(57)【要約】摩擦摩耗用途の成形品の製造で使うことを意図した、ポリイミドとＰＴＦＥのようなフルオロポリマー潤滑剤とを含む成形用樹脂配合物は、高モジュラスの高黒鉛ピッチ系炭素繊維とさらに混合すると、改良された摩耗特性と良い表面潤滑性を示す。【特許請求の範囲】
【請求項１】
約５７質量％〜約９０質量％のポリアミド−イミド樹脂と、約３〜約１０質量％のフルオロポリマーと、５質量％より多く約４０質量％までの高黒鉛ピッチ系炭素繊維とを含む組成物。
【請求項２】
１０〜約３０質量％の高黒鉛ピッチ系炭素繊維と、０〜３０質量％の黒鉛とを含む、請求項１の組成物。
【請求項３】
前記高黒鉛ピッチ系炭素繊維が、約４００〜約７００Ｗ/mKの熱伝導率と、約２００ミクロンの平均長さを有する、請求項１の組成物。
【請求項４】
約６５質量％〜約７５質量％のポリアミド−イミド樹脂と、約５質量％〜約１０質量％のポリテトラフルオロエチレンと、約１０質量％〜約３０質量％の高黒鉛ピッチ系炭素繊維とを含む、請求項１の組成物。
【請求項５】
さらに、無機の低硬度で熱安定性の層状ケイ酸塩を含む、請求項１の組成物。
【請求項６】
約６５質量％〜約７５質量％のポリアミド−イミド樹脂と、約３質量％〜約１０質量％のポリテトラフルオロエチレンと、約１０質量％〜約３０質量％の高黒鉛ピッチ系炭素繊維と、約５質量％〜約１０質量％のマイカを含む、請求項５の組成物。
【請求項７】
ポリアミド−イミド樹脂とＰＴＦＥを含む射出成形用組成物において、前記組成物が、さらに５質量％より多く約４０質量％までの高黒鉛ピッチ系炭素繊維を含有することを特徴とする組成物。
【請求項８】
ポリアミド−イミド樹脂とＰＴＦＥを含む射出成形用組成物の摩耗特性を改良する方法であって、前記組成物を、５質量％より多く約４０質量％までの高黒鉛ピッチ系炭素繊維と溶融混合する工程を含む方法。
【請求項９】
請求項１の組成物を射出成形することによって製造される物品。
【請求項１０】
請求項５の組成物を射出成形することによって製造される物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、良い摩擦摩耗特性を有する成形用組成物に関する。さらに詳しくは、本発明は、過酷な条件下で優れた耐摩耗性を必要とする用途で使用するための良い表面潤滑性と共に改良された機械的性質を有する、ポリアミド−イミド樹脂と、フルオロポリマーと、高黒鉛ピッチ系炭素繊維とを含む成形用樹脂配合物に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車及び工業市場の多くの用途では、潤滑にした金属に見られる強度と耐摩耗性を有する材料を必要とする。内部的に潤滑にしたポリマーは、その製造の容易さ、より高い性能、外部潤滑に対する低いか或いはほとんどない依存性、及び全体的な低コストのため、これら用途で金属を置き換えている。
これら用途での使用に好適な改良された材料の開発に相当の努力が向けられてきた。強度、剛性、及び高い上方使用温度を必要とする場合、ポリイミド及び芳香族ポリアミドのような高性能樹脂を含む組成物が広く商業的に使用されている。フルオロポリマーは、種々多様な摩耗用途で潤滑性を改良するために長く利用され、かつ成形部品などの摩擦摩耗特性を改良するため、高性能樹脂と混合されている。６０質量％ものポリテトラフルオロエチレンのようなフルオロポリマーと共にポリイミドを含む組成物は、かなり改良された摩耗特性を示す。しかし、ポリイミド樹脂の強度特性は、特に高い充填レベルでフルオロポリマーを添加するにつれて実質的に低減する。
【０００３】
ポリイミドは、過酷な条件下での耐摩耗性を改良するため、黒鉛、硫化モリブデン、窒化ビスマス等を含む種々の潤滑剤と混合される。フルオロポリマーと共にポリイミドと黒鉛を含む組成物は、良い摩擦摩耗特性を必要とする種々の用途で使用するため広く容認されている。しかし、所望の摩擦摩耗特性を得るために必要なレベルのこれら添加剤を混合すると、これら材料の強度特性も低減する。
ポリイミドとマイカを含む組成物も公知であり、特に過酷な条件下及び高い表面速度で良い耐摩耗性と摩擦特性を有すると開示されている。小量の炭素繊維及び黒鉛をさらに添加すると、これら配合物の耐摩耗性と寸法安定性を高めると言われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、摩擦摩耗用途で利用される材料、特にポリイミドのような非常に高温の樹脂を含む材料は成形しにくい。
本技術では、良い機械的強度と、射出成形で製造できる剛性とを保持しながら広範な操作条件にわたって良い摩耗特性を有するように配合した材料の開発が広く受容されるだろう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（発明の概要）
この発明は、ポリアミド−イミド樹脂と、フルオロポリマーと、炭素繊維とを含む成形用組成物、及びこのような組成物を含む成形品に関する。さらに詳しくは、この発明の組成物は、ポリアミド−イミド樹脂と、フルオロポリマーと、高黒鉛ピッチ系炭素繊維とを含む成形用樹脂配合物である。本発明の組成物は、良い強度特性を有し、かつ良い表面潤滑性と優れた摩耗特性を示す。
ポリアミド−イミドとフルオロポリマーを含む射出成形用樹脂配合物に高黒鉛ピッチ系炭素繊維を添加すると、実質的に摩耗特性を改良する。従って、本発明は、さらに、このような組成物の摩擦摩耗性能を改良する方法をも指向していると特徴づけできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
（発明の詳細な説明）
本発明の配合物は、高黒鉛ピッチ系炭素繊維と共に、樹脂成分としてポリアミド−イミドとフルオロポリマーを含む。
この発明の実施用に好適なポリアミド−アミド酸樹脂は技術的に周知であり、一般的に記述され、かつ、例えば、米国特許第5,230,956号；第4,224,214号；及び第4,136,085号に開示されている。これら文献は参照によってその全体が本明細書に取り込まれる。ポリアミド−アミド酸樹脂は、さらに、下記構造式Ａで表されるアミド−アミド酸単位と、
【０００７】
【化１】
2004536922.tif 000002
（式中、示される２個のアミド基の芳香環への結合は、1,3及び1,4ポリアミド−アミド酸配置を表すものと解釈する）、下記構造式Ｂで表されるアミド−イミド単位
【０００８】
【化２】
2004536922.tif 000003
（式中、上記構造中のＲは、芳香族ジアミン成分由来の部分である）との混合物を含むポリマー材料と記述できる。Ｒは、さらに下記式からなる群より選択される飽和又は不飽和の二価アリーレン部分と記述できる。
【０００９】
【化３】
2004536922.tif 000004
式中、Ａは、例えば-ＳＯ2-、-ＣＯ-、-Ｃ(ＣＨ3)2-、-Ｏ-、-Ｓ-及び直接化学結合から成る群より選択される二価基である。他の連結基を有する芳香族ジアミンも技術的に公知であり、ポリアミド−イミド樹脂の製造でモノマーとして使用され、かつ多くは、この発明の実施で使用するのに適することが分かるだろう。
【００１０】
例として、芳香族ジアミン成分が4,4'-メチレンジアニリン（ＭＤＡ）である本発明のポリアミド−アミド酸では、さらに詳しくは、単位Ａ及びＢが下記構造式で表される。
【００１１】
【化４】
2004536922.tif 000005
ポリアミド−アミド酸の数平均分子量は一般に約1000〜約20,000ｇ/モルである。本発明の特定の実施形態では、ポリアミド−アミド酸は約4,000〜約10,000ｇ/モルの数平均分子量を有する。
【００１２】
一般的に述べると、ポリアミド−アミド酸は、少なくとも１種の適切な芳香族ポリカルボン酸又はその反応性誘導体と、１種以上の芳香族ジアミンとの重縮合反応によって容易に調製される。重縮合は、実質的に化学量論量の反応性カルボン酸成分とアミン成分を利用し、極性溶媒中実質的に無水条件下かつ約150℃未満の温度で簡便に行われる。所望により、分子量をコントロールするため、わずかに化学量論を超える、典型的には約0.5〜約５モル％過剰のどちらかのモノマー成分、好ましくは無水カルボン酸成分を利用することができ、代わりに、この目的用のエンドキャッピング剤として一官能性反応物質を利用して安定性を高めることができる。
理論的に反応性トリメリット酸成分又は同様のトリカルボン酸成分から生成されるポリアミド−アミド酸は、トリカルボン酸の反復単位毎に１つのアミド酸基を含む。樹脂を熱的にイミド化又は硬化させてアミド酸基を環化し、イミド結合を形成することによって、アミド酸官能性のレベルを低減し、ひいては酸価を下げる。
【００１３】
さらに詳細に述べると、ポリアミド−アミド酸樹脂は、トリメリット酸又はその誘導体、例えば無水トリメリット酸の低級アルキルエステル若しくはトリメリット酸ハライド、好ましくは無水トリメリット酸の酸塩化物、すなわち無水トリメリット酸クロライド（ＴＭＡＣ）と、例えば、ｐ-フェニレンジアミン、ｍ-フェニレンジアミン（ｍＰＤＡ）、オキシビス(アニリン)（ＯＤＡ）、ベンジデン、1,5-ジアミノナフタレン、オキシビス(2-メチルアニリン)、2,2-ビス[4-(ｐ-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、ビス[4-(ｐ-アミノフェノキシ)]ベンゼン、ビス[4-(3-アミノフェノキシ)]ベンゼン及び4,4'-メチレンジアミンのような少なくとも１種の芳香族ジアミンとの反応によって調製することができる。他の有用な芳香族一級ジアミンの例は、米国特許第3,494,890号（1970）及び米国特許第4,016,140号（1977）で述べられており、両文献とも参照によって本明細書に取り込まれる。本発明の特定の実施形態では、芳香族ジアミンの混合物を使用する。このような特に有効な混合物の１つは、７０：３０モル比のＯＤＡ：ｍＰＤＡの混合物である。
【００１４】
芳香族ジアミンは、ポリアミド酸を与える技術に従ってベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物（ＢＴＤＡ）、ピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ）などのようなテトラカルボン酸二無水物とも重合しうる。硬化すると、これらポリアミド酸はポリイミド樹脂皮膜及びフィルムを形成する。ポリイミドの調製のため技術的に開示されているこれら及び同様の芳香族二無水物も公知であり、ポリアミド−イミドコポリマー樹脂を与えるためのＴＭＡＣとの併用について技術的に記述されている。例えば、米国特許第4,879,345号を参照せよ。２５モル％までのＴＭＡＣモノマーが１種以上のさらなる二無水物モノマーで置換されているポリアミド−アミド酸樹脂も、この発明の実施で有用なことが分かる。代わりに、好ましいポリアミド−アミド酸樹脂と、２５質量％までの従来技術のポリアミド酸樹脂を含む有用なブレンドも有効なことが分かる。
【００１５】
ポリアミド−アミド酸製造のためのトリメリット酸ハライドと芳香族ジアミン、例えば、ＴＭＡＣとＭＤＡの反応は、N-メチルピロリドン（ＮＭＰ）のような適切な溶媒中で簡便に行うことができ；N,N-ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）及びN,N-ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）及びヘキサメチルホスホラミド（ＨＭＰＡ）のような他の極性溶媒も使用できる。
ＭＤＡ対ＴＭＡＣのモル比は、好ましくは約0.9：１〜約1.1：１の範囲内にある。一般に、重合は、まず反応器内で溶媒にＭＤＡを混ぜ合わせて溶かし、次いで撹拌しながらＴＭＡＣモノマーを添加することによって行われる。この発熱性の反応は、反応器への反応物質の添加速度を調節し、かつ外側を冷却することで簡便にコントロールできる。硬化を回避するため、反応量は150℃未満の温度、好ましくは約２０℃〜約５０℃、さらに好ましくは約２７℃（８０゜F）〜約５０℃（120゜F）の範囲内で約１〜約１０時間維持され、重合が完了する。反応時間は重要でなく、反応温度によって約２〜約２４時間で可変であり、３０℃〜約５０℃の範囲の温度で約２〜約４時間が好ましい。
【００１６】
述べたように、ポリアミド酸を生成するための重合は、ポリアミド−アミド酸の加水分解のみならず前駆物質の加水分解をも回避するため、実質的に無水条件下で行われる。ポリアミド酸は、特に中性又は酸性ｐＨで維持されている場合、水に敏感であることが技術的によく理解されている。アミド酸基のアミド官能は、これら条件下で加水分解され、ポリマー鎖を切断して分子量の損失をもたらす。加水分解から生じる芳香族ジカルボン酸官能性は熱的に環化し、アミン末端基に対して反応性の無水物官能性を生じさせると考えられる。このようにして加熱と硬化がポリマー鎖を再形成し、それによってポリマーを“治す”。構造式Ａの考察から明らかなように、この発明の実施で使用するのに好ましいものを含むポリアミド−アミド酸は、アミド酸基に加えてアミド官能を含有する。この第２アミド官能性は、酸性条件下、水の存在で容易に加水分解し、実質的に無反応性である芳香族カルボン酸基を形成する。不可逆的であると考えられるこの加水分解工程で起こる分子量の損失の結果、ポリアミド−アミド酸の完全な解重合となる。このように、ポリアミド−アミド酸を加水分解する条件下では、水との接触を最少にすることが非常に望ましいことが分かる。
成形に好適なポリアミド−イミド樹脂では、典型的に約９５％のアミド酸基がイミド化される。好適なポリアミド−イミド成形用樹脂は、種々のグレードで容易に、特にSolvay Advanced PolymersからTorlon(登録商標)樹脂として商業的に入手可能である。本発明の特定の実施形態では、Torlon(登録商標)4000T樹脂が特によく適合する。
【００１７】
この発明の実施用に好適なフルオロポリマーは、潤滑剤用として技術的に公知のいずれのフルオロポリマーでもよく、好ましくはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）である。ＰＴＦＥ樹脂は、耐薬品性及び潤滑性と靱性のために広く知られており、ＰＴＦＥ粉末は長い間種々多様な材料の潤滑性を改良するために使用されている。ＰＴＦＥ球又はビーズは成形用樹脂配合物に取り込まれて内部潤滑剤として作用し、かつ向上した摩擦摩耗特性を有する滑らかなつるつした表面を作りだす。好適なフルオロポリマー樹脂は、種々の供給元から商業的に容易に入手可能であり、DuPont CompanyのZonyl(登録商標)フルオロ添加剤、Daikin America Inc.のDaikin-PolyflonTMＰＴＦＥ、AusimontのPolymist(登録商標)ＰＴＦＥ、及びDyneonのPolylube PA 5956が挙げられる。
一般に、本発明の配合物はポリアミド−イミド（ＰＡＩ）とＰＴＦＥを約８０：２０〜約97.5：2.5のＰＡＩ：ＰＴＦＥの質量比で含む。本発明の特定の実施形態では、ＰＡＩ：ＰＴＦＥの質量比は約８５：１５〜約９５：５である。他の実施形態では、ＰＡＩ：ＰＴＦＥの質量比は約９０：１０〜約９５：５である。
【００１８】
かなり高レベルのＰＴＦＥを有する組成物は良い摩耗特性を有すると技術的に開示されている。しかし、ポリアミド−イミド樹脂中におけるように高性能樹脂配合物中の適量のＰＴＦＥでさえ、強度特性に悪影響を及ぼし、かつ剛性を低くする。約１０質量％を超えるＰＴＦＥを含有する組成物では、この機械的性質の低減は重大であり、靱性及び剛性が重要な考慮すべき事柄である用途における有用性を厳しく制限する。従って、このような組成物は、このような用途に好ましくないだろう。
【００１９】
この発明の実施用に好適な炭素繊維としては、ピッチから生じる高い熱伝導率及び低いか又は負の熱膨張率を有する高度に黒鉛化した炭素繊維が挙げられる。本明細書で使用する場合、用語“炭素繊維”は、黒鉛化した、部分的に黒鉛化した及び黒鉛化していない強化用炭素繊維又はそれらの混合物を包含することを意図している。好ましい炭素繊維は、ピッチ系炭素繊維であり、通常約140Ｗ/mK以上の熱伝導率を有する。好ましくは、炭素繊維は約300Ｗ/mKより高い熱伝導率を有する。本発明の特定の実施形態では、炭素繊維は約600Ｗ/mKより高い熱伝導率を有する。他の実施形態は、900Ｗ/mKより高い熱伝導率、及び1000Ｗ/mKより高い熱伝導率を有する炭素繊維を使用する。1300Ｗ/mKを超え、単結晶黒鉛の熱伝導率、1800Ｗ/mK以上までの熱伝導率を有する繊維さえも適する。
【００２０】
少なくとも約５０質量％の黒鉛炭素、約７５質量％より多い黒鉛炭素、及び実質的に100％までの黒鉛炭素を含有する黒鉛化ピッチ系炭素繊維は、商業的な供給元から容易に入手できる。この発明の実施用に特に好適な高黒鉛炭素繊維は、さらに高い伝導性を特徴とし、かつ一般的に約80〜約120ミリオンポンド/平方インチ、すなわち百万lbs/in2（MSI）のモジュラスを有する繊維が用いられる。特定の実施形態では、高黒鉛炭素繊維は、約85〜約120MSI、他の実施形態では、約100〜約115MSIのモジュラスを有する。
種々の強度と伝導率のピッチ系炭素繊維は商業的な供給元から容易に入手可能である。300Ｗ/mKから1100Ｗ/mKを超える範囲内にある伝導率、2.16から2.2ｇ/ccより大きい密度及び7.6×1011Pa(110×106psi)から8.3×1011Pa(120×106psi)より大きい非常に高い引張り係数を有する繊維は、商業的な供給元から容易に得られ、Cytec Carbon FibersのThornel(登録商標)ピッチ系炭素繊維が挙げられる。
【００２１】
炭素繊維は、チョップド炭素繊維として或いは繊維を製粉機にかけ、又は粉砕することで得られるような粉末形態で使用することができる。本発明の実施用に好適な粉砕黒鉛化炭素繊維は商業的な供給元から得ることができ、Cytec Carbon FibersのThermalGraph(登録商標)DKD X及びCKD Xグレードのピッチ系炭素繊維として、Mitsubishi Carbon FibersからDialead炭素繊維として得られる。
低黒鉛、ひいては低伝導率のピッチ系繊維も高性能樹脂の強化用として技術的に知られている。しかし、このような繊維材料は、一般的に摩耗性能に有害であることが分かっている。さらに、ＰＡＮ系炭素繊維は、典型的に１０〜２０Ｗ/mKの範囲の熱伝導率を有し、摩耗を改良するための添加剤として無効であることも分かっている。従って、このような繊維は好ましくない。
【００２２】
本発明の配合物は、摩耗特性をさらに改良するために技術的に開示されている種々の固体潤滑添加剤のいずれをも含んでよく、特に黒鉛、マイカ等が挙げられる。
本発明の配合物用に好適な黒鉛は球状又はフレーク状でよく、良い耐摩耗性のため、好ましくは250μm以下の粒径を有する。一般的に、合成及び天然黒鉛が有用であることが分かり、種々の商業的な供給元から容易に入手できる。通常、約３０質量％より高レベルの黒鉛を含む組成物が摩擦用途で使うと技術的に開示されているが、本発明の黒鉛炭素繊維の添加は、５質量％の黒鉛しか含まない配合物の摩耗特性にかなり有益である。ＰＴＦＥと、ポリアミド−イミドとＰＴＦＥ樹脂の混合成分100部当たり約５〜約２０pbw、又は総混合質量に基づいて約１０〜約３０質量％の黒鉛とを含むポリアミド−イミド配合物は、さらに本発明の黒鉛炭素繊維と混合した場合、広範な条件にわたってかなり改良された摩耗特性を有することが分かるだろう。
【００２３】
白雲母マイカのような無機の低硬度で熱安定性の層状ケイ酸塩を添加すると、高圧かつ高表面速度（高ＰＶ）で実験した場合、ポリイミド樹脂の摩擦摩耗特性を劇的に改善することが技術的に開示されている。本発明の配合物に、混合したポリアミド−イミドとＰＴＦＥ樹脂成分の100部当たり約５〜約２０pbwの該層状シリカ添加剤を含めると、このような過酷な条件下で使用することを意図した材料を提供するのに有益であることが分かる。
本発明は、以下の実施例と比較例を考慮することによって、さらによく理解されるだろう。これらは例示として提供したものであり、限定するものではない。実施例において、すべての部及びパーセンテージは、特定しない限り質量についてである。
【実施例１】
【００２４】
以下の実施例では、以下の材料を使用した。
ＰＡＩ：Solvay Advanced Polymers, L.L.C.からTorlon(登録商標)4000Tポリアミド−イミド樹脂として得たポリアミド−イミド樹脂。
ＰＴＦＥ：DyneonからPolylube PA 5956 PTFE微粉末として得たポリテトラフルオロエチレン粉末樹脂。
黒鉛：Superior Graphite Companyから#4735グレード黒鉛として得た。
ＣＦ１：Cytec Carbon FibersからThermalGraph(登録商標)DKD X炭素繊維として得た、400〜700Ｗ/mKの熱伝導率と、200ミクロンの平均長さを有する粉砕した高モジュラス黒鉛化ピッチ系炭素繊維。
ＣＦ２：Cytec Carbon FibersからThermalGraph(登録商標)DKD X炭素繊維として得た、400〜700Ｗ/mKの熱伝導率と、25.4mm(１インチ)の平均長さを有するチョップド高モジュラス黒鉛化ピッチ系炭素繊維。
ＰＡＮ ＣＦ：AKZOからFortafil 124炭素繊維として得たＰＡＮ系炭素繊維、3.2mm(1/8”)チョップド繊維。
Ｐ−ＣＦ：Cytec Carbon FibersからVMX-24炭素繊維として得た、22Ｗ/mKの熱伝導率を有する製粉機にかけた低モジュラスピッチ系炭素繊維。
マイカ：AZCO Mining Inc.からBC1-20グレードとして得た公称粒径１〜20ミクロンの白雲母マイカ。
【００２５】
本配合物は、予備ブレンドし、転がし、直接３４〜３９kg(７５〜８５lbs)/時間の供給量でZSK 57スクリュー混合押出機の供給口に７０rpmのスクリュー速度と、625〜650゜F(329〜343℃)の溶融温度で供給した。押出し物は、回転刃を用いてダイ面で成形用ペレットにカットした。
Engel 250トン5-8オンス射出成形プレス上で、四穴金型を用いて摩擦試験用のスラスト座金を成形した。機械的性質を決定するための試験片を同様に射出成形した。成形後、成形試験片と座金を熱的に硬化させた。
摩擦試験は、ASTM D3702に準拠して行った。スラスト座金を25,000ＰＶ（ft-lb/分-in2）で20時間200ft/分で破壊した。次いで、すべて200ft/分で25,000、50,000及び75,000のＰＶで試験した。実施例11と比較例13は、50ft/分及び800ft/分でも試験した。それぞれの時間は、材料の摩耗特性によって決まり；成功した材料は、各体制で20時間試験した。
成形かつ硬化させたスラスト座金を用いて線形熱膨張係数（ＣＬＴＥ）分析を行った。膨張は、室温〜255℃(491゜F)まで、５℃/分のランプ速度でディスクの面に垂直に測定した。
熱伝導率測定は、平らな２９mm(１と1/8”)径ディスクに置いたスラスト座金を用いて行った。試験はASTM C177に準拠し、保護型ホットプレート法を用いて室温で行った。
機械的性質は、標準的なASTM法に準拠して決定した。調製した組成物と試験の結果を以下の表にまとめた。
【００２６】
【表１】
2004536922.tif 000006
ポリアミド−イミドと、ＰＴＦＥと、黒鉛とを含有する摩耗配合物は、良い表面潤滑性と良い摩耗特性を有すると考えられる。しかし、良い摩耗特性を与えるのに十分なＰＴＦＥを添加すると、強度特性と剛性が有意に低減する。比較例Ｃ１〜Ｃ３を参照せよ。実施例１及び２におけるように、黒鉛成分を高黒鉛ピッチ系炭素繊維と置き換えると、広範な圧力と速度（ＰＶ）にわたって摩擦係数に反映されるように優れた摩耗特性と良い潤滑性を有する組成物を与える。代わりに、実施例２〜７におけるように、高黒鉛ピッチ系炭素繊維を黒鉛含有摩耗配合物に添加しても、比較例Ｃ１〜Ｃ３の対照配合物よりも摩耗特性が有意に改善される。
この場合もやはり、高レベルのＰＴＦＥと黒鉛を有する組成物が強度特性と剛性の有意な低減を示すことが明白だろう。実施例５〜７の機械的性質を実施例１〜４の機械的性質と比較せよ。
【００２７】
【表２】
2004536922.tif 000007
【００２８】
摩擦摩耗配合物にさらにマイカを添加すると、これら摩耗配合物の摩擦係数に反映されるように、摩耗係数と表面潤滑性を改良すると考えられる。しかし、低速度、低圧摩擦摩耗特性は逆に影響を受ける。
【００２９】
【表３】
2004536922.tif 000008
【００３０】
比較例Ｃ13及び実施例11は、Underwoodによる「超性能エンジニアリングポリマーの摩耗性能」のそれぞれ実施例ＰＡＩ-１及びＰＡＩ-２に対応しており、この開示は参照によってその全体が本明細書に取り込まれる。比較例Ｃ13及び実施例11は、Solvay Advanced Polymers L.L.C.のTorlon(登録商標)4275及びTorlon(登録商標)4435にも対応する。
摩擦摩耗配合物Ｃ13に高黒鉛ピッチ系炭素繊維を添加し、ＰＴＦＥ含量をわずかに増やし、黒鉛を調整し、かつマイカを添加すると、実施例11の配合物の低い摩耗係数と低い摩擦係数値に反映されるように耐摩耗性と表面潤滑性を改良することが分かる。
【００３１】
【表４】
2004536922.tif 000009
【００３２】
比較例Ｃ４におけるような黒鉛を含有する摩耗配合物、又は比較例Ｃ５におけるような黒鉛のない配合物に低伝導率のピッチ繊維を添加することは、摩耗特性を改良しないことが明かだろう。
【００３３】
【表５】
2004536922.tif 000010
【００３４】
比較例Ｃ10におけるように高黒鉛繊維の代わりにＰＡＮ繊維を使用すると、摩耗特性に非常に有害な影響を及ぼす。表１の実施例６及び７の特性も比較せよ。比較例Ｃ８とＣ９におけるように黒鉛を含有する摩耗配合物、及び比較例Ｃ６とＣ７におけるように黒鉛のない配合物にＰＡＮ系炭素繊維を添加しても、高レベルのＰＴＦＥを有する組成物でさえ実質的に摩耗特性を悪くする。ポリイミド、黒鉛及びマイカを含む組成物は、高ＰＶ条件用として技術的に開示されている。比較例Ｃ11で見られるように、ポリアミド−イミド配合物にマイカを添加すると、摩耗特性及び高負荷かつ高速度（高ＰＶ）での潤滑性が改良される。しかし、低ＰＶ条件での性能は劣る。
従って、本発明は、ポリアミド−イミド樹脂と、フルオロポリマーと、高黒鉛ピッチ系炭素繊維とを含む、良い摩擦摩耗特性を有する成形用組成物を指向していることが分かるだろう。
【００３５】
本発明の組成物は、さらに詳しくは、該組成物の総質量に基づいて約５７質量％〜約９０質量％のポリアミド−イミド樹脂と、該組成物の総質量に基づいて約３質量％〜約１０質量％のＰＴＦＥ又は他の適切なフルオロポリマーと、該組成物の総質量に基づいて約５質量％より多く約４０質量％までの高黒鉛ピッチ系炭素繊維とを含む組成物ということができる。本発明の特定の実施形態では、ポリアミド−イミド樹脂は約６０質量％〜約９０質量％の量で存在する。該組成物の総質量に基づいて、５７質量％〜約８５質量％のポリアミド−イミド樹脂及び３質量％〜約7.5質量％のＰＴＦＥと共に１０質量％〜約４０質量％の量の高黒鉛ピッチ系炭素繊維と、０質量％〜約３０質量％の黒鉛を含む組成物は、広範な表面速度及び圧力にわたって優れた摩擦摩耗特性を有する特に魅力的な成形用樹脂である。本発明の特定の実施形態では、黒鉛は１０質量％〜約３５質量％の量で存在する。高い圧力及び速度における本配合物の摩擦性能は、さらに白雲母マイカのような無機の低硬度で熱安定性の層状ケイ酸塩の添加によってさらに改良することができる。
【００３６】
本発明は、さらに、ポリアミド−イミド樹脂と、ＰＴＦＥのようなフルオロポリマーとを含む成形用樹脂配合物の摩擦摩耗性能を改良する方法であって、ＰＡＩ：ＰＴＦＥの質量比が約８０：２０〜97.5：2.5であることを特徴とする方法に関し、本発明の特定の実施形態では、ＰＡＩ：ＰＴＦＥの質量比は約８５：１５〜約９５：５であり、他の実施形態では、ＰＡＩ：ＰＴＦＥの質量比は約９０：１０〜約９５：５であり、任意に、黒鉛と、総混合質量に基づいて約１０〜約４０質量％の量の高黒鉛ピッチ系炭素繊維を含んでよい。
【００３７】
本発明を特定の樹脂、炭素繊維及び固体潤滑添加剤を用いて述べて説明したが、これら配合物に限定する意図ではない。本技術の当業者は、本明細書で述べた実施例が例示として与えられており、かつ添付の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲を限定する意図でないことを容易に理解するだろう。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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