JP2008038062A

JP2008038062A - 摺動材料組成物

Info

Publication number: JP2008038062A
Application number: JP2006216355A
Authority: JP
Inventors: Masaji Yoshimura; 正司吉村; Masaru Kimura; 勝木村; Arihiro Abe; 有洋阿部; Tsutomu Iwaki; 努岩城
Original assignee: NIPPON KAINOOLE KK; Gun Ei Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: NIPPON KAINOOLE KK; Gun Ei Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2006-08-09
Filing date: 2006-08-09
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】従来ガラス繊維、炭素繊維、各種金属粉末などを充填した摺動材料組成物は、充填材の表面硬度あるいは弾性率が高く、アルミニウム、あるいは軟鋼のような柔らかい金属部材を摩耗させ易い問題があった。
【解決手段】本発明の摺動材料組成物は焼成炭化したフェノール樹脂繊維と熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂とからなることを特徴とする組成物であり、焼成炭化したフェノール樹脂繊維は弾性率が低く、さらには芳香族ポリアミド繊維に比べて解繊しづらくマトリックス樹脂中に均一に分散させることが可能であり、その摩擦係数および磨耗量は十分に小さく実用に供しえるものである。
【選択図】なし

Description

本発明は、相手材がアルミニウムのような柔らかい金属部材の場合に適した摺動材料組成物に関する。さらに詳しくは、摺動材料組成物が焼成炭化したフェノール樹脂繊維と熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂からなる組成物に関する。

ギアや軸受け等の金属同士の摺動は、摩擦抵抗や磨耗を防ぐために、潤滑剤としてオイルやグリスが併用される。しかしながらオイルやグリスの定期的な補充が必要なため、近年潤滑剤を使用しない方法として金属と樹脂の組み合わせが普及しつつある。相手材として鉄やステンレスの場合には、表面硬度の低い樹脂側の磨耗を改良するためにガラス繊維、炭素繊維、各種金属粉末などが樹脂に充填される（例えば、特許文献１参照。）。さらには摩擦係数を下げるために黒鉛やフッ素樹脂が併用充填された摺動材組成物が供されている。しかしながら最近の軽量化傾向に伴って摺動材料組成物の相手材としてアルミニウムを用いる場合が増えてきている。その場合摺動材料組成物が従来のガラス繊維、炭素繊維、各種金属粉末などを充填した部材であると、これら充填材の表面硬度あるいは弾性率が高く、アルミニウム、あるいは軟鋼のような柔らかい金属部材を摩耗させ易いので、実使用に制約を受けるという問題がある。

一方熱硬化性樹脂中に数％程度の極く少量の芳香族ポリアミド短繊維を分散せしめると、耐摩耗性が向上するという記載がある（例えば、非特許文献１参照。）。しかしながら、熱硬化性樹脂と芳香族ポリアミド短繊維との組合せでは、芳香族ポリアミド繊維のマトリックス樹脂中への分散性が悪く、均質な樹脂摺動材料組成物にするのが困難であり、実用化には問題があった。また、芳香族ポリアミド繊維を熱可塑性樹脂に充填することも行われているが（例えば、特許文献２参照。）、押出機等で溶融した樹脂に芳香族ポリアミド繊維を練りこむ際に芳香族ポリアミド繊維が解繊しやすく綿状になり、芳香族ポリアミド繊維のマトリックス樹脂中への分散性が悪く、熱硬化性樹脂と同様に均質な摺動材料組成物にするのが困難であった。
特開平１１−７１４７０号公報特開２００６−４５４１３号公報日本経済新聞社刊「日経メカニカル」誌１９８５年９月９日号、Ｐ．１９５−２０１頁

本発明の目的は、前記の従来技術のもつ問題点を解決し、相手材がアルミニウム、あるいは軟鋼のような柔らかい金属部材の場合に摺動特性が優れている摺動材料組成物を提供することにある。

本発明者らは摺動材料組成物について鋭意検討した結果、摺動材料組成物が焼成炭化したフェノール樹脂繊維と熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂との組成物が相手材がアルミニウムのような柔らかい金属部材の場合に摺動特性が優れていることを見出し本発明を完成するに至った。すなわち焼成炭化したフェノール樹脂繊維はガラス繊維、炭素繊維、各種金属粉末比べて、弾性率が低く、相手材であるアルミニウム、あるいは軟鋼のような柔らかい金属部材を磨耗させない。さらには芳香族ポリアミド繊維に比べて解繊しづらく押出機等で溶融した熱可塑性樹脂にも均一に分散させることが可能である。

本発明の摺動材料組成物は焼成炭化したフェノール樹脂繊維と熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂との組成物からなり、相手材がアルミニウムのような柔らかい金属部材の場合に優れた摺動特性を示す。

本発明は、（１）焼成炭化したフェノール樹脂繊維、及び（２）熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂を混合してなることを特徴とする摺動材料組成物に関する。

以下、詳細に本発明を説明する。本発明に使用する熱可塑性樹脂とは、例えば、非晶性樹脂としてポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ＡＢＳなど、結晶性樹脂としてはポリフェニレンスルフィド、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、脂肪族ナイロン、半芳香族ナイロン、芳香族ナイロン、ポリオキシメチレン、ポリプロピレン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、フッ素系樹脂などが挙げられ、さらには液晶ポリマーも含まれる。また熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、フッ素系樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂等が挙げられる。

本発明に使用する焼成炭化したフェノール樹脂繊維とは、フェノール樹脂繊維を製造した後、高温炉で焼成炭化する。具体的にはフェノール樹脂繊維としては、ノボラック型フェノール樹脂を原料とするもの、レゾール型フェノール樹脂を原料とするもの、あるいは、ノボラック型、レゾール型のフェノール樹脂の双方が混合された原料からなるものの、いずれも採用可能である。ノボラック型フェノール樹脂を原料とする繊維としては、例えば、未硬化で熱可塑性のノボラック型フェノール樹脂を溶融紡糸した後、硬化工程を経て製造される（特公昭４８−１１２８４号公報）がある。レゾール型フェノール樹脂を原料とする繊維としては、例えば、液状レゾール型フェノール樹脂に酸触媒を添加し、これを遠心紡糸して得られる繊維（特開昭５９−１７９８１１号公報）、あるいは、固形レゾール型フェノール樹脂を溶融し、紡糸ノズルより加熱空気流により牽引紡糸するいわゆるメルトブローン法により得られる繊維（特開平９−１３２８１８号公報）がある。レゾール型、ノボラック型のフェノール樹脂の双方を原料とする繊維としては、例えば、両方の型のフェノール樹脂の混合物からメルトブローン法により得られる繊維（特開平９−１７６９１８号公報）がある。フェノール樹脂繊維としては「カイノール」（日本カイノール株式会社の登録商標）で広く利用されており、本発明においても、好ましく使用できる繊維である。

更にこのフェノール樹脂繊維を裁断、あるいは粉砕し、本発明に用いるのに好適な繊維長に調整する事が必要である。裁断にはギロチンカッター、ロータリーカッター、ディスクカッター等の公知の装置を用いて裁断する事が可能である。粉砕にはハンマーミル、ディスクミル、振動ミル、ボールミル等の公知の装置を用いて粉砕する事が可能である。

繊維長および繊維径は特に限定されるものでは無いが、繊維長としては好ましくは０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲である。繊維長が０．１ｍｍ未満ではマトリックスである樹脂成分の補強効果が小さく磨耗しやすい。また１０ｍｍを超えるものについては、マトリックスである樹脂成分中に係る繊維の分散不足を引き起こす恐れがあるので好ましくない。繊維径については特に限定されるものでは無いが、繊維径としては好ましくは５μ〜５０μの範囲である。

本発明に用いる焼成炭化したフェノール樹脂繊維を得るには上述の繊維長を調整したフェノール樹脂繊維を炭素化する必要がある。フェノール樹脂繊維の炭素化は、従来の公知の方法に従えば良い。例えば、炭素化で使用される不活性ガスとしては窒素、アルゴン等が挙げられる。また、不活性ガスの替わりに真空中で行ってもよい。炭素化の温度は例えば６００℃〜１２００℃の範囲で、より好ましくは８００℃〜１０００℃の範囲である。

本発明の摺動材料用組成物には、フッ素樹脂、黒鉛、二硫化モリブデン等の潤滑付与剤の内１種あるいは２種以上を含有したものが摩擦係数が向上し好ましい。また、熱可塑性樹脂の場合においては、熱可塑性樹脂３０〜９０質量％、焼成炭化したフェノール樹脂繊維が５〜４０質量％、およびフッ素樹脂、黒鉛、二硫化モリブデン等の潤滑付与剤の内１種あるいは２種以上の合計が５〜３０質量％の範囲である摺動材料組成物が好ましい。熱可塑性樹脂３０質量％未満では、成形流動性が悪く実用性に劣る。焼成炭化したフェノール樹脂繊維が５質量％未満および潤滑付与剤の内１種あるいは２種以上の合計が５質量％未満では十分な摺動特性が得られない。

また相手材を摩耗しない限り必要に応じて、炭酸カルシウム、マイカ、ガラスビーズ、クレー、シリカ、アルミナ、タルク、ケイソウ土、水和アルミナ、シラスバルーン等の充填剤、あるいは炭素繊維、ガラス繊維、チタン酸カリウム繊維、セラミック繊維、金属繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維、ロックウール繊維、アラミド繊維等を併用しても良い。

本発明の対象となるアルミニウムのような柔らかい金属部材とは、例えばアルミニウム、銅、錫、鉛又は亜鉛並びにそれらの少なくとも１種以上を含有する合金等も含むが、かならずしも限定されるものではない。また摺動条件としては、無潤滑のみならず例えばグリスやオイル中であれば更に摺動特性が向上する。

以下に本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。摺動性の評価法は鈴木式摩擦摩耗試験に準じた。

［試験方法］
（１）摩擦係数
鈴木式の摩擦摩耗試験に準じ、相手材としてＡｌ（ＡＤＣ５０５２）を用い、室温下、１時間後の摩擦係数を求めた。この時の、面圧及び速度は１０ｋｇ／ｃｍ^２，５０ｍ／ｍｉｎである。
（２）摩耗量
鈴木式の摩擦摩耗試験に準じ、相手材としてＡｌ（ＡＤＣ５０５２）を用い、室温下、１時間の摩耗量を測定した。面圧は１０ｋｇ／ｃｍ^２、速度は５０ｍ／ｍｉｎにて行った。

［実施例１および２］
結晶性熱可塑性樹脂としてポリフェニレンサルファイド樹脂（商品名Ｔ−４、トープレン社製）、焼成炭化したフェノール樹脂繊維（繊維径１５μ、繊維長０．５ｍｍ）、ＰＴＦＥ（商品名フルオンＬ１６９Ｊ、旭硝子社製）を表１に示す割合でミキサーを用いてドライブレンドし、その後二軸押出機を用いて、３００℃で押出して造粒し、得られたペレットを射出成形機（シリンダー温度２７０〜３００℃、金型温度１９０℃）に供給し、前述した試験法に定められた試験片を成形した。結果を表１に示す。

［実施例３］
結晶性熱可塑性樹脂として芳香族ポリアミド樹脂（商品名ポリアミドＭＸＤ６＃６０００、三菱瓦斯化学社製）、７０質量％、焼成炭化したフェノール樹脂繊維（繊維径１５μ、繊維長１．０ｍｍ）２０質量％およびＰＴＦＥ（商品名フルオンＬ１６９Ｊ、旭硝子社製）１０質量％をミキサーを用いてドライブレンドし、その後二軸押出機を用いて、２８０℃で押出して造粒し、得られたペレットを射出成形機（シリンダー温度２４０〜２８０℃、金型温度１３０℃）に供給し、前述した試験法に定められた試験片を成形した。結果を表１に示す。

［実施例４］
結晶性熱可塑性樹脂としてポリエーテルエーテルケトン樹脂（商品名ビクトレックスＰＥＥＫ４５０Ｐ、ビクトレックス社製）８０質量％、焼成炭化したフェノール樹脂繊維（繊維径１５μ、繊維長０．５ｍｍ）１０質量％およびＰＴＦＥ（商品名フルオンＬ１６９Ｊ、旭硝子社製）１０質量％をミキサーを用いてドライブレンドし、その後二軸押出機を用いて、３５０℃で押出して造粒し、得られたペレットを射出成形機（シリンダー温度３００〜３６０℃、金型温度２００℃）に供給し、前述した試験法に定められた試験片を成形した。結果を表１に示す。

［実施例５］
非晶性熱可塑性樹脂としてポリエーテルサルホン樹脂（商品名ＰＥＳグレードＥ２０１０、ＢＡＳＦ社製）７０質量％、焼成炭化したフェノール樹脂繊維（繊維径１５μ、繊維長１．５ｍｍ）２０質量％フッ素樹脂（商品名Ｌ１８０、旭ＩＣＩフロロポリマーズ社製）１０質量％をミキサーを用いてドライブレンドし、その後二軸押出機を用いて、３３０〜３７０℃で押出して造粒し、得られたペレットを射出成形機（シリンダー温度３４０〜３７０℃、金型温度１７０℃）に供給し、前述する各試験法に定められた試験片を成形した。結果を表１に示す。

［実施例６］
熱硬化性樹脂としてポリアミドイミド樹脂（商品名トーロン、アモコ社製）８５質量％、焼成炭化したフェノール樹脂繊維（繊維径１５μ、繊維長０．５ｍｍ）１０質量％およびＰＴＦＥ（商品名フルオンＬ１６９Ｊ、旭硝子社製）５質量％をミキサーを用いてドライブレンドし、その後二軸押出機を用いて、３００〜３７０℃で押出して造粒し、得られたペレットを射出成形機（シリンダー温度３２０〜３７０℃、金型温度２００℃）に供給し、前述した試験法に定められた試験片を成形し、該試験片を３００℃で２日間熱架橋させた後、摺動試験にかけた。結果を表１に示す。

［実施例７］
熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂（商品名レヂトップＰＬ２２１１、群栄化学工業社製）５０質量％、焼成炭化したフェノール樹脂繊維（繊維径１５μ、繊維長３ｍｍ）３０質量％および鱗状黒鉛（商品名ＰＳ−９９西村黒鉛社製）２０質量％をミキサーを用いてドライブレンドし、その後圧縮成形機を用いて、温度１８０℃、圧力１００ｋｇ／ｃｍ^２、時間５分間で熱硬化し、前述した試験法に定められた試験片を成形し、摺動試験にかけた。結果を表１に示す。

［実施例８］
液晶ポリマーとして液晶性ポリエステル樹脂（商品名ベクトラ、ポリプラスチックス株式会社製）７０質量％、焼成炭化したフェノール樹脂繊維（繊維径１５μ、繊維長１．５ｍｍ）２０質量％、フッ素樹脂ＰＴＦＥ（商品名フルオンＬ１６９Ｊ、旭硝子社製）１０質量％をミキサーを用いてドライブレンドし、その後二軸押出機を用いて、３００℃で押出して造粒し、得られたペレットを射出成形機（シリンダー温度２８０〜３２０℃、金型温度１５０℃）に供給し、前述する各試験法に定められた試験片を成形した。結果を表１に示す。

［比較例１］
実施例１において焼成炭化したフェノール樹脂繊維の代わりに、アラミド繊維としてポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維（商品名トワロンチョップドファイバーＴＷＮＤ３４Ｂ、アクゾ社製（３ｍｍ長））を用いた以外は同様とした。二軸押出機を用いて、３００℃で押出して造粒したが、数１０分で芳香族ポリアミド繊維が解繊し、綿状になったものが樹脂投入口を閉塞し連続生産できなかった。一部得られたペレットを射出成形機（シリンダー温度２７０〜３００℃、金型温度１９０℃）に供給し、前述した試験法に定められた試験片を成形した。結果を表２に示すが摺動特性は満足するものではなかった。顕微鏡で観察したところ数百μの塊状物が分散していた。

［比較例２］
実施例３において焼成炭化したフェノール樹脂繊維の代わりに、炭素繊維としてピッチ系炭素繊維（商品名Ｍ１０７、クレハ化学社製）を用いる以外は実施例２と同様とした。結果を表２に示すが摺動特性は満足するものではなかった。

［比較例３］
実施例４において焼成炭化したフェノール樹脂繊維の代わりに、炭素繊維としてＰＡＮ系炭素繊維（商品名ＨＴＡ−Ｃ６東邦テナックス社製）を用いる以外は実施例４と同様とした。結果を表２に示すが摺動特性は満足するものではなかった。

表１および２から明らかなように、繊維として焼成炭化フェノール樹脂を使用した場合、摩擦量、摩擦係数共に、その数値は小さく、充分に実用供しえるものである。一方、焼成炭化フェノール樹脂を使用しない場合は、摩擦量、摩擦係数共に、その数値は実施例に比較して大きく、実用に供しえるものではない。

Claims

焼成炭化したフェノール樹脂繊維と熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂からなる摺動材料組成物。
請求項１において、フッ素樹脂、黒鉛、二硫化モリブデン等の潤滑付与剤の内１種あるいは２種以上を含有した摺動材料組成物。
請求項２において、熱可塑性樹脂３０〜９０質量％、焼成炭化したフェノール樹脂繊維が５〜４０質量％、およびフッ素樹脂、黒鉛、二硫化モリブデン等の潤滑付与剤の内１種あるいは２種以上の合計が５〜３０質量％の範囲である摺動材料組成物。