JP2004210839A - フッソ樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑性および耐熱性を保持した上に、さらに耐摩擦摩耗性および耐圧縮クリープ性に優れた摺動部品の成形に適した樹脂組成物を提供すること。
【解決手段】テトラフルオロエチレン重合体、酸化亜鉛ウイスカー、および平均粒径が２００μｍ以下の粒状および／または平均繊維長が５００μｍ以下の繊維状の充填材とからなるフッソ樹脂組成物である。その酸化亜鉛ウイスカーとしては、テトラポット形状を有するものを含有していることが望ましく、また充填材としては炭素繊維、コークス紛、グラファイト紛、ブロンズ紛、銅紛、酸化亜鉛粉末、タルク、ガラス繊維からなる群から選ばれる少なくとも１種の物質が好ましい。
【選択図】 なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摺動性機械部品等の成形に適したフッソ樹脂組成物に関する。より詳細には、潤滑性を有し、かつ耐摩擦摩耗性および耐圧縮クリープ性に優れたフッソ樹脂組成物に関する。
【０００２】
【発明の技術的背景】
コンピュータ関連機器、事務用機器、あるいはオーディオビジュアル関連機器等の精密機械分野では、ギヤー、軸受、ベアリング、スリーブ、ロール、レール等の機械部品に摺動性のあるプラスチック製品が多く使われている。従来そのような摺動部品は、ポリオレフィン、ポリアミド、フッソ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂、あるいはエポキシ樹脂やフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂、さらにはそれらにガラス繊維、炭素繊維、マイカ等の充填材を配合した樹脂組成物を原料に用いて成形し、各種形状の製品が製造されて来た。
【０００３】
しかしながら、それらの部品の使用条件が厳しくなるにつれて、潤滑性や耐熱性を備えた上に、より摩擦摩耗しにくく、また高いストレス下でも変形し難い部品が求められてきている。その一つとして、特許第３０４１０７１号公報には、酸化亜鉛ウイスカーを充填材として含む樹脂組成物が、静電気拡散性および摺動性に優れていることから、電気部品等の成形材料に使用できる旨の記載がある。しかしながら、耐摩耗性および耐圧縮クリープ性と言う観点からみると、その成形品にはより一層の改良が望まれている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３０４１０７１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、潤滑性および耐熱性を保持した上に、さらに耐摩擦摩耗性および耐圧縮クリープ性に優れた摺動部品等の成形に適した樹脂組成物の提供を目的にする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、テトラフルオロエチレン重合体、酸化亜鉛ウイスカー、および平均粒径が２００μｍ以下の粒状および／または平均繊維長が５００μｍ以下の繊維状の充填材とからなるフッソ樹脂組成物に関する。この組成物において、前記のテトラフルオロエチレン重合体が２０〜９０重量％、酸化亜鉛ウイスカーが５〜４０重量％、および充填材が２〜４０重量％の割合で含有されている（ここで、前記３成分の合計量が１００重量％になる）ことが望ましい。このような樹脂組成物は、潤滑性、耐熱性、耐摩擦摩耗性および耐圧縮クリープ性に優れている。
【０００７】
前記の酸化亜鉛ウイスカーとしては、テトラポット形状を有するものを含有していることが好ましく、また充填剤は、炭素繊維、コークス紛、グラファイト紛、ブロンズ紛、銅紛、酸化亜鉛粉末、タルク、ガラス繊維、二硫化モリブデン、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリフェニレンサルファイドからなる群から選ばれる少なくとも１種の物質であることが望ましい。特に、充填剤は、炭素繊維、コークス紛、グラファイト紛、ブロンズ紛、銅紛、酸化亜鉛粉末、タルク、ガラス繊維が好ましい。
【０００８】
【発明の具体的説明】
次に、本発明に係わるフッソ樹脂組成物を構成する各要素について詳細に説明する。
【０００９】
本発明に用いられるテトラフルオロエチレン重合体は、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）の単独重合体、またはＴＦＥとそれと共重合可能なモノマーを１．０重量％以下の割合で共重合したテトラフルオロエチレン共重合体である。そのようなコモノマーの例として、ヘキサフルオロプロピレンのような炭素数３〜６のパーフルオロアルケン、パーフルオロ（プロピルビニルエーテル）のような炭素数が１〜６のアルキル基を有するパーフルオロ（アルキルビニルエーテル）、あるいはクロロトリフルオロエチレン等を挙げることができる。ＴＦＥの単独重合体および前記した共重合体は、高融点を有することから、いずれも通常の成形条件下では溶融加工性を有さない。
【００１０】
テトラフルオロエチレン重合体は、圧縮成形等の手段で成形可能な分子量を有している限り、摺動部品、電気電子部品、パッキング材等の成形材料として使用することができる。例えば、分子量の代わりに融点でその性状を表すと、融点が約３２７℃の重合体は、機械的強度および耐熱性が良好な摺動部品等用の成形樹脂として好適に使用することができる。
【００１１】
また、このテトラフルオロエチレン重合体は、通常パウダー状態で各種製品の成形に使用され、その平均粒径は１００μｍ以下、好ましくは５〜１００μｍ、より好ましくは１０〜５０μｍの範囲が望ましい。平均粒径が前記の範囲にあるテトラフルオロエチレン重合体は、酸化亜鉛ウイスカーおよび各種充填剤との均一混合性に優れている。そのようなテトラフルオロエチレン重合体は、懸濁重合法または乳化重合法によって直接パウダー状に製造することができるし、また重合後一旦ペレットにしてから平均粒径を１００μｍ以下に粉砕したものであってもよい。また、前記した平均粒径を有しているものであれば、市販のモールディンググレードのパウダーを使用することもできる。
【００１２】
一方、酸化亜鉛ウイスカーは、特にその製造方法や形状が限定されるものではない。その一例を挙げると、表面に酸化膜が形成された金属亜鉛粉末を酸素を含む雰囲気下で加熱処理することによって製造することができ、得られたウイスカーは中心部から４方向へ向けて針状結晶が延びた、いわゆるテトラポット状の形状を呈している。その針状部分の長さは、好ましくは３〜２００μｍ、また針状部分の基部径は、好ましくは０．１〜１０μｍである。このようなテトラポット状ウイスカーを含有しているものは、樹脂組成物を構成する各成分と混合する際に、あるいはその樹脂組成物の成形加工時に針状部分が部分的に破損しても、最終的な成形品の潤滑性、耐摩耗性、あるいは耐圧縮クリープ性等の物性への影響はほとんど見られない。
【００１３】
また、酸化亜鉛ウイスカーは、その表面がシラン系、クロム系、あるいはチタン系カップリング剤によって処理されていてもよい。特にシラン系カップリング剤によって酸化亜鉛ウイスカーが表面処理されていると、ポリテトラフルオロエチレン重合体粒子中への分散性を向上させることができる。そのようなテトラポット状の酸化亜鉛ウイスカーは、例えば松下アムテック株式会社より商品名パナテトラの名称で市販されており、容易に入手し利用することができる。
【００１４】
前記した酸化亜鉛ウイスカーは、その特異な形状によって三次元的に強化された異方性の少ない組成物の形成に寄与し、その組成物からは寸法安定性が良好な成形品を製造することができる。また酸化亜鉛ウイスカーは、それ自身良好な導電性および熱伝導性を示すので、得られた成形品を摺動させた時に発生する摩擦熱を効果的に放散させることができる。このような酸化亜鉛ウイスカーが有する特性が、併用する他の充填材が有する諸特性と組み合わされて相乗効果を発揮し、成形品の耐摩擦摩耗性や耐圧縮クリープ性を高めるものと思われる。さらに、酸化亜鉛ウイスカーは、そのモース硬度が約４であって、比較的軟らかい材料であることから、相手軟質材料の摩耗を低減させ、かつ自己摩耗も低減し、その上組成物のはみ出し変形に起因する損傷等による機能低下も防止することが可能になる。
【００１５】
酸化亜鉛ウイスカーと共にテトラフルオロエチレン重合体に配合される充填材は、無機物質または有機物質であって、その平均粒径が２００μｍ以下、好ましくは２〜５０μｍの粒状、および／または平均繊維長が５００μｍ以下の繊維状のものである。本発明では特に、炭素繊維、コークス紛、グラファイト紛、ブロンズ紛、銅紛、酸化亜鉛粉末、タルク、ガラス繊維、二硫化モリブデン、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリフェニレンサルファイドからなる群から選ばれる少なくとも１種の物質が好ましい。中でも、炭素繊維、コークス紛、グラファイト紛、ブロンズ紛、銅紛、酸化亜鉛粉末、タルク、ガラス繊維が好ましい。本発明では、前記した平均粒径および／または平均繊維長を持つ充填剤であれば、市販品をそのまま使用することができる。
【００１６】
樹脂組成物を構成する各成分の割合は、テトラフルオロエチレン重合体が好ましくは２０〜９０重量％、より好ましくは２５〜８０重量％、酸化亜鉛ウイスカーが好ましくは５〜４０重量％、より好ましくは１０〜３０重量％、および充填材が好ましくは２〜４０重量％、より好ましくは１０〜３５重量％の範囲にあることが望ましい。ここで、前記３成分の合計量が１００重量％になる。各成分が前記の範囲内にあると、良好な潤滑性を保持した上で、耐摩擦摩耗性および耐圧縮クリープ性に優れた樹脂組成物を形成し、摺動部品等の成形に好適である。
【００１７】
この樹脂組成物には、本発明の目的から逸脱しない範囲内で、酸化安定剤、耐熱安定剤、耐候安定剤、難燃剤、顔料等の安定剤あるいは添加剤を配合することができる。本発明に係わる３成分に必要に応じて前記の安定剤や添加剤を加えた紛体を、ヘンシェルミキサーのような混合器を使用して均一混合することによって、本発明の樹脂組成物を得ることができる。
【００１８】
このような紛体状の樹脂組成物からは、圧縮成形法や押出成形法等によって目的とする各種の摺動部品等を製造することができる。例えば、前記した樹脂組成物を圧縮成形法によって予備成形し、テトラフルオロエチレン重合体の融点以上の温度で焼成して一次成形品とし、その後、最終成形品の形状に応じて切削加工等を施して製品を製造することができる。
【００１９】
【実施例】
次に、実施例を通して本発明をより詳細に説明するが、本発明はそれらの実施例によって何ら制限されるものではない。
【００２０】
まず使用した原料は次の通りであった。
（ａ）テトラフルオロエチレン単独重合体：ＰＴＦＥと略記する。
平均粒径３５μｍ、融点３２７℃
三井・デュポンフロロケミカル株式会社製品
モールディンググレード 商品名テフロン（登録商標） ７−Ｊ
【００２１】
（ｂ）酸化亜鉛ウイスカー：
針状短繊維径０．２〜３０μｍ、針状短繊維長２〜５０μｍ
松下アムテック株式会社製品 商品名パナテトラ
【００２２】
（ｃ）炭素繊維：
平均繊維径１４．５μｍ、平均繊維長１２０μｍ
呉羽化学工業株式会社製品
【００２３】
（ｄ）銅紛：
平均粒径２６μｍ
福田金属箔紛工業株式会社製品
【００２４】
（ｅ）グラファイト：
平均粒径２０μｍ
オリエンタル産業株式会社製品
【００２５】
（ｆ）コークス紛：
平均粒径２０μｍ
日本カーボン株式会社製品
【００２６】
（ｇ）ガラス繊維：
平均繊維径１０．５μｍ、平均繊維長２０μｍ
日東紡績株式会社製品
【００２７】
（実施例１〜５） （比較例１〜５）
テトラフルオロエチレン単独重合体に酸化亜鉛ウイスカーおよび各種の充填材を表１に記載した割合で配合し、ヘンシェルミキサーを用いて均一に混合して樹脂組成物を得た。得られた各樹脂組成物に付いて、７００ＭＰａの加圧下で予備成形し、引き続き３７０℃で３時間焼成し、直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍの円柱状成形体を得た。
【００２８】
各成形体に付いて、摩耗量、圧縮クリープ性および摺動温度を次に記す試験方法で測定し、その結果を表１に記した。
（１）摩耗量：
前記の円柱状成形体から切削加工によって、外径２５．７ｍｍ、内径２０ｍｍ、高さ２０ｍｍのリングを製造し、それを試験片にした。２連式摩擦摩耗試験機（株式会社インテスコ製品）を用い、その試験片についてＪＩＳ Ｋ７２１８（Ａ法）に準拠して摩耗量の測定を行なった。測定は、表１に記した相手材、荷重および摺動速度の各摩耗試験条件下で２４時間摺動を行ない、試験終了後の摩耗量を摩耗係数および摩擦係数で表した。
【００２９】
（２）圧縮クリープ性：
前記の円柱状成形体から切削加工によって、縦、横、高さがそれぞれ１２．７ｍｍの立方体を製造し、それを試験片にした。６連式圧縮クリープ試験機（株式会社オリエンテック製品）を用い、ＡＳＴＭ Ｄ−６２１に準拠し、測定温度２３℃、荷重１４０ｋｇｆ／ｃｍ^２の条件下で圧縮クリープ性を測定した。なお、表１において、ＭＤは圧縮方向、ＣＤは圧縮方向に対して直角である垂直方向を表す。また、永久変形の値は、全変形量から２４時間後の回復量を引いた残りの値を示している。
【００３０】
（３）摺動温度：
オリエンテック製ＥＦＭ−３Ｆ型機を用い、熱電対の先端を相手材の摺動面より約２ｍｍ上部にセットして測定を行なった。
【００３１】
【表１】

【００３２】
表１の結果から明らかなように、テトラフルオロエチレン重合体、酸化亜鉛ウイスカー、および充填材から構成された各実施例の樹脂組成物は、テトラフルオロエチレン重合体のみ、それと各種の充填材から構成された各比較例の樹脂組成物と比較して、酸化亜鉛ウイスカーの寄与によって熱伝導率が極めて良好になることから、摺動温度を下げることができ、摩擦係数も低めに安定し、また摩耗係数も小さくなっており、圧縮クリープ性も小さな値を示していることがわかる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明に係わる樹脂組成物は、テトラフルオロエチレン重合体に酸化亜鉛ウイスカーおよび少なくとも１種の充填材が均一分散した組成物を構成していることから、良好な潤滑性を保持した上に、さらに耐摩擦摩耗性および耐圧縮クリープ性に優れている。またこの樹脂組成物は、安定した静電気拡散性を有しており、各種摺動部品、電気電子部品、パッキング材等の成形用原料樹脂として適している。

Claims (5)

1. テトラフルオロエチレン重合体、酸化亜鉛ウイスカー、および平均粒径が２００μｍ以下の粒状および／または平均繊維長が５００μｍ以下の繊維状の充填材とからなることを特徴とするフッソ樹脂組成物。
2. 前記の樹脂組成物は、テトラフルオロエチレン重合体が２０〜９０重量％、酸化亜鉛ウイスカーが５〜４０重量％、および充填材が２〜４０重量％の割合で含有されている（ここで、前記３成分の合計量が１００重量％になる）ことを特徴とする請求項１に記載のフッソ樹脂組成物。
3. 前記の酸化亜鉛ウイスカーは、テトラポット形状を有するものを含有していることを特徴とする請求項１または２に記載のフッソ樹脂組成物。
4. 前記の充填剤は、炭素繊維、コークス紛、グラファイト紛、ブロンズ紛、銅紛、酸化亜鉛粉末、タルク、ガラス繊維、二硫化モリブデン、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリフェニレンサルファイドからなる群から選ばれる少なくとも１種の物質であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフッソ樹脂組成物。
5. 前記の充填剤は、炭素繊維、コークス紛、グラファイト紛、ブロンズ紛、銅紛、酸化亜鉛粉末、タルク、ガラス繊維からなる群から選ばれる少なくとも１種の物質であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフッソ樹脂組成物。