(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）炭素繊維を５〜45容量％および（ｂ）金属粉末（青銅粉末を除く）を１〜25容量％含んでなり、残部が（ｃ）不安定末端基を安定化させた溶融加工可能なテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体またはテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体からなる摺動部品用樹脂組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は摺動用途、特に動的シール材や軸受に適した樹脂組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、摺動用の部品の成形用樹脂組成物としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粉末に各種の充填材を加えたものが知られている。たとえば、特公昭４９−３６０８１号公報や特開昭５８−７２７７０号公報には、ＰＴＦＥ粉末に金属粉末とカーボングラファイトまたは炭素繊維を配合した摺動特性が向上した樹脂組成物が開示されている。しかし、ＰＴＦＥは通常の射出成形のような溶融加工ができず、加工生産性が低い圧縮成形法によらざるをえない。しかも、圧縮成形用の組成物では圧力伝達性の点から配合する繊維状材料のアスペクト比を小さくせざるをえず、その結果、えられる成形品の機械的強度の向上も充分とはいえない。
【０００３】
テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体などの溶融加工可能な含フッ素樹脂に各種の充填材（たとえば炭素繊維、二硫化モリブデン）などを加えた射出成形可能な樹脂組成物も知られている（たとえばプラスチック、Ｖｏｌ．４２、Ｎｏ．７、５１〜５３頁）。しかし、これらも高温での摺動特性、特に摩擦係数を低くし、摩擦抵抗力の変動幅を小さくするという要求は充分満足されているとはいいがたく、またアルミニウムなどの軟質金属に対する耐摩耗性も不充分である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、機械的強度を保持したまま、高温での摺動特性および軟質金属に対する耐摩耗性が改善された含フッ素樹脂成形品を与える溶融加工可能な樹脂組成物を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の樹脂組成物は、（ａ）炭素繊維５〜45容量％、（ｂ）金属粉末（青銅粉末を除く）１〜25容量％および残部が（ｃ）溶融加工可能な含フッ素樹脂からなるものである。
【０００６】
本発明に用いる溶融加工可能な含フッ素樹脂は、不安定末端基を安定化させたテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）またはテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
共重合体であるＰＦＡは、テトラフルオロエチレンと式：
ＣＦ２＝ＣＦＯ（ＣＦ２）ｍＸ
（式中、Ｘは水素原子、塩素原子またはフッ素原子、ｍは１〜６の整数である）で表わされるか、または式：
ＣＦ２＝ＣＦ（Ｏ−ＣＦ２ＣＦ（ＣＦ３））ｎＯＣ３Ｆ７
（式中、ｎは１〜４の整数）で示されるフルオロアルキルビニルエーテルの少なくとも１種との共重合体が好ましく、特にテトラフルオロエチレン９２〜９９重量％とフルオロアルキルビニルエーテル１〜８重量％の共重合体が好ましい。またＦＥＰはテトラフルオロエチレン８７〜９６重量％とヘキサフルオロプロピレン４〜１３重量％の共重合体が好ましい。これらのうちでもＰＦＡが特に好ましい。
【０００８】
これらの溶融加工可能な含フッ素樹脂は共重合成分として、各樹脂の本質的性質を損わない量で他のモノマーを共重合したものであってもよい。他のモノマーとしては、たとえばテトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル、パーフルオロアルキル（Ｃ１〜Ｃ１０）エチレン、パーフルオロアルキル（Ｃ１〜Ｃ１０）アリルエーテル、式：
ＣＦ２＝ＣＦ〔ＯＣＦ２ＣＦＲｆ（ＣＦ２）ｐ〕ｑＯＣＦ２（ＣＦ２）ｒＹ
（式中、Ｒｆはフッ素原子またはトリフルオロメチル基、Ｙはハロゲン原子、ｐは０または１、ｑは０または１〜５の整数、ｒは０または１〜２の整数。ただし、ｐが１のときＲｆはフッ素原子である）で示される化合物などがあげられる。
【０００９】
ＰＦＡやＦＥＰは耐熱性、耐薬品性に優れており、半導体関連分野をはじめ多くの技術分野で使用されている。しかし、ＰＦＡやＦＥＰの共重合の際に用いる開始剤や連鎖移動剤により、その重合鎖の末端にフッ素原子以外の原子を含む基が微量ながら存在する。こうした末端基には酸フルオライドポリマー末端基などのように加熱によって分解して溶出フッ素イオンにより金属を腐食させるものがある。したがって、金属粉末を使用する本発明においては、そうした不安定末端基を安定化させたものを用いる。不安定末端基の安定化法は従来より知られている。たとえばアンモニアと反応させてアミド化する方法、メタノールと反応させてメチルエステル化する方法、フッ素ガスと反応させてパーフルオロ化する方法（井原ら、バルカーレビュー  Ｖｏｌ．３５、Ｎｏ．３、３４〜４０頁（１９９１））などがあるが、これらの方法に限られるものではない。
【００１０】
本発明において用いられる炭素繊維は、寸法安定性、補強性、耐摩擦摩耗性、耐クリープ性を改善する目的で添加される。このような目的が成形された摺動部品において最も効果的に達成されるためには、混合後の組成物中での平均繊維径が１０〜３０μｍでアスペクト比が８〜３００  であることが望ましい。しかし、混合及び成形時に剪断を受けて繊維が折れることを考慮して選択しなければならず、そのためには、混合前の炭素繊維の平均繊維径が１０〜３０μｍ、アスペクト比が２０〜３００  であることが望ましい。炭素繊維としては従来より知られるものが特に限定なく採用できる。たとえば、レーヨン、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）およびピッチなどを出発原料としてえられる炭素含有量９０重量％以上の繊維状物質などが例示される。また、気相成長法などにより製造された繊維径１μｍ以下のカーボンウィスカなどを用いても同様の効果が期待できる。
【００１１】
炭素繊維は、必須成分中５〜４５容量％、好ましくは１０〜２０容量％を占めるように配合される。配合量がこれより少ないと、炭素繊維による補強効果がえられず、一方、多すぎると金属粉末と合わせ混合したばあいの流動性が損なわれ、また繊維の折れ方が大きくなり期待する効果がえられない。
【００１２】
金属粉末は通常、熱伝導性や導電性、圧縮特性などを改善するために添加されているが、本発明においてはそれらの性質に加えて高温下における摩擦係数を低下させ、かつ摩擦抵抗力の変動幅を小さくするという効果を奏する。本発明で用いる金属粉末としては銅系、アルミニウム系、鉄系など種々の粉末を１種または２種以上混合して使用できるが、熱伝導性、摺動性の点から銅系の金属粉末、特に青銅粉末が好ましい。これら金属粉末としては、粒径２０〜５３μｍのものが用いられる。ここでいう粒径範囲は、ふるい目の開きが５３μｍのふるいを通り、２０μｍのふるいに残るものである。金属粉末の粒径が５３μｍより大きいばあいは伸びや強度の低下を生ずることがあり、２０μｍより小さいばあいは２次凝集により５３μｍより大きいばあいと同様に特性の低下を生ずることがある。
【００１３】
金属粉末は必須成分中１〜２５容量％、好ましくは３〜１０容量％配合される。この範囲よりも多いと樹脂組成物による軽量化効果がえられにくく、少なすぎると摩擦係数の変動幅を小さくしにくくなる。
【００１４】
そしてこれらの金属粉末および炭素繊維には、必要に応じてフッ素化処理、カップリング剤を用いた処理などの表面処理を行ない含フッ素樹脂との親和性を向上させてもよい。
【００１５】
なお、本発明の摺動用樹脂組成物に対して本発明の目的を損わない限り、無機または有機の補強用充填材や相溶化剤、潤滑剤（フッ化カーボン、カーボングラファイト、二硫化モリブデン）、安定剤など種々の添加剤を組み合わせて配合することができる。
【００１６】
本発明の樹脂組成物の調製に際し、公知の混合方法が採用される。たとえば、各成分をＶ型ブレンダー、タンブラー、ヘンシェルミキサーなどの混合機にて混合したのち、さらに二軸押出し機などの溶融混練装置を用いて混練してペレット化することができる。また、溶融混練装置内で溶融している含フッ素樹脂に炭素繊維および金属粉末を途中で供給する方法も可能である。
【００１７】
こうしてえられたペレットは、通常用いられる熱可塑性樹脂を成形する機械、たとえば射出成形機、圧縮成形機、押出し成形機などによって所望形状の成形物、たとえばシート状、パイプ状、板状体などに成形することができる。
【００１８】
えられた成形品は高温下の摺動特性や機械的強度に優れているので、各種のシール材、軸受、たとえば自動車用途のシーリング、コンプレッサー用途のシール材などに好適である。
【００１９】
【実施例】
つぎに本発明の組成物を実施例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
【００２０】
参考例１〜２
炭素繊維（呉羽化学工業（株）製のＭ−207 Ｓ、繊維径14.5μｍ、アスペクト比48）と青銅粉末（福田金属箔粉工業（株）製のＢｒｏ−ＳＤ、平均粒径40μｍ）とを不安定末端基を安定化したＰＦＡ粉末（ダイキン工業（株）製のネオフロンＰＦＡ−ＡＰ 210ＳＨ）に表１に示す配合割合でヘンシェルミキサーにより均一に混合したのち、単軸押出機で270 〜300 ℃にて溶融混合してペレット化した。
【００２１】
えられたペレットを射出成形機（シリンダー温度300 〜400 ℃、金型温度200 ℃）に供給し、試験用の試験片を作製した。えられた試験片につき、荷重たわみ温度、熱伝導度、摩擦係数をつぎの要領で調べた。結果を表１および図１に示す。図１は参考例２の摩擦試験のチャートである。
【００２２】
（荷重たわみ温度）
安田精機（株）製の熱変形温度測定装置を用い、ＡＳＴＭ  Ｄ６４８  に従い荷重１．８２Ｎ／ｍｍ２（１８．６  ｋｇｆ／ｃｍ２）で荷重たわみ温度を測定する。
【００２３】
（熱伝導度）
京都電子工業（株）製の迅速熱伝導率計を用いて測定する。
【００２４】
（摩擦係数）
オリエンテック（株）製の鈴木・松原式摩擦摩耗試験機を用い、
荷重：０．４９→０．９８→１．４７→１．９６→２．４５  Ｎ／ｍｍ２
（５→１０→１５→２０→２５  ｋｇｆ／ｃｍ２  に相当する。）
速度：２００  ｍ／分
温度：１５０  ℃
雰囲気：オイル中（スニソ４ＧＳ）
距離：各荷重で１．０  ｋｍ
相手材：アルミ材（Ｓ４５Ｃ）
の条件下に摩擦係数を測定する。
【００２５】
比較例１〜２
青銅粉末を配合しない組成物を表１に示す割合で調製し、参考例１と同様にしてペレット化し、ついで射出成形して試験片を作製した。
【００２６】
えられた各試験片につき参考例１と同様にして物性を測定した。結果を表１および図１に示す。
【００２７】
表１および図１から明らかなように、本発明の組成物は摩擦係数の変動幅の小さい成形品を与えることがわかる。
【００２８】
【表１】
0003578070.tif 000002
【００２９】
【発明の効果】
金属粉末と炭素繊維を組み合わせて不安定末端基が安定化された溶融加工可能なＰＦＡやＦＥＰに配合することにより、高温での摺動において低い摩擦係数を示すと共に荷重の変化に対しても摩擦係数の変動幅が小さく、非常に安定した摺動特性を示し、しかもアルミニウムなどの軟質金属に対して自他共に耐摩耗性の向上がみられる摺動用に適した成形品を与える。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例２および比較例２において、荷重を変化させたときの摩擦係数の測定チャートである。
【図１】
0003578070.tif 000003