(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリオレフィン、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリアセタール、ナイロン、ポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキシドおよびポリエーテルエーテルケトンからなる群から選ばれる少なくとも２つの異なるポリマー類と、
該ポリマー類を強靱化する、無水マレイン酸変性エチレンプロピレンを含む少なくとも１つのエラストマーとのブレンドを含有するポリマー複合材料であって、
該エラストマーは、前記ポリマー類のうちの少なくとも１つとグラフトするために機能化され、前記ポリマー複合材料中で、前記ポリマー類のうちの少なくとも１つとグラフトしており、
前記ポリマー複合材料は摩擦学的摩耗系における改善された耐摩耗性を有し、
表面が別の表面に対して当接して、ポリマー複合材料の摩擦および凝着磨耗を引き起こす、乾燥し、平滑に接触摺動する摩擦学的摩耗系で使用するために、高い耐摩耗性、耐クラック成長性および低い降伏強度を有するポリマー複合材料。
【請求項２】
前記ポリマー類の少なくとも１つが結晶質である請求項１に記載の複合材料。
【請求項３】
前記ポリスチレンが、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、スチレン−アクリロニトリル、スチレン−無水マレイン酸およびポリスチレンからなる群から選ばれるものであり、
前記ポリオレフィンが、ポリエチレンおよびポリプロピレンからなる群から選ばれるものであり、
前記ナイロンが、ナイロン−６、ナイロン−6/6、ナイロン−6/10およびナイロン−6/12からなる群から選ばれるものであり、
前記ポリエステルが、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およびポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレートからなる群から選ばれるものである請求項１に記載の複合材料。
【請求項４】
前記ポリマー類が、第１のポリマーおよび第２のポリマーからなり、該第１のポリマー対該第２のポリマーの割合が5:95から95:5である請求項１に記載の複合材料。
【請求項５】
前記エラストマーを２〜20重量パーセント含有する請求項１に記載の複合材料。
【請求項６】
さらに、フィラー、強化材、潤滑剤、着色剤、熱安定化剤、紫外線安定化剤および加工助剤からなる群から選ばれる添加剤を含有する請求項１に記載の複合材料。
【請求項７】
前記添加剤が、炭素繊維、炭素粉末、ガラス繊維、ガラス粉末、アラミド繊維、オリエチレンテレフタレート繊維、ステンレス鋼繊維、セラミック繊維、セラミック粉末、珪灰石、タルク、クレイ、マイカ、顔料、ステアレート類、ワックス類、ポリテトラフルオロエチレン粉末、モリブデニウムジスルフィドおよび油の中の少なくとも１つを含む請求項６に記載の複合材料。
【請求項８】
前記添加剤を60重量パーセント以下含む請求項６に記載の複合材料。
【請求項９】
（ａ）ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリオレフィン、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリアセタール、ナイロン、ポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキシドおよびポリエーテルエーテルケトンからなる群から選ばれる少なくとも２つの異なるポリマー類である、第１および第２のポリマーを供給し、
（ｂ）該第１および第２のポリマーを強靱化するための、前記ポリマー類の少なくとも１つとグラフトして機能化させる、無水マレイン酸変性エチレンプロピレンを含む少なくとも１つのエラストマーを供給し、
（ｃ）エラストマーが少なくとも１つのポリマー類とグラフトして摩擦学的摩耗系における改善された耐摩耗性を有する該ポリマー複合材料を形成するように溶融混合する、
ポリマー複合材料の表面が別の表面に対して当接して、ポリマー複合材料の摩擦および凝着磨耗を引き起こす、乾燥し、平滑に接触摺動する摩擦学的摩耗系におけるポリマー複合材料の凝着摩耗特性を改善する方法。
【請求項１０】
前記第１のポリマーがポリアミドであり、前記第２のポリマーがポリオレフィンであり、前記ポリアミド対前記ポリオレフィンの割合が30:70から70:30である請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
第１のポリマーがポリアミドであり、第２のポリマーがポリエーテルスルフォンであり、ポリアミド対ポリエーテルスルフォンの割合が25:75から75:25である請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
第１のポリマーがポリカーボネートであり、第２のポリマーが、ポリオレフィン、ポリアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、およびポリアセタールからなる群から選ばれるものであり、前記ポリカーボネート対第２のポリマーの割合が5:95から95:5である請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、摩擦学的摩耗系に使用するための強靱性ポリマー複合材料、より詳細にはポリマー複合材料の摩耗特性を増強するためポリマー複合材料を強靱化することに関する。
発明の背景
従来の摩耗系は、摩擦抵抗を増大させるとともに、可動接触素子間の摩擦損失を減少させるために、油またはグリースなどの外部滑剤を使用している。しかし、上述のような外部滑剤はしばしば、周期的に交換しなければならないし、さらに、摩耗表面上に不均等に配分されることがあり、その結果、摩耗系の経費と有効性の無さとが増加する結果となっている。さらに、従来の外部滑剤は、例えば、製品の汚染が憂慮される食品加工または写真複製（フォトコピー）の領域では、歓迎されない。
外部滑剤の必要性は、ポリマー接触素子の使用により減少または除去され得る。ポリマー素子は、ギアー、カム、ベアリング、スライダ（滑り子）、ラチェット機構（爪車装置）、ポンプ、電気接点およびプロテーゼ（人工補装器）などのような複雑な形状の部材を成形するために射出成形のような工程によって容易にそして安価に作製し得る。
ポリマー接触素子は、典型的な従来の非ポリマー性接触素子に代わる安価で実質的に保全不要な代替物を提供する。
ポリマー（高分子）化合物から成形された素子は、衝撃減衰および制振性がより大きく、軽量で、防食性に優れ、操業騒音が減少され、維持および電力使用が減少されることを示し、さらに非ポリマー素子以上に設計の自由度を増加させる。ポリテトラフルオロエチレン、グラファイト、モリブデンジスルフィド、および種々の油のような内部潤滑剤および強化繊維は、耐摩耗性を増強し、摩擦損失を減少させるために、ポリマー素子中に含有され得る。しかし、代表的な従来の内部潤滑剤類は、高価で、加工段階の複雑さと工程の数を増加している。
従来技術は、改善された摺動特性と増大された摩耗抵抗を有する種々の変性ポリマーについて記載している。例えば、米国特許第4,174,358号には、ポリアミドマトリックス樹脂、および少なくとも１つの分枝鎖または直鎖の強靱性ポリマーを有する強靱化熱可塑性樹脂組成物について記載している。そのポリマーは、エラストマー性または熱可塑性を有する。適切な強靱性ポリマー類の例は、ブタジエン／アクリロニトリルゴム、スチレン／ブタジエンゴム、ブナゴム、イソブチレン、イソプレン、天然ゴム、エチルアクリレート、ブチルアクリレートゴム等の合成および天然ゴム類を包含する。
米国特許第4,371,445号には、パートナーの内の少なくとも１つが極性環状化合物を含有する樹脂である樹脂／樹脂の組合せの摩擦系について記載している。少なくとも一方の側の分子の環状部分は、少なくとも１つの部位で周期表中のＶ群またはVI群の原子と直接結合していてもよく、また、環が、Ｖ群またはVI群の原子を含んでいてもよい。選択的補助摺動相手体（パートナー）はポリアルキレンから成形されてもよい。相手体（パートナー）は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリスチレン、ポリテロラフルオロエチレンおよびポリビニリデンクロライドの内の２つまたはそれ以上の混合物のような数種の材料から成っていてよい。
米国特許第5,039,714号は、ポリスチレン、エラストマー系ポリマーの分散粒子、さらに所望によりポリジメチルシロキサンおよび鉱油および高級脂肪酸の金属塩類またはアミド類から選ばれた少なくとも１種を含有するゴム変性ポリスチレン組成物を開示している。エラストマー系ポリマー類は、ポリブタジエンおよびスチレン−ポリブタジエン共重合体類を含んでいてよい。ゴム変性ポリスチレンは、スチレン−ブタジエンブロック共重合体類またはポリブタジエンの存在下で、スチレンモノマーを混合し、重合することにより得られる。
米国特許第4,987,170号公報は、スチレンポリマー、ジメチルシリコーン油および無水マレイン酸モノマーまたは無水マレイン酸−スチレン共重合体を含有するスチレン樹脂組成物を開示している。スチレンポリマーは、ポリブタジエン、スチレン−ブタジエンコポリマー、ブタジエン−アクリロニトリルコポリマー、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合ポリマーおよびブタジエン−アクリレート・コポリマーのようなゴム様ポリマーを用いて変性し得る。例えば、無水マレイン酸−スチレン共重合体はゴム様ポリマーで変性し得る。
本発明の要旨
本発明によれば、摩耗特性が改善され、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリオレフィン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアセタール、ナイロン、ポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキシドおよびポリエーテルエーテルケトンからなる群から選ばれた少なくとも２つの異なるポリマーのブレンドと、これらのポリマー類を強靱化するための約50,000p.s.i.未端の引張弾性率を示す少なくとも１つのエラストマーとを含むポリマー複合材料が提供される。エラストマーは、機能化されており、ポリマー類の少なくとも１つとグラフトする。そのような複合材料は、ポリマー複合材料の一つの表面が別の表面に対してあたって、そのポリマー複合材料の摩擦および摩耗を引き起こす摩擦学的摩耗系の素子に使用するための高い耐摩耗性を示す。
【図面の簡単な説明】
前述の要旨を以下の好ましい実施例の詳細な説明とともに添付の図面と結びつけて読むと、よりよく理解されるであろう。本発明を例示する目的で、図面中に、現在好適である一実施例を図面で示すが、本発明は記載された特定の構成配置に限定されるものではない。図中、
図１は、ポリエーテルスルホン中のナイロン6/6の重量パーセントの関数として摩耗係数を示すグラフである。
好適な実施例の詳細な説明
本発明のポリマー複合材料は、ポリテトラフルオロエチレンまたは炭素またはガラス繊維のような変性剤を含有する代表的な従来のポリマー類に対して、同等であるかまたはより優れた耐摩耗性、より高い耐クラック伝播性、より低い降伏強度および大きなトランスファフィルム延性を有する。しかし、本発明の複合材料は、上記従来の組成物より高価でなく、しばしば配合するのがより容易である。その複合材料から形成される素子の意図した用途に応じて、特定のポリマー類の利点を最適化し、欠点を減少させるポリマーの組合せを選ぶことができる。
本発明の複合材料は、機械または家庭用製品に一般に見られるもののような摩擦学的系用の接触素子を製造するために使用することができる。代表的な摩擦学的摩耗系において、ポリマー複合物の表面は、鋼のような乾燥しているかまたは滑剤を施されていない金属表面に対して当接させられる。本発明の摩擦および摩耗試験に関して、室温（約23℃）で平均表面粗度Ra＜0.1μおよびロックウェル硬度Rc＞50を示す鋼を金属表面として使用した。したがって、金属の硬度Rc＝50以上で、ポリマー素子の摩耗率が金属の表面硬さとは無関係になる。さらに、本発明のポリマー複合材料から成形された素子は、乾燥状態で使用するのが好ましい一方、それらの素子は、湿潤条件下または広範な種類の材料、例えば他のポリマー類等と接触して使用されてもよい。
乾燥し、穏やかな荷重条件の下で平滑に接触する摩擦学的系で、ポリマー素子の第１の摩耗機構は、凝着摩耗である。ポリマーおよび金属部材が荷重運動（例えば、摺動）接触に置かれると、ポリマー複合材料の表面は、剪断しさらに広がって、金属素子の表面に化学的に付着するポリマー層を形成する、すなわち、トランスファーフィルムが金属素子の表面に形成される。凝着摩耗は２つの因子、すなわち、ポリマー表面上で行われた仕事量および摺動界面の極限耐久性によって影響される。ポリマー材料表面の摩耗係数Ｋまたは崩壊率は、ポリマー材料の表面の新規な層が金属素子との摺動接触により研磨される際に摩耗および続いて起こるトランスファーフィルムの置換の割合により決定される。
本発明のポリマー複合材料は、上記記載のもののように広範な種々の摺動素子に使用可能な高い耐摩耗性（低い摩耗係数）、高い耐クラック成長性および低い降伏強度を示す摩擦学的摩耗素子を形成するのに使用することができる。高い耐クラック成長性および降伏強度は、素子表面に形成されるトランスファーフィルムの高い延性に寄与する。
本発明のポリマー複合材料は、少なくとも２つの異なるポリマーのブレンドを含有する。
例えば、本発明に有用であるポリマー類は、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ABS）、スチレン−アクリロニトリル（SAN）およびスチレン−マレイン酸無水物（Ｓ−MA）のようなポリスチレン類；ポリカーボネート類；ポリエーテルイミド類；ポリエチレン（PE）およびポリプロピレン（PP）などのポリオレフィン類；ポリスルフォン類；ポリエーテルスルフォン類（PES）；ポリアセタール類；ナイロン−６、ナイロン−6/6、ナイロン−6/10、ナイロン−6/12のようなポリアミド類；ポリエチレンテレフタレート（PET），ポリブチレンテレフタレート（PBT）およびポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート（PCT）などのポリエステル類；ポリフェニレンスルフィド類（PPS）；ポリフェニレンオキサイド類（PPO）；およびポリエーテルエーテルケトン類（PEEK）を包含する。
当業界で通常の技術を有する者は、２以上の異なるポリマー類、例えば、３または４つの異なるポリマー類のブレンドが使用され得ることを理解するであろう。ポリマーの組み合わせは、特定のポリマー類の欠点を減少させ、および／またはは利点を増大するように、例えば、そりや経費を減少させること、または処理を容易にするために選択すればよい。例えば、ポリカーボネートおよびABSのブレンドはポリカーボネート単独より低い温度でさらに容易に加工し得る。
第１のポリマーに対する第２のポリマーの重量比は、約5:95から約95:5であるべきである。この比率は、混合されるべきポリマーの選択、最適化または最小化されるべき個々のポリマーの物理的特性、および各ポリマーに関連する経費等の因子に左右される。好ましくは、その比率は、約25:75〜約75:25の範囲、さらに好ましくは、約50:50である。したがって、強靱性エラストマー（下記記載）は、相対的平衡のとれたポリマーの２成分ブレンドに使用した場合に、最適な特性を提供するように思われる。
少なくともポリマー類の内の１つが結晶性であるのが好ましく、さらに好ましくは、両ポリマーとも結晶性であるのがよい。一般に、結晶性ポリマー類は、非結晶性ポリマー類以上に優れた機械特性を示す。表１には、本発明に有用な数種のポリマー類の代表的な構造を示す。
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ポリマー類は、当業界の通常の技術を有する者に明白であろう任意の適切な手段により配合することができる。例えば、ポリマー類は、粉末の形態、さらに好ましくはペレットの形態であってもよい。ポリマー類は、例えば、静的またはスクリュー／オーガー型混合機によって配合され得る。ポリマー類を、ウエルナーフレイデレル（Werner Pfleiderer）によって商業的に入手し得るような２軸スクリュー配合押出機、またはイリノイ州、エルク・グローブ・ビレッジのバス（アメリカ）社から得られるバス・ニーダー混練機中で混合することが好ましい。
本発明のポリマー複合材料は、上述のポリマーブレンドと、少なくとも１つの強靱性エラストマーとの組み合わせである。本発明での使用に適した代表的なエラストマー類は、約20℃未満、さらに好ましくは約−20℃未満のガラス転移温度を示す。ここで使用する場合、「エラストマー」の語は、低ガラス転移温度を示し、高移動度のポリマー鎖を有する非晶質ポリマーを意味すると定義される。
好ましくは、エラストマーは、約50,000p.s.i.未満の引張弾性率を有するのがよい。エラストマーは、機械化されており、ポリマー類の少なくとも１つとグラフトする。
好適なエラストマー類の例は、オレフィン系ゴム類、スチレン系ゴム類、アクリル系ゴム類、エラストマー性ブロック共重合体類、エチレン−プロピレン系ゴム類およびポリウレタン類を包含する。機能化エラストマー類の例は、無水マレイン酸変性エチレンプロピレン（MEP）、SANでグラフトされたエチレン−プロピレン系ゴム、およびエチレン、エチルアクリレートおよび無水マレイン酸の三元共重合体を包含する。当業界で通常の技術を有する者は、所望の場合に１つまたはそれ以上のエラストマー類を本発明に従って使用し得ることを理解するであろう。
例えば、ナイロン6/6、PPおよびMEPの複合材料中で、MEPの無水マレイン酸成分はナイロンポリマーとグラフトし、MEPのエチレンプロピレン成分は、ポリプロピレンと相溶性である。エラストマーは、ポリマーと結合し、耐クラック成長性を増加させ、降伏強度を低下させ、さらにポリマー複合材料の移行層（トランスファーフィルム）の延性を増加させる。
エラストマー類は、例えば、粉末またはペレットの形態であってよい。エラストマーは、ブレンドされたポリマーペレットに各々添加してもよく、または、ポリマーおよびエラストマーのペレットを同時に配合してもよい。エラストマーは、ポリマー複合材料の約２〜約20重量パーセント、さらに好ましくは、約５〜約10重量パーセントを含む。例えば、ポリマー複合材料を形成するために、ポリマー類およびエラストマー類を２軸混練押出機またはバス社のニーダーによって混合しもよい。
ポリマー複合材料は、例えば、フィラー、強化材類、潤滑剤、着色剤、熱安定化剤、紫外線安定化剤および加工助剤などの他の添加剤類を含有していてもよい。このような添加剤の特定の例は、炭素繊維、炭素粉末、ガラス繊維、ガラス粉末、ガラスビーズ、アラミド繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維、ステンレス鋼繊維、セラミック繊維、セラミック粉末、珪灰石（ウオラストナイト）、タルク、クレー、マイカ、顔料、ステアレート類、ワックス類、ポリテトラフルオロエチレン粉末、モリブデニウムジスルフィドおよびシリコーン油を含む種々の油類を包含する。
ガラス繊維の添加は、耐クリープ性、熱伝導性を改善し、複合材料の熱歪みを減少する。炭素繊維は、強度、熱伝導性および耐クリープ性と耐疲労性を増加させるために、複合材料に添加し得る。ポリマー複合材用の他の従来の添加剤は、当業界で通常の技術を有するものにすでに明らかである。
当業界で通常の技術を有する者が、全ての成分を互いに同時に配合（ブレンド）され得ることは理解するであろうが、ポリマー類およびエラストマー類を配合した後、ポリマー複合材料に添加剤を混合するのが好ましい。これらの成分は前述したような従来の２軸スクリュー−押出機またはバス社のニーダー中で混練してもよい。添加剤は、特定の添加剤および所望の特性に応じて、ポリマー複合材料の約60重量パーセントまで含有していてもよい。
本発明の複合材料は、その複合材料の表面が、金属表面のような別の表面に当接する場合のように、他の先行技術の複合材料と同様に同じタイプの用途に使用することができる。本発明の複合材料は、上述の状況下において、低摩耗係数を含め、同様であるかまたはより優れた摩耗特性を示す。
本発明では、個々のポリマー成分の利点が他のポリマー成分の欠点を補うポリマーブレンドを創造し得る。例えば、単独で加工されたナイロンは、そりにしばしば影響される。１つまたはそれ以上の異なるポリマー類、例えばポリプロピレンをナイロンに混合することにより、そりは減少されるか、または排除され得る。増大された強度および熱安定性、減少されたそりなどの促進された物理的特性；削減された費用；および成形操作時に減少されたサイクル時間等の簡素化された加工方法を有する複合材料を形成するために、異なるポリマー類を混合してもよい。
１つまたはそれ以上のエラストマー類をポリマーブレンドに添加することは、上述の複合材料と他の素子の接触表面との間の摺動摩擦の結果形成される移行層（トランスファーフィルム）の耐磨耗性と延性の増強と共に、クラック成長に対するさらに高い耐性と、より低い降伏強度を有する強靱化複合材料を提供する。
本発明を以下の特定はするものの本発明を限定するものでない実施例によってさらに詳細に説明する。特に指示がない限り、全ての百分率（含有率）は、重量によるものである。
実施例１
ナイロン6/6およびポリプロピレン（PP）の複合材料を、ナイロン6/6〔Vydyne（商標）21;ミズーリ州、セントルイスのモンサント・カンパニーから入手可能である〕およびポリプロピレン〔バンパーガー  ホモポリマーグレード4042;ニューヨーク、ニューハイドパークのバンバーガーポリマーズ・インコーポレイテッドから入手可能である〕の含有率を変化させて、配合することによって製造した。無水マレイン酸変性エチレンプロピレン（MEP）ペレット〔Exelor（商標）1801;テキサス州、ヒューストンのエクソン・ケミカル・カンパニーから入手可能である〕；高分子量MEPペレット〔Royal  Tuf（商標）465A;コネチカット州、ミドルベリーのユニロイヤル・ケミカル・カンパニーから入手可能である〕;SAN・EPゴム〔Royal  Tuf（商標）X372;ユニロイヤル社から入手可能である〕；エチレン、エチルアクリレートおよび無水マレイン酸の三元共重合体〔ローテイダー;Lotader（商標）4700;ペンシルバニア州、フィラデルフィアのエルフ・アトケム・ノース・アメリカ社から入手可能である〕を含む、エラストマー性強化剤の含有率を変化させて、種々のポリマーブレンドと手作業で配合して、本発明の複合材料用の組成物を形成した。本発明の複合材料用の試験組成物と比較するために、代表的な従来の変性剤であるポリテトラフルオロエチレン（PTFE）粉末〔Witcon（商標）TL−156;デラウエア州、ウイルミントンのICIアメリカスから入手可能である〕を同様のポリマーブレンド類と異なる比率で手作業で配合した。ガラス繊維（GF）〔1/8"Manville（商標）731;オハイオ州、トレドのマンビル・セールズ・コーポレーションから入手可能である〕を数種の本発明および従来のポリマー組成物類と手作業で配合した。バウナー・フレイデレルのZSK−40（商標）の２軸スクリュー押出機で、これらの組成物を押出た。各複合材料の各成分の含有率を表２に示す。
押出物を粉砕してペレットにし、（ASTM1型水準に従って）摩耗試験用に6mm×6mm×6mm立方体に切断された1/4"厚の引張試験片に射出成形した。「ピン−オン−リング」の乾燥滑り摩耗試験方法に従って各試験片の摩擦および摩耗試験を行った。各複合材料の摩耗係数〔10-16メーター3/ニュートン・メーター（m3/Nm）の単位で測定された体積当たりの重量損失〕は、ブレークイン摩耗（break−in wear）とは独立に平衡に達した摩耗速度に基づいていた。冷間圧延炭素鋼（ロックウエル硬度＞50）の金属整合面に対し、室温（約23℃）で試験荷重27ニュートン（Ｎ）、試験速度１メーター／秒（m/s）で、摩耗試験を行なった。回転する硬質金属円板の平均表面粗さ（Ra）は、約0.1ミクロン未満であった。約0.75メガパスカル（MPa）の見掛接触圧に対応する約36mm2の表示接触面積を使用した。熱平衡が確立した後に、30分または60分間隔で、質量損失測定の少なくとも６期目以上の安定状態が得られるまで、質量損失を測定した。摩擦および摩耗試験の結果を表２に示す。各結果は、同じ試験条件で行った４回の試験操作の平均値である。
結果は、ナイロン6/6単独またはポリテトラフルオロエチレンなどの代表的な従来の添加剤を含むナイロン6/6−PPブレンドに比べてナイロン6/6−ポリプロピレン・ブレンドを用いるこの発明の複合材料によって、耐摩耗性について相当な改善が達成されたことを示す。
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実施番号１は、ナイロン6/6が100％である組成物で、90×10-16m3/Nmの摩耗係数を有することを示す。一方、ナイロン6/6およびポリプロピレンの50/50ブレンドは、13.0×10-16m3/Nmの摩耗係数および0.70の動摩擦係数を有する（実施番号４）。このブレンドへの５％PTFEの添加は、ナイロン6/6およびポリプロピレンのみのブレンドより低い摩擦係数および動摩擦係数を有する複合材料を提供した。さらに詳細には、５％PTFEを有する複合材料の摩耗係数は、８×10-16m3/Nmであり、動摩擦係数は、0.51であった（実施番号19）。適切な量のナイロン6/6、ポリプロピレンおよびPTFEに対する10％のガラス繊維の添加（実施番号21）は、15×10-16m3/Nmの摩耗係数を有する複合材料を提供し、それは、ナイロン6/6、ポリプロピレンおよびPTFEの複合材料のものより大きい。
特には、本発明による47.5％ナイロン6/6、47.5％プロピレンおよび５％無水マレイン酸変性エチレンプロピレンを有するブレンド（実施番号５）は、先に検討した従来のブレンドより優れた耐摩耗性を有する複合材料を提供する。さらに詳細には、実施番号５のブレンドの動摩擦係数が約0.52であり、摩耗係数は、４×10-16m3/Nmで、ナイロン6/6およびポリプロピレン・ブレンドに対してPTFE、またはPTFEおよびガラス繊維の添加によって得られるものより顕著に低い。
特に、ナイロンはポリプロピレンより約２倍高価である。ナイロンはポリプロピレンより低いそりを示す一方、加工するのが困難である。ナイロンとポリプロピレンとのブレンドは、これらの障害を釣合わせ、何れか一方のポリマー単独より少ないそりと、よりよい成形特性を示し、安価な複合材料を提供する。しかし、ナイロンとポリプロピレンのみのブレンドはますます厳しい要求の摩擦学的適用に対して不十分な強度および耐摩耗性を示す。PTFEのように強度および耐摩耗性を増加し得る通常の従来の添加物は、しばしば極端に高価である。したがって、妥当な費用で、衝撃強さ、耐摩耗性を増大させ、高い耐クラック成長性を示すために、ナイロン6/6およびPPのブレンドにエラストマー性強靱化剤、例えば、MEPを組み合わせる本発明は、摩擦学の技術における顕著な現状打破を示す。
実施例２
ナイロン6/6（Vydyne（商標）21）およびPES（ICI  Victrex（商標）PES  4100G;ICI社から入手可能）の含有率を変化させて配合することでナイロン6/6およびポリエーテルスルフォン（PES）複合材料を製造した。試験した各複合材料の組成を表３に示す。MEPペレット（Exelor（商標）1801）の含有率を変化させて、ナイロン6/6−PES複合材料と配合し、適切な摩耗試験片を作製した。摩擦および摩耗試験を実施例１と同様に行った。いくつかの試験片については、KJ/m2で示される体積強靱性（破断靱性）（GIC）を測定した。摩耗中に組成物によって形成された移行層（トランスファーフィルム）の耐久性は、ポリマー化合物の体積強靱性に近似し得ると信じられている。体積強靱性および／または動摩擦係数が減少する場合、摩擦係数の降下も期待される。
図１に最も良く示されるように、MEPが相溶化剤として働き、本発明のポリマー複合材料の摩耗係数を減少し、耐クラック成長性を増加し、移行層（トランスファーフィルム）の延性を増加すると信じられている。摩耗係数における最適な変化がナイロン6/6とPESとの約50/50ブレンドで観察される。
表３に示されるように、PESの100％組成物（実施番号26）は、200000×10-16m3/Nmの摩耗係数を示した。ナイロン6/6単独（実施番号22）の摩耗係数は90×10-16m3/Nmであった。PESは、ナイロン6/6より遙かに高い摩耗係数を示す一方、PESおよびナイロン6/6を組み合わせてナイロン単独よりよい温度安定性を有する組成物を生成することが望ましい。ナイロン6/6とPESの50/50ブレンド（実施番号25）は、2000×-16m3/Nmの摩耗係数を持つ。
ナイロン6/6およびPESの50/50ブレンドと５％MEP（実施番号30）は、低摩耗係数（12×10-16m3/Nm）のみでなく、高い体積強靱性および低い動摩擦係数を有する複合材料を提供する。MEPの含有率を20％まで増加する（実施番号32）と、同等の低摩耗係数、すなわち、10×10-16m3/Nmを示す複合材料を提供する。エラストマー性強靱化剤、例えばMEPの添加は、さらに強靱性を増加し、したがって、摩擦学的系の素子におけるナイロン6/6とPESとの組成物の有用性を増す。
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実施例  ３
ナイロン6/6および高密度ポリプロピレン（HDPE）の複合材料は、ナイロン6/6（Vrdyne（商標）21）およびHDPE（Dow（商標）10062N;ミシガン州、ミッドランドのダウ・ケミカル・ユーエスエイから入手可能）の含有率を変化させて混合して製造した。従来技術のPTFE粉末（Witcon（商標）TL−156）、ガラス繊維（GF）（1/8"Manville（商標）731）、および強靱性エラストマー、すなわち、MEP（Exelor（商標）1801）およびエチレン−プロピレン（EP）ゴム（Nordel（商標）4167;デラウエア州、ウィルミントンのイー．アイ．テュポン・ド・ネイモウス社から入手可能）の含有率を変化させて、ナイロン6/6とHDPEとの組成物に別個に混合し、さらに、試験片を形成し、実施例１に示したのと同様に試験した。各成分の含有率を表４に示す。
ナイロン6/6単独（実施番号33）は、90×10-16m3/Nmの摩耗係数を示す。20％PTFEの添加は、代表的な従来の置換であって、7.2×10-16m3/Nmの摩耗係数および0.35の動摩擦係数を示す複合材料（実施番号34）を製造する。PTFEの代わりに20％HDPEをナイロン6/6に添加する場合、得られる複合材料（実施番号35）の摩耗係数は、5.5×10-16m3/Nmであり、さらに（動）摩擦係数は0.24であり、PTFEの複合材料より低い。HDPEの５％を強靱性エラストマー（すなわち、エチレン−プロピレンゴム）に置き換えると、得られる複合材料（実施番号36）の摩耗係数はわずか3.0×10-16m3/Nmである。
ナイロン6/6とHDPEとの50/50ブレンドに５％のMEPを添加すると、15×10-16m3/Nmの摩耗係数を示す複合材料（実施番号37）を製造し、これはナイロン6/6単独（実施番号33）の摩耗係数より低い。ナイロン6/6およびHDPEの10％をガラス繊維で置き換えた場合、得られる複合材料（実施番号38）の摩耗係数は、わずか13×10-16m3/Nmである。したがって、強靱性エラストマーおよびガラス繊維の組合せは、ナイロン6/6およびHDPEのポリマー組成物の摩耗係数を減少させ、強靱性を増加する。
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明らかに、ナイロン6/6およびHDPEのポリマー組成物に強靱性エラストマーを添加することは、上記ポリマー組成物の摩耗係数および摩擦係数を減少し、強靱性を増加する。
実施例４
ポリカーボネート（PC）およびポリプロピレン（PP）またはアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ABS）、またはPPおよびアセタールの複合材料を、PC〔Makrolon（商標）M40;ペンシルバニア州、ピッツバーグのモーベイ・コーポレーションから入手可能〕、PP〔Bamberger4042〕、ABS〔ABS340（商標）；ダウ・ケミカル社から入手可能〕、およびアセタール〔Acetal  M9004（商標）；ニュージャージー州、サミットのヘキスト・セラニーズ・コーポレーションから入手可能〕の含有率を変化させて配合することによって製造した。これらの複合材料を、PTFE、炭素繊維（1805AS（商標）；デラウエア州、ウイルミントンのヘルクレス・インコーポレイテッドから入手可能）およびガラス繊維のような代表的な従来の添加剤、および本発明に有用な数種の強靱性エラストマー、例えばMEP、アクリルゴム〔Paraloid（商標）EXL−3301;ペンシルバニア州、フィラデルフィアのローム・アンド・ハース・コーポレーションから入手可能〕、EPゴム〔Nordel（商標）4167〕、およびSAN・EPゴム〔Royal−Tuf（商標）X372;コネチカット州、ミッドベリーのユニロイヤル・ケミカル・カンパニーから入手可能〕等の含有率を変化させて混合した。各試験複合材料の組成物を表５および６に示す。摩耗試験片を作製し、実施例１と同様に試験した。
表５に示されるとおり、ポリカーボネート単独（実施番号40）は、15,000×10-16m3/Nmの摩耗係数を示す。ポリカーボネートに20％PTFEを添加することは、遙かに低い摩耗係数、すなわち、34×10-16m3/Nmを示す複合材料（実施番号43）を提供する。ポリカーボネートに５体積％のガラス繊維を添加することは、PTFE−充填ポリカーボネートのものより高い摩耗係数、すなわち、83×10-16m3/Nmを示す複合材料（実施番号52）を提供する。ガラス繊維の含有率が増加した場合、摩耗係数は、表６に示すように摩耗係数が増加する。表５に示されるとおり、ポリカーボネートに16％のPTFEおよび20重量％のガラス繊維を添加することは、より低い摩耗係数、すなわち、3.5×10-16m3/Nmを示す複合材料（実施番号50）を提供する。ポリカーボネートに約24.7％の炭素繊維を添加することは、PTFEおよびガラス繊維の複合材料のものと同様の摩耗係数を示す複合材料（実施番号58）を提供する。
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前述の複合材料ブレンドの全ては、比較的高価な添加剤、例えば、PTFEおよび炭素繊維等を包含する。本発明において、５％のMEPを有するPCおよびPPの50/50ブレンド（実施番号46）は、28×10-16m3/Nmの摩耗係数と、0.27の動摩擦係数を示す。これらの値は、先述の先行技術のPC/PP複合材料のものと同等であるかより低い。ポリプロピレンは同量のポリカーボネートの費用の約３分の１で得ることができる。PCおよびPPの50/50ブレンドへの５％のMEPの添加は、かなり低い費用でポリカーボネートおよび20％PTFEの複合材料のものより低い摩耗係数を示す複合材料を提供する。
表５は、MEPが本発明に使用するのに好適なエラストマーであることも示す。PCとPPの50/50ブレンドおよび５％のMEPからなる複合材料（実施番号46）は、同様のブレンドおよび５％アクリルゴムからなる複合材料（実施番号47）より低い摩耗係数および動摩擦係数を示す。このより低い摩耗係数値は、MEPの機能化された無水マレイン酸部分がポリカーボネートに結合した結果であると確信される。
本発明の複合材料は、比較的高価なポリマー類を、安価なポリマー類と結合させて、従来の複合材料と同等であるかまたは改善された強度、耐摩耗性およびより低いクラック成長を示す複合材料を形成することを可能とする。異なるポリマー類の混合は、得られる複合材料の物理的特徴、例えば、強度、そり、温度安定性および加工容易性等を最適にすることを可能とする。従来の添加剤は、高価であるものが多く、さらに、ガラス繊維の場合には、追加の加工工程が必要になることがある。本発明は、削減された費用で従来のポリマー組成物と同等であるかまたはより優れた摩耗特性を示す強靱化ポリマー複合材料を提供し、それによって、当業界で長年感じられていた必要性を満足する。
発明の趣旨の範囲から逸脱しない限り、上述の実施例に変化を与えることは、当業界で習練した者によって明白なものである。したがって、この発明は開示された特定の実施例に限定されるものではないことが理解されるが、付随の請求の範囲によって提示された本発明の意図および範囲の範囲内での変形を含むことが意味される。
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