(57)【要約】  本願には、摩擦低減、耐摩耗性の軸受材料が記載されている。上記材料は、孔内に分散されている耐摩耗性の熱硬化性又は熱硬化性樹脂材料を有する多孔質でモノリシックのポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）を含む。
2007523305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質でモノリシックのＰＴＦＥ材料、及び
前記ＰＴＦＥ材料の前記孔内に配置されている熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂からなる群から選択される少なくとも一つのポリマー樹脂、
を含んで成る軸受物品。
【請求項２】
前記少なくとも一つのポリマー樹脂がエポキシを含む、請求項１に記載の軸受物品。
【請求項３】
前記少なくとも一つのポリマー樹脂がポリイミドを含む、請求項１に記載の軸受物品。
【請求項４】
前記ＰＴＦＥが２つ又は３つ以上の層を含む、請求項１に記載の軸受物品。
【請求項５】
前記ＰＴＦＥが、少なくとも一つの充填剤をさらに含む、請求項１に記載の軸受物品。
【請求項６】
シートの形態である、請求項１に記載の軸受物品。
【請求項７】
チューブの形態である、請求項１に記載の軸受物品。
【請求項８】
前記物品が、前記物品に結合されている感圧接着剤をさらに含む、請求項１に記載の軸受物品。
【請求項９】
前記物品に結合されている少なくとも一つの基板をさらに含む、請求項１に記載の軸受物品。
【請求項１０】
前記少なくとも一つの基板が、金属及びエポキシからなる群から選択される少なくとも一つの材料を含む、請求項９に記載の軸受物品。
【請求項１１】
多孔質でモノリシックのＰＴＦＥ材料、及び
前記ＰＴＦＥ材料の前記孔内に配置されている少なくとも一つの耐磨耗性ポリマー樹脂、
を含んで成る軸受物品。
【請求項１２】
前記少なくとも一つのポリマー樹脂がエポキシを含む、請求項１１に記載の軸受物品。
【請求項１３】
前記少なくとも一つのポリマー樹脂がポリイミドを含む、請求項１１に記載の軸受物品。
【請求項１４】
前記ＰＴＦＥ材料が、２つ又は３つ以上のＰＴＦＥ層を含む、請求項１１に記載の軸受物品。
【請求項１５】
前記ＰＴＦＥが、少なくとも一つの充填剤をさらに含む、請求項１１に記載の軸受物品。
【請求項１６】
シートの形態である、請求項１１に記載の軸受物品。
【請求項１７】
チューブの形態である、請求項１１に記載の軸受物品。
【請求項１８】
前記物品が、前記物品に結合されている感圧接着剤をさらに含む、請求項１１に記載の軸受物品。
【請求項１９】
前記物品に結合されている少なくとも一つの基板をさらに含む、請求項１１に記載の軸受物品。
【請求項２０】
前記少なくとも一つの基板が、金属及びエポキシからなる群から選択される少なくとも一つの材料を含む、請求項１９に記載の軸受物品。
【請求項２１】
多孔質でモノリシックのＰＴＦＥ材料と、前記ＰＴＦＥ材料の前記孔内に配置されている熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂からなる群から選択される少なくとも一つのポリマー樹脂とを含む複合体；及び
前記複合材料に結合されている基板、
を含んで成る軸受物品。
【請求項２２】
耐摩耗表面の状態である、請求項２１に記載の軸受物品。
【請求項２３】
軸受の形態である、請求項２１に記載の軸受物品。
【請求項２４】
ワッシャーの形態である、請求項２１に記載の軸受物品。
【請求項２５】
クラッチの形態である、請求項２１に記載の軸受物品。
【請求項２６】
テンション装置の形態をとる、請求項２１に記載の軸受物品。
【請求項２７】
前記少なくとも一つのポリマー樹脂がエポキシを含む、請求項２１に記載の軸受物品。
【請求項２８】
前記少なくとも一つのポリマー樹脂がポリイミドを含む、請求項２１に記載の軸受物品。
【請求項２９】
前記ＰＴＦＥが２つ又は３つ以上のＰＴＦＥ層を含む、請求項２１に記載の軸受物品。
【請求項３０】
前記ＰＴＦＥが、少なくとも一つの充填剤をさらに含む、請求項２１に記載の軸受物品。
【請求項３１】
シートの形態である、請求項２１に記載の軸受物品。
【請求項３２】
チューブの形態である、請求項２１に記載の軸受物品。
【請求項３３】
多孔質でモノリシックのＰＴＦＥ材料を準備する段階、
前記ＰＴＦＥ材料内の前記孔の少なくとも一部に、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂からなる群から選択される少なくとも一つのポリマー樹脂を吸収させる段階、
前記少なくとも一つのポリマー樹脂を硬化させる段階、そして
前記吸収させたＰＴＦＥ材料を軸受に形成させる段階、
を含んで成る軸受材料の形成法。
【請求項３４】
前記吸収させたＰＴＦＥ材料を基板に結合させる段階をさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＴＦＥを含む軸受材料の改良に関する。これらの軸受材料は、多様な用途、例えば、航空宇宙、工業、医学及び農業分野に適する。
【背景技術】
【０００２】
様々な荷重軸受用途において摩擦及び磨耗を低減するために、自己潤滑性（ｓｅｌｆ−ｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇ）の軸受及び材料を用いることが、当業者に知られている。これらの軸受は、使用及び取り付けられている間、損傷に耐えることが期待されている。さらに、一般的に、上記自己潤滑性軸受は、使用中に、熱及び圧力、並びに多様な物質からの化学系の攻撃等の多様な条件にさらされる。
【０００３】
所望の要求に適合するための軸受材料の選択は、必要とされる特定条件及び性能に応じて決まり、そして考慮しなければならない多くのパラメータの観点から、複合的な技術課題が存在する傾向がある。考慮しなければならない条件の代表的な一覧項目には、例えば、速度、圧力（荷重量、荷重方向、及び衝撃荷重の速度を含む）、動摩擦、静摩擦、温度、化学品暴露、潤滑、寸法安定性、幾何学的適合性、相手面の性質、及び流体潤滑浸食作用（ｆｌｕｉｄ  ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｅｒｏｓｉｏｎ）（キャビテーション）に対する感受性を挙げることができる。
【０００４】
従来の摩擦管理材料及びシステムには、ローラー軸受、転がり軸受、及び滑り軸受が含まれる。滑り軸受の分野では、種々の充填剤及び／又は多孔質の結合層を有するプラスチックマトリックスを含むプラスチック軸受材料の種々の形態が知られている。それらの多くには、低い摩擦係数で広く知られているポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が含まれる。ＰＴＦＥは、また、広い温度範囲において安定な利点を付与し、そして多くの化学薬品に対して不活性である。しかし、ＰＴＦＥの基板に対する接着強度、過度のクリープ及び磨耗特性は不十分であり、種々の方法において、種々の支持材料が、ＰＴＦＥと併用されている。これらの支持材料の一部には、システムから熱を取り除き、磨耗が改善すると考えられる金属が挙げられる。加えて、鉛等の一部の金属は、系の潤滑性に寄与すると考えられる。しかし、これらのシステムにおける機構は、十分には理解されていない。
【０００５】
多くの製品がこの分野において利用可能になってきており、そしてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を導入する軸受及び他の摩擦低減材料に向けられた多種多様な特許が存在する。例えば、多くの軸受材料には、樹脂材料中に導入され、そして基板上にスプレーコーティングされるＰＴＦＥフロック、又は短繊維が導入されている。米国特許第３，８０６，２１６号には、この種の構造体の代表例となる材料が記載されている。別の形態では、ＰＴＦＥフィルムを、固体の十分な密度のＰＴＦＥブロックから薄く削り、次いで布地又は金属支持物に積層させ、そして種々の樹脂系と一緒に接着させる。Ｆｕｒｃｈａｋの米国特許第４，２３８，１３７号には、この種の構造の代表例となる材料が記載されている。織布又は不織布のシート又は布帛内に形成され、次に、樹脂を含浸させ（例えば、米国特許第４，０７４，５１２号）、そして／又はエポキシ若しくは他の裏当て材に積層されている（例えば、米国特許第３，９５０，５９９号）ＰＴＦＥ繊維がまた、軸受材料として用いられている。ＰＴＦＥフロック又は粒子が、熱可塑性材料中に導入され、次いで、軸受内に成形及び／又は機械加工されている。さらに、充填剤と組み合わされることがあるＰＴＦＥディスパージョンを、乾燥させるか、又は焼結金属層／金属基板若しくは他の金属基板上に接着させてきた（例えば、米国特許第２，６８９，３８０号、同第５，４９８，６５４号及び同第６，５４８，１８８号、及び特開平３−１２１１３５号）。
【０００６】
Ｆｕｈｒらの米国特許第５，７９２，５２５号には、望ましい形状に機械加工又は成形することができる高密度化延伸ＰＴＦＥ材料の１以上の層から形成される軸受部品が教示されている。こうした材料は、荷重下のクリープに対して良好な耐性を示すが、こうした材料の磨耗限度は、多様な要求の多い軸受用途における使用を制限することになる。
【０００７】
上述の広範なＰＴＦＥ含有材料から分かるように、いくつかの解決法がほぼすべての軸受用途に対して開発されてきたが、市場は、消費電力がより低くかつ軸受寿命をより長くすることができる、より低摩擦、より低磨耗システムを必要とし続けている。さらに、鉛に関する環境問題により、最新の鉛含有材料と同等以上の性能を有する鉛フリー材料への探索がもたらされてきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来からの利用可能な材料に対して強化された耐磨耗性及び低摩擦を示す、新しい軸受のための自己潤滑性軸受材料及び軸受物品の分野に必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明品は、自己潤滑性軸受市場の多くの最新の問題点を解決する、独自の耐磨耗性複合軸受材料である。上記軸受材料には、これまで当事者に達成されていない独自の構成において、他ポリマー材料と組み合わされたモノリシック又は連続的な多孔質のポリテトラフルオロエチレン材料が含まれる。
【００１０】
多孔質でモノリシックのＰＴＦＥの多様な形態が存在する。それらは、本発明の軸受材料に適している。例えば、Ａｌｌａｎらの米国特許第５，６７７，０３１号、及びＣｌｏｕｇｈの米国特許第６，０１９，９２０号は、構造全体にわたってのボイドの蛇行するネットワークを規定する溶融した顆粒状のＰＴＦＥ粒子の開放型ネットワークを含む多孔質でモノリシックのＰＴＦＥ構造に向けられている。本発明の軸受材料に好適な多孔質でモノリシックのＰＴＦＥの別の例には、フィブリルにより相互連絡されるノードの構造体を特徴とする延伸ＰＴＦＥがあり、このノード及びフィブリル構造体の外見は、材料が一方向（例えば、一軸）か又は多方向（例えば、二軸、多軸等）に延伸されるかどうかに応じて変わりうる。本発明において好適な多孔質でモノリシックのＰＴＦＥ材料の他の好適な形態には、孔を開けるか又は変性し孔のあいたモノリシックのＰＴＦＥシート、及び他の網状のＰＴＦＥ形態が含まれうる。
【００１１】
驚くことに、これらの多孔質でモノリシックのＰＴＦＥ材料が、膜、ロッド、チューブ又は他の好適な形態のいずれであろうとも、本明細書においてより詳細に記載されるような熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含むポリマー樹脂を吸収することができ、そして得られる吸収構造体から形成される軸受が、従来技術で達成されてきたものよりも耐磨耗性が改善されていることが見出された。
【００１２】
ｅＰＴＦＥ構造体中に吸収させるための好適なポリマー樹脂材料には、エポキシ及びそれらの混成物、フェノール類、ポリエステル、アクリレート、ポリイミド、ポリウレタン、シアネートエステル、ビスマレイミド、及びポリベンズイミダゾール（ｐｏｌｙｂｅｎｉｍｉｄａｚｏｌｅ）等を含む広範囲な熱硬化性樹脂を挙げることができるがそれらに限定されるものではない。好ましい熱硬化性樹脂は、熱安定性の高いものである（例えば、エポキシ、ポリアミド−イミド、シアネートエステル及びフェノール樹脂等）。さらに、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、アセタール、アクリル、フルオロポリマー、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリフェニレンオキシド、ポリエステル、ポリスチレン、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリフェニレンスルフィド、ポリビニルクロライド等を含む（それらに限定されない）多くの熱可塑性樹脂はまた、ｅＰＴＦＥ構造中に吸収されて、低摩擦、耐磨耗性の複合材料を形成することができる。
【００１３】
得られる複合材料の望ましい用途及び性能に応じて、ポリマー樹脂体積固形分％及び固形分体積比（ポリマー樹脂に対するＰＴＦＥ）を、有意に変化させることができる。４０％〜８０％の範囲の樹脂体積％を有する材料が、本発明に好適な複合材料をもたらしたが、より高い体積％及びより低い体積％もまた、本発明の低摩擦、耐磨耗性材料用の好適な複合材料の範囲内にあると考えられる。
【００１４】
望ましい特定の性能に応じて、上記吸収化ｅＰＴＦＥ複合材料にはまた、１以上の充填剤を導入し、特定の性能要求に適合するように性能を変更又は調整できる。例えば、グラファイト又は窒化ホウ素等の充填剤を、複合体の摩擦係数（ＣＯＦ）を下げるために含ませることができる。さらに、酸化アルミニウム、二酸化チタン、グラスファイバー、又はカーボン等の充填剤を（上記充填剤がＣＯＦを増大させる傾向を有しうるとしても）、耐磨耗性を改善するために用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明では、純粋なＰＴＦＥに近い摩擦係数（ＣＯＦ）を有するが、極めて低い磨耗速度を有する複合軸受材料が形成される。これらの新規な軸受材料は、特定の多孔質でモノリシックのＰＴＦＥ構造体の中に、耐磨耗性ポリマー樹脂材料を吸収させることで達成された。
【００１６】
上記軸受材料を作り出すために、上記のように、多孔質でモノリシックのＰＴＦＥを用いて始めることが重要である。例えば、Ａｌｌａｎの米国特許第５，６７７，０３１号、及びＣｌｏｕｇｈの米国特許第６，０１９，９２０号は、構造全体にわたってのボイドの蛇行するネットワークを規定する溶融した顆粒状のＰＴＦＥ粒子の開放型ネットワークを含む多孔質でモノリシックのＰＴＦＥ構造に向けられている。本発明の軸受材料用に好適な多孔質でモノリシックのＰＴＦＥの別な例は、フィブリルにより相互連絡されるノードの構造を特徴とする延伸ＰＴＦＥであり、このノード及びフィブリル構造体の外見は、材料が一方向（例えば、一軸）か又は多方向（例えば、二軸、多軸等）に延伸されるかどうかに応じて変わりうる。本発明において好適な多孔質でモノリシックのＰＴＦＥ材料の他の好適な形態には、孔を開けるか又は変性し孔のあいたモノリシックのＰＴＦＥシート、及び他の網状のＰＴＦＥ形態が含まれうる。
【００１７】
前述のように、本発明のＰＴＦＥ構造体の中に吸収させるために好適なポリマー材料には、広範囲な耐磨耗性ポリマー樹脂を挙げることができる。本明細書において用いられる用語「耐磨耗性ポリマー樹脂」は、ＰＴＦＥの弾性率（約０．７ＧＰａ）よりも大きな弾性率、さらに好ましくは少なくとも１．５ＧＰａの弾性率、そして最も好ましくは少なくとも２ＧＰａの弾性率を有するポリマー樹脂を指すことを意図している。好適な熱硬化性樹脂には、エポキシ及びそれらの混成物、フェノール類、ポリエステル、アクリレート、ポリイミド、ポリウレタン、シアネートエステル、ビスマレイミド、及びポリベンズイミダゾール等が挙げられるがそれらに限定されない。好ましい熱硬化性樹脂は、熱安定性の高いものである（例えば、エポキシ、ポリアミド−イミド、シアネートエステル及びフェノール樹脂等）。さらに、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、アセタール、アクリル、フルオロポリマー、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリフェニレンオキシド、ポリエステル、ポリスチレン、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリフェニレンスルフィド、及びポリビニルクロライド等を含む（それらに限定されない）多くの熱可塑性樹脂をまた、多孔質でモノリシックのＰＴＦＥ構造中に吸収させて、低摩擦性、高耐磨耗性の複合材料を生成させることができる。
【００１８】
一又は複数の熱硬化性又は熱可塑性ポリマー樹脂は、得られる物品の耐磨耗性を向上させるが、ポリマー樹脂の選択はまた、他の多くの理由により複合材料の成功のために重要であり、そして特定の樹脂の選択を、所定の用途の要求に応じて変えることができる。一般工業用の軸受用途において、吸収させた樹脂はまた、以下の有利な特徴を付与する：ＰＴＦＥ中のボイドを完全に又は部分的に充填し、他の基板への接着能を付与し、荷重下での変形を低減又は防止し（すなわち、耐クリープ性）、寸法硬さを付与する。我々は、一部の好ましい実施形態において、すべてのこれら特性を最も良くバランスさせる材料が、エポキシ、硬化剤及び添加剤（すなわち、硬化促進剤）の組合せを含むエポキシ樹脂であることを見出した。特に好ましい実施形態では、上記エポキシは、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、エポキシクレゾールノボラック、エポキシフェノールノボラック、及び他の多くの市販のエポキシ材料でありうる。硬化剤は、脂肪族アミン、芳香族アミン、アミドアミン、ポリアミド、アミン複合体、ジシアンジアミド、ウレア、イミダゾール、ポリフェノール、無水物及び酸でありうるがそれらに限定されない。しかし、エポキシが、必ずしもすべての用途に対する選択材料とはなりえないことに留意することが重要である。例えば、極端な高温耐性（４５０°Ｆ）を必要とされる用途では、ポリイミドが、好ましい実施形態により適合するであろう。再度、望ましい最終用途に応じて、ポリマー樹脂又は複数の樹脂の選択は変わりうる。
【００１９】
熱硬化性又は熱可塑性ポリマーを、ｅＰＴＦＥ構造体中に導入するために、ポリマーを融解又は溶媒和させることで液体形態とすることができる。これらの種類の複合材料を形成させる上での好ましい方法の一つは、溶媒和したポリマーを、ＰＴＦＥ構造体のボイド空間の少なくとも一部の中に吸収させることである。この方法は、ポリマー充填を容易に制御し、そして最終生成物を得るための処理を簡単にすることができる。上記方法において、熱硬化性又は熱可塑性樹脂中のすべての成分は、一又は複数の溶媒中に溶解されている。一又は複数の溶媒は、上記成分を溶解させるだけでなく、多孔質でモノリシックのＰＴＦＥ材料を湿潤させるための湿潤剤としてはたらく。上記ＰＴＦＥ材料に、このブレンドを吸収させる。ディップコーティング、キスロールコーティング、スプレーコーティング、はけ塗り、真空塗装、及び当業者に明らかな同等技術等のＰＴＦＥ構造体に吸収させるための種々の方法が存在する。上記一又は複数の溶媒を、すべての固形成分をＰＴＦＥ材料のボイド中に残すために、吸収後に取り除く。
【００２０】
次に、「プリプレグ」と呼ばれることもある、吸収させたｅＰＴＦＥ複合材料を、軸受物品としての使用するための形態にすることができる。これは、上記「プリプレグ」を裏当て又は基板材料に接着させることにより、好ましい実施形態の一つにおいて行うことができる。こうした裏当て材料は、プリプレグを接着させることができる金属、熱硬化性材料又は他の好適な基板から形成させることができる。例えば、スチールシート及びエポキシモールドは、好適な基板の二つの代表的な形態である。スチール基板に接着させることを含む好ましい実施形態では、上記プリプレグを、以下の段階を用いて基板に接着させることができる：スチールシート基板を、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）により洗浄する段階；エポキシ樹脂／ｅＰＴＦＥ「プリプレグ」を、スチールシート上に置き、そして剥離フィルムを、スチールシートと反対側のプリプレグ面上に置く段階。金属シートを、剥離シートの上部に置く。組立物を、カーバー（ｃａｒｖｅｒ）プレス装置上に置き、そして１６０〜２００℃の温度で３０分の持続時間の間、４０〜１０００ｐｓｉの圧縮荷重をかける。この加熱及び圧縮段階の際に吸収されたエポキシ樹脂が、ｅＰＴＦＥ構造体中に流れ込み、そして孔中に配置し、硬化（すなわち、架橋）して、スチールに接着し、スチール基板に接着する孔フリー構造体を得る。結果物は、低摩擦表面、複合材料と基板間の頑強な接着、及び優れた耐磨耗性を有する軸受物品である。この物品を、形成物として用いることができ、あるいは、切り取る、押し抜く、丸める、つば成形する、又は所望の形状に形成させることができる。
【００２１】
本発明の軸受を形成させるための別の好ましい実施形態では、基板に接着させることよりも、上記「プリプレグ」を、上述の様式で、剥離層間で単に硬化させることができ、次に、得られた物品を、成形品として（例えば、シート、チューブ等の形状において）用いることができ、あるいは、さらに切り取る（例えば、ワッシャー等）、押し抜く、丸める、つば成形させ、特定の軸受用途に好適な形態を付与することができる。
【００２２】
本発明の軸受材料を形成させるための別の好ましい実施形態では、最初に、上述の剥離層間の「プリプレグ」を硬化させ、次に、上述のさらなる形成技法を用いるか又は用いないかのいずれかで、この複合層に感圧接着剤をラミネートし、その結果、いつでもあらゆる基板表面に適用できる「剥離及び貼付」軸受物品を提供する。
【００２３】
本発明の軸受材料を形成させるためのさらなる代替技術は、ＰＴＦＥを処理する前に少なくとも一つのエポキシ樹脂粉末を、ＰＴＦＥとドライブレンドして、多孔質でモノリシックの形態又は種々の樹脂材料とＰＴＦＥディスパージョンの凝集物を形成させることによるものである。次に、得られた樹脂含有ブレンドを、種々の物品に成形させ、所望の軸受複合体を成形することができる。例えば、Ｇｏｒｅの米国特許第４，０９６，２２７号には、上記結果を達成するための例が記載されている。次に、得られた構造体を、上述のように硬化させ、本発明の軸受材料の形態にすることができる。
【００２４】
本発明の得られる軸受材料は、低摩擦、又は潤滑性、及び耐磨耗性軸受の有利な特徴が望ましい、多様な産業、航空宇宙、医学、農業及び他の用途において用いることができる。考えられる物品例には、３次元物品、コーティング、表面等の形状をとる軸受、ワッシャー、クラッチ、テンション装置（ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ）、及び耐磨耗性表面等を挙げることができるが、明確にそれらに限定されるものではない。
【実施例】
【００２５】
本発明における軸受試料を、スチールシートに接着させるための上述の手順に従って調製し、次いで、以下に記載される磨耗試験に基づいて、それらの耐磨耗性に関して試験した。
【００２６】
試験方法
磨耗試験
装置
実質的にＡＳＴＭ  Ｄ３７０２に従って、試験器具を形成させた。自己潤滑性材料の磨耗速度を試験するために装置を設計し、スラストワッシャ試験構造体を用いた。材料試験機を、荷重下、静止試験試料及び試料に対するスチール回転試験体を用いて作動させた。すべての試料を２６ポンド（１３０ｐｓｉ）の荷重、５４０ｒｐｍ（１５０ｆｐｍ）の速度で試験した。正確な荷重及び速度を適用するために、Ｂｒｉｄｇｅｐｏｒｔ  フライス盤（ｍｉｌｌｉｎｇ  ｍａｃｈｉｎｅ）Ｍｏｄｅｌ  Ｊ  Ｈｅａｄ  Ｓｅｒｉｅｓ  ＩＩに適合するように治具を設計した。上記治具は、適切な距離に圧縮される場合に、２６ポンド荷重がそれにかかるようなスプリング荷重式であった。上記フライス盤は、圧縮量及び治具が作動する速度を制御可能であった。回転試験体及び試験治具のそれぞれの概略図１及び概略図２を参照すること。
【００２７】
回転試験体
回転試験体を、８〜１２マイクロインチの仕上がりで１０１８ステンレススチールから形成させた。試験体の図を以下に示す。上記試験体は、ＡＳＴＭ  Ｄ３７０２試験から正確に模造したものであり、その概略的に図１に示す。
【００２８】
試験治具
回転試験体を保持し、そして一定の荷重をかけるように試験治具を設計した。治具の概略図を図２に示す。
治具を組み立てた後、２６ポンドの荷重を必要とする圧縮量を決定するために、ＩＮＳＴＲＯＮ（商標）Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  ｔｅｓｔ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｍｏｄｅｌ  Ｎｏ．５５６７（Ｉｎｓｔｒｏｎ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｃａｎｔｏｎ，Ｍａ）上に置いた。図３は、治具に関する荷重対圧縮のグラフである。
【００２９】
試験手順
以下の様式で、各試料を試験した。最初に、治具をフライス盤中に取り付け、そして試料が取り付けられる基部上に垂直に並べた。これは、回転試験体が試験試料上で水平になることを確保するために行ったものである。次に、上記試験試料及び回転試験体をイソプロピルアルコールで洗浄して、システムからあらゆる油を排除した。次に、試験試料を、フライス盤の基部に取り付けた。試料を試験するたびに、新しい回転試験体を治具に取り付けた。試験を始める前に、フライス盤を作動させ、タコメーターを用いて５４０ｒｐｍに設定した。次に、上記フライス盤を止めて試験試料を回転試験体に接触させた。
【００３０】
０．００１インチ厚の金属シムを、上記試験試料上に置いて、次に、治具がちょうどシムをはめ込むまで、治具を下げた。次に、上記シムを取り除き、そしてフライス盤の基部を引き上げ、スプリングを正確な量（０．５５０インチ）まで圧縮した。次に、フライス盤を作動させ、磨耗試験を開始した。例において言及されるように、所定の時間にわたり試験を行った。
【００３１】
上記試験後、試料を取り出し、生じた磨耗量を調べた。磨耗「跡」を測定するために光学干渉計を用いた。上記試料を４つの位置で測定し、そして平均の磨耗跡の深さ及び幅を決定した。磨耗「跡」を、Ｚｙｇｏ  Ｎｅｗ  Ｖｉｅｗ  ５０００走査型白色光干渉計（Ｌａｍｂｄａ  Ｐｈｏｔｏｍｅｔｒｉｃｓ，Ｈｅｒｔｆｏｒｄｓｈｉｎｅ，ＵＫ）を用いて測定した。適切なバイポーラ（最大１４５μｍ）又は拡張（最大５００μｍ）走査を有する、５倍の対物レンズ（２．７２μｍの方位分解能）及び０．５倍のズーム（４．５３μｍのカメラ分解能）を用いて結果を得た。Ｚ軸分解能は１μｍ超であった。データ収集前に、試料台の傾斜及びピッチを、磨耗跡の外面が光学素子に対して平行になるように調整した。
【００３２】
磨耗跡の深さを、ヒストグラムを用いて定量化した。画像を、光学素子に対して注意深く平らにしたので、画像の最も高い部分は溝の外面であった。この画像からのデータは、ヒストグラム中で最大のｘ軸値を有するピークを作り出した。この値は、上記跡の外側の試料の平均位置と考えられた。上記跡の底は、ヒストグラム中で、より低いｘ軸で第２のピークを作り出した。上記跡から測定されるピークと上記跡の外側の領域との間の距離を、跡の深さとして定義した。
【００３３】
摩擦係数の試験
摩擦係数の試験を、カリフォルニア州、アービンにあるＭｉｃｒｏ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｉｎｃ．で実施した。用いた試験装置は、ピンオンディスク（ｐｉｎ−ｏｎ−ｄｉｓｋ）摩擦計であり、そしてＡＳＴＭ  Ｇ９９−９５ａに従って試験を行った。結果を、平均摩擦係数として示す。
【００３４】
バブルポイント
多孔質の延伸ＰＴＦＥの表面自由エネルギーよりも小さい表面自由エネルギーを有する液体を、圧力差をかけて、構造体から強制的に排出することができる。この排出は、最初に、最も大きな通路から起こるであろう。次に、大量の空気流が生じうる通路が作り出される。上記空気流は、試料上部に、液体層を通って、絶え間なく続く小さい気泡として現れる。最初に、大量の空気流が生ずる圧力が、「バブルポイント」と呼ばれ、そしてそれは、試験流体の表面張力及び最大開口部のサイズに応じて決まる。上記バブルポイントは、膜構造体の比較測定値として用いることができ、そして濾過効率等の他の種の性能基準の一部と相関することが多い。
【００３５】
上記バブルポイントを、ＡＳＴＭ  Ｆ３１６−８６の手順に従って測定した。試験体の孔を充填するための湿潤液としてエタノールを用いた。
バブルポイントは、試験体の最も大きい孔からエタノールを置換し、かつ多孔質媒体を覆うイソプロピルアルコールの層を通しての気泡の上昇により検出可能な気泡の最初の連続流を作り出すために必要とされる空気圧である。この測定値によって、最も大きい孔サイズの推定値が提供される。
【００３６】
空気流−ガーレー
空気流に対する試料の抵抗値を、ＡＳＴＭ試験法Ｄ７２６−５８に記載される手順に従ってＷ．＆Ｌ．Ｅ．Ｇｕｒｌｅｙ＆Ｓｏｎｓにより製造されたＧｕｒｌｅｙ  ｄｅｎｓｏｍｅｔｅｒによって測定した。結果を、「ガーレー数」又は「ガーレー秒」の観点（１００ｃｍ3の空気が、４．８８インチの水の圧力損失において、試験試料の１平方インチを通過するための秒単位での時間）で示す。
【００３７】
例１
ＺＩＴＥＸ  Ｇ−１０８なる多孔質のＰＴＦＥシート材料の試料を、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ（Ｔａｕｎｔｏｎ  ＭＡ）から購入した。この試料は、厚さ０．００８インチの測定値と、１．２１ｇ／ｍＬの密度と、１．０ｐｓｉのエタノールバブルポイントとを有していた。この非吸収化材料の微細構造を図４に示す。
【００３８】
本試料を以下の様式で吸収させた。エポキシ樹脂組成物を、５６．４％のＥＰＯＮ（商標）ＳＵ−３（Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ）、１８．８％のＥＰＯＮ（商標）ＳＵ−８及び２４．８％のＡＲＡＤＵＲ（商標）９７６−１（Ｈｕｎｔｓｍａｎ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｂａｓｅｌ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）のブレンドを用いて配合した。上記エポキシブレンドを、溶媒としてＭＥＫを用いて３０固形分％の溶液に溶媒和させた。上記材料の試料を、直径６の木製フープ上に置き、そしてセットした（ｒｅｓｔｒａｉｎ）。最初に、試料を１００％のＭＥＫ溶液を用いて湿潤させた。次に、スポンジ刷毛を用いて、エポキシ溶液を、ＰＴＦＥ試料に適用した。ＭＥＫを蒸発させ、次に、微細構造が、ＰＴＦＥに対して３０質量％（４４固形分体積％）のエポキシの濃度まで充填されるまで、エポキシ溶液コーティングを適用した。次に、上記フープを１０〜１５分間にわたり６５℃オーブン中に入れて、ＭＥＫを完全に除去した。次に、上記試料を「プリプレグ」形態とした。次に、上記「プリプレグ」を、上記フープから取り外し、薄く削り、そして６インチ×６インチ×０．０６２５インチ厚のカーボンスチールシートに接着させた。接着は、前述のように行った。次に、上記試料について耐磨耗試験を行った。結果を表１に示す。
【００３９】
例２
ＧＯＲＥ−ＴＥＸ（商標）延伸ＰＴＦＥ膜の試料を購入した（Ｗ．Ｌ．Ｇｏｒｅ  ａｎｄ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ．，Ｅｌｋｔｏｎ，ＭＤ）。この試料は、３．７ミル厚、０．４２ｇ／ｍＬの密度、１６．９ｐｓｉのバブルポイント、及び１３秒のガーレー数を有している。例１に記載されるように、上記試料にエポキシを吸収させた。吸収させたエポキシ量は、３０質量％（４４体積％）であった。試料を前述のように６インチ×６インチカーボンスチールシートに接着させた。図５及び６は、吸収前と、吸収及び硬化後との構造体のそれぞれの断面ＳＥＭ顕微鏡写真である。
【００４０】
例３
例２で用いたＧＯＲＥ−ＴＥＸ（商標）延伸ＰＴＦＥ膜の試料を購入した（Ｗ．Ｌ．Ｇｏｒｅ  ａｎｄ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ．，Ｅｌｋｔｏｎ，ＭＤ）。例１に記載されるように、上記試料にエポキシを吸収させた。吸収させたエポキシ量は、６９質量％（８０．３体積％）であった。上記試料を、前述のように６インチ×６インチのカーボンスチールシートに接着させ、続いて、耐摩耗性の試験を行った。試験結果を表１に示す。
【００４１】
例４
充填されたｅＰＴＦＥ膜を、７５質量％のＰＴＦＥに対して２５質量％のグラファイトの比率で、グラファイト粒子充填剤（タイプ４４３７、Ａｓｂｕｒｙ  Ｃｏｍｐａｎｙから購入）をＰＴＦＥ微細粉末ディスパージョンと凝集させて形成させた。次に、一軸延伸膜を、Ｇｏｒｅの米国特許第３，９５３，５６６号における教示通りに形成させた。上記膜は、４：１の比率で延伸され、そして０．００６インチ厚及び０．６０ｇ／ｍＬの密度を有していた。次に、この材料の試料に、例１のような吸収をさせた。最終組成物は、約５０質量％のＰＴＦＥ、１６．７質量％のグラファイト及び３３．３質量％のエポキシ（４７．８体積％のエポキシ）からなった。次に、上記試料を前述のように６インチ×６インチのカーボンスチールシートに接着させ、耐磨耗性の試験を行った。結果を表１に示す。
【００４２】
例５
図７に示される微細構造と、次の特性：密度＝０．９５ｇ／ｍＬ、エタノールバブルポイント＝２．６４ｐｓｉ、及び引張強度＝４４３７ｐｓｉとを有する、０．００８インチ厚の８インチ×８インチのｅＰＴＦＥ材料試料を購入した（Ｗ．Ｌ．Ｇｏｒｅ  ａｎｄ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ．）。
【００４３】
本試料を、以下の様式で吸収させた。エポキシ樹脂組成物を、５６．４％のＥＰＯＮ（商標）ＳＵ−３（Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ）、１８．８％のＥＰＯＮ（商標）ＳＵ−８及び２４．８％のＡＲＡＤＵＲ（商標）９７６−１（Ｈｕｎｔｓｍａｎ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｂａｓｅｌ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）のブレンドを用いて配合した。上記エポキシブレンドを、溶媒としてＭＥＫを用いて３０固形分％の溶液に溶媒和させた。上記材料の試料を、直径６の木製フープ上に置き、そしてセットした。最初に、上記試料を１００％のＭＥＫ溶液を用いて湿潤させた。次に、スポンジ刷毛を用いて、上記エポキシ溶液をｅＰＴＦＥ試料に適用した。ＭＥＫを蒸発させ、次に、微細構造が、ＰＴＦＥに対して３０質量％（４４固体体積％）のエポキシの濃度まで充填されるまで、エポキシ溶液コーティングを適用した。具体的には、１００ｇの複合体の組成物は、３０ｇのエポキシと、７０ｇのＰＴＦＥとから成るであろう。次に、上記フープを１０〜１５分間にわたり６５℃オーブン中に入れて、ＭＥＫを完全に除去した。次に、上記試料を「プリプレグ」形態とした。次に、上記「プリプレグ」を、上記フープから取り外し、薄く削り、そして６インチ×６インチ×０．０６２５インチ厚のカーボンスチールシートに接着させた。上記接着は、前述のように行った。次に、上記試料について耐磨耗試験を行った。結果を表１に示す。図８は、吸収及び硬化後の図７（未吸収）の断面構造を示すものである。
【００４４】
この例の材料の摩擦係数（ＣＯＦ）をまた、試料を上述の摩擦係数試験にかけて測定した。この例で形成させた複合材料の試料を、上述の接着技法を用いて、１と５／８インチ径のカーボンスチール片に接着させた。スチール試料は１／４の厚さであり、研削砥石により平らに研磨した。次に、上記試料をピンオンディスク装置に取り付け、以下の条件で試験した。
荷重：３．５Ｎ
速度：１０５ｃｍ／ｓ
半径：１７ｍｍ
周囲温度：２３℃
ピンタイプ：ボール
ボール径：６ｍｍ
ボール材料：スチール４４０Ｃ
ラップ数：３５，０００
【００４５】
図９に示すグラフは、ラップ数の関数としてのＣＯＦを示すものである。平均ＣＯＦは０．１３６であった。
【００４６】
【表１】
2007523305.tif 000003
【００４７】
比較例
比較例１−ＧＡＲＬＯＣＫ  ＤＵ（商標）軸受材料
ＧＡＲＬＯＣＫ  ＤＵ（商標）軸受材料の６インチ×６インチの試料を、Ｇｌａｃｉｅｒ  Ｇａｒｌｏｃｋ  Ｂｅａｒｉｎｇｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｈｅｉｌｂｒｏｎｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ）から購入した。前述のように、試料を、耐磨耗性について試験した。結果を表２に示す。図１０は、ＤＵ（商標）軸受材料の微細構造の断面を、１００倍の倍率で示した顕微鏡写真である。
【００４８】
比較評価のため、ＤＵ（商標）軸受材料をまた、例１に規定されるのと同じ試験条件で前述の摩擦係数の試験を用いて、摩擦係数の試験を行った。図１４は、ラップ数の関数としてのＣＯＦを示すものである。平均ＣＯＦは０．１４９であった。
【００４９】
比較例２−ＲＵＬＯＮ（商標）ＬＲ軸受材料
Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ（Ｔａｕｎｔｏｎ，ＭＡ）により製造されたＲＵＬＯＮ（商標）ＬＲ軸受材料の４インチ×６インチの試料を、Ｔｒｉ  Ｓｔａｒ  Ｐｌａｓｔｉｃ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）から購入した。上記ＲＵＬＯＮ（商標）ＬＲ軸受材料の試料を、３Ｍ  ＶＨＢ（商標）感圧接着剤（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）を用いて、６インチ×６インチ×０．０６２５インチ厚のカーボンスチール片に接着させた。次に、上記試料を、他の例のように磨耗に関して試験した。結果を表２に示す。図１１は、ＲＵＬＯＮ（商標）ＬＲ軸受材料の微細構造の断面を、１００倍の倍率で示した顕微鏡写真である。
【００５０】
比較例３−薄く削ったＰＴＦＥ
６インチ幅×６インチ長の、十分な密度の薄く削った（ｓｋｉｖｅｄ）ＰＴＦＥフィルムの試料を、ＭｃＭａｓｔｅｒ  Ｃａｒｒ  Ｃａｔａｌｏｇ（部品番号：８５６９Ｋ１２、２ミル厚）から購入した。試料の一面をエッチングし、そして３Ｍ  ＶＨＢ（商標）感圧接着剤（Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）を用いて、６インチ×６インチ×０．０６２５インチ厚のカーボンスチール片に接着させた。この試料をまた、耐磨耗性に関して試験した。結果を表２に示す。図１２は、薄く削ったＰＴＦＥ軸受材料の微細構造の断面を、１００倍の倍率で示した顕微鏡写真である。
【００５１】
比較例４−ＮＯＲＧＬＩＤＥ（商標）ＰＲＯ１．０Ｔ軸受材料
ＮＯＲＧＬＩＤＥ（商標）ＰＲＯ１．０Ｔ軸受材料の試料を、Ｓｔ．−Ｇｏｂａｉｎ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ（Ｔａｕｎｔｏｎ，ＭＡ）から購入した。この試料は既に金属表面に接着されているので、この試料は、受け取ったままの状態で耐磨耗性に関して試験した。結果を表２に示す。図１３は、ＮＯＲＧＬＩＤＥ（商標）ＰＲＯ１．０Ｔ軸受材料の微細構造の断面を、５０倍の倍率で示した顕微鏡写真である。
【００５２】
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【００５３】
前述の概要、並びに本発明の詳細な説明は、添付図面と併せて読むことにより、より良く理解されるであろう。本発明を具体的に説明する目的のために、目下、好ましい実施形態が図面に示されている。しかし、本発明が、示される正確な配置及び手段に限定されないことを、理解すべきである。
【００５４】
【図１】図１は、本発明の材料に関する磨耗試験を行うための、回転試験体及び試験装置のそれぞれの略図である。
【図２】図２は、本発明の材料に関する磨耗試験を行うための、回転試験体及び試験装置のそれぞれの略図である。
【図３】図３は、磨耗試験の際、図１に示される試験装置用の荷重対圧縮の図である。
【００５５】
【図４】図４は、エポキシを吸収させる前の、例１の多孔質でモノリシックのＰＴＦＥの２５０倍の倍率における断面の透過（ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ）顕微鏡写真である。
【図５】図５は、エポキシを吸収させる前の、例２の延伸ＰＴＦＥ膜の６００倍の倍率における断面の透過顕微鏡写真である。
【図６】図６は、エポキシを吸収させ、そして硬化させた後の、例２の延伸ＰＴＦＥ膜の６００倍の倍率における透過透視顕微鏡写真である。
【００５６】
【図７】図７は、エポキシを吸収させる前の、例５の延伸ＰＴＦＥ膜の２５０倍の倍率における透過断面透視顕微鏡写真である。
【図８】図８は、エポキシを吸収させ、そして硬化させた後の、例５の延伸ＰＴＦＥ膜の３００倍の倍率での断面の透過顕微鏡写真である。
【図９】図９は、例５の軸受材料における摩擦係数対ラップ数を示すグラフである。
【００５７】
【図１０】図１０は、比較例１の軸受材料の透過透視顕微鏡写真である。
【図１１】図１１は、比較例２の軸受材料の透過透視顕微鏡写真である。
【図１２】図１２は、比較例３の軸受材料の透過透視顕微鏡写真である。
【図１３】図１３は、比較例４の軸受材料の透過透視顕微鏡写真である。
【図１４】図１４は、比較例１の材料における摩擦係数対ラップ数を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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