の剥離
有

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】

【表３】

【００３７】

【表４】

【００３８】表１〜表４の結果から明らかなように、本
発明に従う実施例１〜９の成形品は、いずれも摩擦摩耗
特性に優れ、限界ＰＶ値が高く、かつモールドデポジッ
トの発生及び成形品の層剥離が少ないことがわかる。

【００３９】

【発明の効果】本発明の樹脂組成物は、摩擦摩耗特性に
優れ、かつ成形時のモールドデポジット及び成形品の層
剥離の発生を低減することができる樹脂組成物である。

【００４０】本発明の摺動部材は、上記本発明の樹脂組
成物から形成されるものであり、摩擦摩耗特性に優れ、
層剥離等の発生がなく、機械的強度に優れた摺動部材で
あり、成形時のモールドデポジットの発生が少ないの
で、効率的に生産することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中尾竜二徳島県徳島市川内町加賀須野463 大塚化学株式会社徳島研究所内Ｆターム(参考） 4F071 AA15 AA15X AA31X AA36X AA77 AB20 AF22 AF28 AH19 BA01 BB05 BC07 4F072 AA03 AA08 AA09 AB08 AB09 AB10 AC06 AD03 AD04 AD05 AD11 AD12 AD23 AD37 AD38 AD41 AD42 AD44 AD45 AD46 AD52 AD54 AE06 AF06 AF18 AF21 AL16 4J002 BB03W BB12W BC03W BN03X BN15W CC03W CD00W CF06W CF07W CF16W CF18W CF21W CG00W CH07W CH09W CJ00W CL00W CM04W CN01W CN03W DE186 FA046 FD010 FD016 FD020 FD060 FD070 FD090 FD100 FD130 FD170 GM00 GM02 GM04 GM05 GQ00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】オキソ基、エポキシ基、及びニトリル基
から選ばれる少なくとも１種の官能基を有するビニル系
モノマーをグラフト化した超高分子量ポリエチレンを樹
脂に配合したことを特徴とする樹脂組成物。
【請求項２】前記超高分子量ポリエチレンの配合量が
全組成物の１〜３０重量％であることを特徴とする請求
項１に記載の樹脂組成物。
【請求項３】さらにチタン酸カリウム繊維を配合した
ことを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂組成
物。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載の樹
脂組成物から形成されたことを特徴とする摺動部材。