(57)【要約】【課題】無機物質、特にガラス繊維等から発生する摩耗粉による耐摩耗性の低下を改善し、良好な機械的強度を維持しながら、低コストで耐摩耗性が飛躍的に優れたフェノール樹脂成形材料を提供する。【解決手段】フェノール樹脂、ワラストナイト、炭素物質及び潤滑性物質を含有するフェノール樹脂成形材料であって、炭素物質として付着性炭素物質を含有することを特徴とするフェノール樹脂成形材料である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェノール樹脂、ワラストナイト、炭素物質及び潤滑性物質を含有するフェノール樹脂成形材料であって、炭素物質として付着性炭素物質を含有することを特徴とするフェノール樹脂成形材料。
【請求項２】
フェノール樹脂１００質量部に対して、ワラストナイトを８０質量部以上、２００質量部未満、炭素物質を１．５〜１８０質量部含む請求項１記載のフェノール樹脂成形材料。
【請求項３】
更に、補強繊維を含有する請求項１又は２記載のフェノール樹脂成形材料。
【請求項４】
補強繊維を、フェノール樹脂１００質量部に対して５０〜１５０質量部含む請求項３記載のフェノール樹脂成形材料。
【請求項５】
炭素物質が繊維状である請求項１〜４のいずれかに記載のフェノール樹脂成形材料。
【請求項６】
潤滑性物質の平均粒子径が２〜１１０μｍである請求項１〜５のいずれかに記載のフェノール樹脂成形材料。
【請求項７】
潤滑性物質の添加量がフェノール樹脂１００質量部に対して０．２〜３５質量部である請求項１〜６のいずれかに記載のフェノール樹脂成形材料。
【請求項８】
潤滑性物質が、ポリエチレン樹脂、ナイロン樹脂、フッ素樹脂、ポリプロピレン系樹脂から選択される一種又は二種以上の樹脂である請求項１〜７のいずれかに記載のフェノール樹脂成形材料。
【請求項９】
潤滑性物質が、フッ素樹脂である請求項８に記載のフェノール樹脂成形材料。
【請求項１０】
フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレンである請求項９に記載のフェノール樹脂成形材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェノール樹脂成形材料に関し、特に良好な機械的強度を有し、かつ、耐摩耗性に極めて優れる上、コストが低く、樹脂製摺動部品用材として好適なフェノール樹脂成形材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
摺動部品は、近年の小型化、軽量化の要求に伴い、金属材料に替わって、ガラス繊維を主たる充填剤とするフェノール樹脂成形材料が使用されている。
ガラス繊維を充填剤とし、その含有量を高めたフェノール樹脂成形材料は、耐熱性、寸法安定性及び強度の点では、金属材料の代替材料として十分な特性を有する。
しかしながら、ガラス繊維の含有量が増加すると、それに依存して耐摩耗性が低下する傾向にあり、このため樹脂製摺動部品の耐摩耗性が要求される用途への適用は困難であった。
【０００３】
成形品の強度を確保するためにガラス繊維を加えると、摩耗により破砕したガラス繊維から発生する摩耗粉により、表面が摩耗され、表面の凹凸が大きくなり、耐摩耗性が低下することがあった。
そこで、ガラス繊維を充填剤として含有するフェノール樹脂成形材料の耐摩耗性を向上させようとする試みが多くなされてきた。
たとえば、特許文献１には、ノボラック型フェノール樹脂をベース樹脂として、主たる充填剤に、ガラス繊維とガラスビーズを用いた樹脂製プーリーの発明が、特許文献２には、主たる充填剤として、アラミド繊維とガラス繊維とガラス粉とを用いたフェノール樹脂成形材料の発明が、更に特許文献３にあるように、主たる充填剤として、ガラス繊維とワラストナイトを用いたフェノール樹脂成形材料の発明が多くなされている。
【０００４】
しかしながら、これらのフェノール樹脂成形材料は、主たる充填剤として、いずれもガラス繊維を使用しているため、最近のさらなる耐摩耗性の要求に対しては不充分であった。
従って、耐摩耗性を向上させるため、主成分の他に表面の動摩擦係数を制御する、あるいは平滑にするために様々な潤滑性物質（摩擦調節剤、固体潤滑剤）を添加した成形材料が発明されている。
特許文献４には、熱硬化性樹脂にフッ素樹脂パウダーやポリエチレンパウダーを添加した成形材料が、特許文献５には、グラファイトを添加したフェノール樹脂成形材料の発明が開示されている。
特許６文献には、ポリイミドパウダーとパルプ粉を添加した耐摩耗性を有する成形材料の発明が記載されている。
潤滑性物質を樹脂に添加する場合には、潤滑性物質自身のすべり性により、製造時の作業性及び成形性が低下することがあり、成形材料への添加量が制限される。
また、このような潤滑性物質の添加量が多くなると、樹脂との密着性が低下し、成形材料の機械的強度が低減することもある。
従って、耐摩耗性を向上させるために、潤滑性物質の添加量を低減し、耐摩耗効果を効率よく発揮させる技術が求められている。
【０００５】
【特許文献１】特公平６−４５２００号公報
【特許文献２】特開平４−３７１８０７号公報
【特許文献３】特開２００３−３１３３９８号公報
【特許文献４】特開平２０００−２７３３２１号公報
【特許文献５】特開平１０−２２６７４３号公報
【特許文献６】特開平７−１５７６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記観点からなされたもので、無機物質、特にガラス繊維等から発生する摩耗粉による耐摩耗性の低下を改善し、良好な機械的強度を維持しながら、耐摩耗性が飛躍的に優れたフェノール樹脂成形材料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、鋭意研究を続けた結果、特定の炭素物質、ワラストナイト及び潤滑性物質を配合することにより、上記目的を達成しうることを見出した。
本発明はかかる知見に基づいて完成したものである。
本発明は、以下に関する。
１．フェノール樹脂、ワラストナイト、炭素物質及び潤滑性物質を含有するフェノール樹脂成形材料であって、炭素物質として付着性炭素物質を含有することを特徴とするフェノール樹脂成形材料、
２．フェノール樹脂１００質量部に対して、ワラストナイトを８０質量部以上、２００質量部未満、炭素物質を１．５〜１８０質量部含む上記１記載のフェノール樹脂成形材料、
３．更に、補強繊維を含有する上記１又は２記載のフェノール樹脂成形材料、
４．補強繊維を、フェノール樹脂１００質量部に対して５０〜１５０質量部含む上記３記載のフェノール樹脂成形材料、
５．炭素物質が繊維状である上記１〜４のいずれかに記載のフェノール樹脂成形材料、
６．潤滑性物質の平均粒子径が２〜１１０μｍである上記１〜５のいずれかに記載のフェノール樹脂成形材料、
７．潤滑性物質の添加量がフェノール樹脂１００質量部に対して０．２〜３５質量部である上記１〜６のいずれかに記載のフェノール樹脂成形材料、
８．潤滑性物質が、ポリエチレン樹脂、ナイロン樹脂、フッ素樹脂、ポリプロピレン系樹脂から選択される一種又は二種以上の樹脂である上記１〜７のいずれかに記載のフフェノール樹脂成形材料、
９．潤滑性物質が、フッ素樹脂である上記８に記載のフェノール樹脂成形材料、
１０．フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン樹脂である上記９に記載のフェノール樹脂成形材料
【発明の効果】
【０００８】
本発明のフェノール樹脂成形材料は、無機物質、特にガラス繊維等から発生する摩耗粉による耐摩耗性の低下を改善し、良好な機械的強度を維持しながら、耐摩耗性が飛躍的に優れている。
また、ワラストナイト、付着性炭素物質及び潤滑性物質の相乗効果により、成形品の耐摩耗効果が大きく、機械的強度及び作業性も高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のフェノール樹脂成形材料は、フェノール樹脂、ワラストナイト、炭素物質、潤滑性物質を含有するフェノール樹脂成形材料に関するものであって、炭素物質がフェノール樹脂及び／又はワラストナイトに対して付着性を有することを特徴とする。
以下、フェノール樹脂成形材料は、フェノール樹脂成形材料又は単に成形材料と表す。
本発明のフェノール樹脂成形材料に使用するフェノール樹脂は、ノボラック型又はレゾール型を単独で使用してもよく、また両者を併用してもよい。
本発明で使用するノボラック型フェノール樹脂については特に限定はないが、例えば、ランダムノボラック樹脂、ハイオルソノボラック樹脂が挙げられる。
ノボラック型フェノール樹脂は、蓚酸などの酸触媒の存在下でフェノール類とホルムアルデヒドを第二族元素又は遷移元素と蟻酸、酢酸などの有機モノカルボン酸又はホウ酸、塩酸、硝酸などの無機酸との塩の存在下で反応させることによって合成できる。
本発明に使用するレゾール型フェノール樹脂ついては、特に限定されず、メチロール型、ジメチレンエーテル型が挙げられ、これらの中でも硬化性と熱安定性のバランスが良好であるという理由でジメチレンエーテル型を用いるのが好ましい。
ジメチレンエーテル型レゾール樹脂は、フェノールとホルムアルデヒドを第二族元素又は遷移元素と蟻酸、酢酸などの有機モノカルボン酸又はホウ酸、塩酸、硝酸などの無機酸との塩の存在下で反応させることによって合成できる。
本発明で使用するジメチレンエーテル型レゾール樹脂は、ジメチレンエーテル基含有量２０〜７０モル％で、数平均分子量４００〜１０００のものが硬化性の点から望ましい。
レゾール型フェノール樹脂の軟化点は特に制約はないが、７０℃以上であることが作業性に優れ好ましい。
すなわち、レゾール型樹脂の粉砕が容易になり、他の充填材などとの混合がやり易くなる。
【００１０】
ノボラック型フェノール樹脂を用いる場合は、通常、硬化剤としてヘキサメチレンテトラミンをフェノール樹脂に対し１０〜２５質量％配合することが好ましい。
より好ましくは１２〜１８質量％である。
１０質量％以上配合することにより、硬化が充分となり、２５質量％以下では硬化が充分であるとともに分解ガス等により成形不良の発生もない。
【００１１】
本発明のフェノール樹脂成形材料に使用するワラストナイト（モース硬度４〜５）の形状は、耐摩耗性及び成形材料の強度の点から、粉体状よりも繊維状のものを用いることが好ましい。
また、ワラストナイトの配合量は、フェノール樹脂１００質量部に対して、８０質量部以上、２００質量部未満であることが好ましい。
より好ましくは８０〜１８０質量部、更に好ましくは９０〜１７０質量部である。
ワラストナイトの配合量が８０質量部以上、２００質量部未満であると、耐摩擦性及び機械的強度が向上する。
【００１２】
本発明の成形材料は、ワラストナイト以外の無機物質を含んでもよい。
ワラストナイト以外の無機物質としては、ワラストナイト（モース硬度４〜５）のモース硬度と同等以下の無機物質が好ましく、例えば、蛍石、パール（モース硬度４）など、燐灰石、ガラス（モース硬度５）などが挙げられる。
一方、正長石、オパール（モース硬度６）など、シリカ、水晶、トルマリン、ジルコニア、ムライト、アルミナ（モース硬度７以上）などのモース硬度がワラストナイトより高い無機物質を含むと耐摩耗性が低下する場合がある。
【００１３】
ワラストナイト以外の無機物質の形状は、耐摩耗性及び成形材料の流動性の点から、不定形形状粒子よりも球状粒子であることが好ましい。
ワラストナイト以外の無機物質の配合量は、フェノール樹脂成形材料中、通常、０〜３０質量％、好ましくは１０〜２０質量％、より好ましくは１２〜１５質量％である。
【００１４】
本発明のフェノール樹脂成形材料に使用する付着性炭素物質は、室温（２５℃）で基台上に凹凸のないガラス製の平板を固定し、その平板上の荷重のかかる面の中央部分に、秤量した炭素物質１０〜３０ｍｇを置き、炭素物質を前後それぞれ４ｃｍに渡って、２〜３ｋｇｆ／ｃｍ2（０．１９６〜０．２９４ＭＰａ）の荷重をかけながら連続１００回往復させた後、綿ガーゼ布を用いて、ガラス平板上を荷重１０ｇ（９８ｍＮ）で１０回往復させ、ガラス平板表面上に粉体状に残存している炭素物質を完全に取り除き、ガラス平板に載せた炭素物質全質量Ｘに対して、Ｘの０．１質量％以上の炭素物質が平板表面に付着残存する炭素物質である。
この付着性炭素物質は、フェノール樹脂及び／又はワラストナイトに対して付着性を有していると考えられる。
平板表面に付着残存している炭素物質は１質量％以上が好ましい。より好ましくは２質量％以上である。
【００１５】
付着性炭素物質は、単独であるいは数種を組み合わせて用いてもよい。
また、付着性炭素物質と付着性を有しない炭素物質の混合物であっても、該混合物が付着性を有する場合、これらを数種組み合わせてもよい。
数種を組み合わせた混合物の場合、単独で付着性炭素物質をフェノール樹脂１００質量部に対して１．５〜１８０質量部含むように調節することが好ましい。
なお、炭素物質が数種の混合物であって、如何なる炭素物質の混合物か不明である場合には、単独で付着性を有する炭素物質量が不明確であるので、添加量を変えて適切な添加量を見出すことが必要とはなるが、該混合物が付着性を有する場合は適量加えることにより、耐摩耗性の効果を発現することができる。
【００１６】
上記付着性炭素物質は、摩耗により摩耗粉となり、摩耗して凹凸になったフェノール樹脂及び／又はワラストナイト等の無機物質表面に付着し、摩擦により圧着され、摩耗面を平らにすることができる。
つまり、付着性炭素物質は、摩耗により摩耗粉を発生させ、それと同時に摩耗面を平らにコーティングする働きをする。
また、炭素の潤滑性によって、摩耗を抑制し、摩耗面の凹凸を減少させることができる。
【００１７】
本発明のフェノール樹脂成形材料に使用する付着性炭素物質は、機械的強度、耐摩耗性のすべてをバランスよく保持するため、繊維状であることが好ましい。
成形品の摩耗面に、付着性炭素物質とワラストナイトが均一に分散すると、良好な機械強度を保持することができると共に、摩耗面に均一に付着性炭素物質が現れるため、耐摩耗性の効果を十分発揮することができる。
付着性炭素物質は、成形品の耐摩耗性を保持するために、フェノール樹脂１００質量部に対して通常、１．５〜１８０質量部の範囲で使用される。
好ましくは３〜１００質量部、より好ましくは５〜５０質量部である。
配合量がこの範囲内であると、機械的強度と耐摩耗性を高く保持することができる。
すなわち、配合量が１．５質量部以上であると、耐摩耗効果が十分に発揮され、１８０質量部以下であると、機械的強度が著しく向上し、良好な成形品を容易に得ることができる。
【００１８】
本発明のフェノール樹脂成形材料に使用する繊維状の炭素物質（付着性炭素繊維）としては、耐摩耗性を高く保持するためにピッチ系であることが好ましく、ピッチ系炭素繊維には、石油系、石炭系、合成品系、液化石炭系などがあり、通常は石油精製の際に副生されるピッチを原料として紡糸、不融化、１５００℃以上、３０００℃以下で炭化あるいは黒鉛化することにより製造される。
ピッチ系炭素繊維は、主として炭素原子六角網平面から構成され、網平面が乱雑に集合した等方性のものが特に好ましい。
このようなピッチ系炭素繊維の例としては、日本グラファイトファイバー社製（ＸＮ−１００−０３Ｓ）などが挙げられる。
以下、繊維状の炭素物質は、付着性炭素繊維又は単に炭素繊維と表す。
【００１９】
また、これらの付着性炭素物質は、作業性の向上及び樹脂との密着性の観点からは酸化処理、プラズマ処理、エポキシ系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ナイロン系樹脂、ウレタン樹脂、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤などの表面処理が行われていることが好ましい。
【００２０】
上記のように、成形品の摩耗面において、炭素物質とワラストナイトが緻密に分散すると、付着性炭素物質から生じる摩耗粉が、摩耗面に露出しているワラストナイト及び／又はフェノール樹脂に対して、均一に付着しやすくなる。
それによって、付着性炭素物質から発生する摩耗粉が、摩耗面全体を均一にコーティングし、摩耗粉に含まれている炭素の潤滑性が作用するため、耐摩耗性の効果を高めることができる。
従って、耐摩耗効果を高めるためには、ワラストナイトと付着性炭素物質の配合割合は、フェノール樹脂１００質量部に対するワラストナイトの質量部を、フェノール樹脂１００質量部に対する付着性炭素物質の質量部で除した値をαとすると、通常、０．５≦α＜１３３の範囲である。
好ましくは０．８≦α≦６０、より好ましくは１．８≦α≦３４である。
αが上記範囲内であると耐摩耗性が十分である。
すなわち、αが０．５以上であると、炭素物質の量が適性であるため、耐摩耗効果がよく、機械的強度も上昇する。
αが１３３以下であると、摩耗粉に含まれる炭素物質の量が適性であるため、摩耗粉が摩耗面を均一にコーティングし易く、炭素の潤滑性が十分に発揮されるため、耐摩耗効果が上昇する。
【００２１】
なお、付着性炭素物質のみを添加した場合、あるいはワラストナイトのみを添加した場合と比較して、両者を併用した場合には、添加する付着性炭素物質の量を低減したとしても両物質の相乗的な添加効果により、極めて大きな耐摩耗効果が得られ、機械的強度（例えば、シャルピー衝撃強さ及び曲げ強度）も高い。
なお、付着性炭素物質のみを添加し、ワラストナイトを添加しない場合でも耐摩耗性向上の効果は得られるが、付着性炭素物質を多量に添加しなければならない。
すなわち、付着性炭素物質とワラストナイトの両者を併用した場合には以下の利点がある。
付着性炭素物質の一つであるピッチ系炭素繊維に比べてワラストナイトは安価であるため、製造コストの低減も可能であり、機械的強度の低下もない。
【００２２】
付着性炭素物質とワラストナイトを併用した場合に、極めて大きな耐摩耗性効果と良好な機械的強度が得られる理由については、以下のような理由によると推測している。
すなわち、ワラストナイトは、硬度が低くいため、ワラストナイトによる摩耗粉はガラスのように摩耗面を粗く削ることがなく、付着性炭素物質から発生する摩耗粉の生成を維持することができるため、付着性炭素物質の摩耗粉が平らな摩耗面に付着することができる。
それによって、付着性炭素物質から発生する摩耗粉が、摩耗面全体を均一にコーティングし、摩耗粉に含まれている炭素の潤滑性が作用するため、耐摩耗性の効果を高めることができる。
また、機械的強度は、付着性炭素物質自身の機械的強度が低いために、付着性炭素物質の含有量の増加と共に、成形材料の機械的強度が低下すると考えられる。
従って、ワラストナイトと付着性炭素物質を併用することにより、大きな耐摩耗性効果を維持したまま、付着性炭素物質の含有量を低減させることができるため、成形材料において良好な機械的強度が得られるというものである。
【００２３】
本発明の成形材料の主充填剤がワラストナイトと付着性炭素物質のみの場合には、得られる成形品の耐摩耗性の効果は大きいが、機械的強度が不足する場合がある。
この場合には、補強繊維として繊維状のフィラーを添加することが好ましい。
このような補強繊維としては、ガラス繊維が挙げられる。
また、ガラス繊維以外の補強繊維としては、公知のロックウール、セラミック繊維、ホウ素繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維等の無機繊維、解繊パルプ、粉末パルプ、粉砕布、芳香族ポリアラミド繊維等の有機繊維、金属繊維などが挙げられる。
本発明に用いられる補強繊維は、単独１種類で使用してもよく、また、２〜３種類の補強繊維を併用してもよい。
補強繊維としてガラス繊維などを添加することにより、得られる成形品の機械的強度が向上する。
本発明においては、補強繊維としてガラス繊維を添加することが好ましい。
ガラス繊維の平均繊維直径は、特に限定されないが、通常、６〜１５μｍである。
また、平均繊維直径の範囲のガラス繊維を用いることにより、成形材料化段階での作業性を向上させることができる。
ガラス繊維の平均繊維長は、特に限定されないが、混練前において、通常、１〜６ｍｍ、好ましくは１〜５ｍｍ、より好ましくは１〜４ｍｍのチョップドストランドタイプのものを使用する。
平均繊維長の範囲のガラス繊維を用いることにより、樹脂との混練時に平均的繊維長が、通常、１０〜５００μｍ、好ましくは２０〜２００μｍ、より好ましくは３０〜１３０μｍの範囲になり、成形材料化時の作業性、成形性及び成形体の強度を向上させることができる。
【００２４】
本発明における炭素繊維の平均繊維長は、例えば、粉砕したＢステージ（半硬化）状態の成形材料を１０質量％になるようにアセトンを加え、２４〜４８時間浸漬し、フェノール樹脂部分を溶解させ、その後、凹凸のないガラス板にキャストし、無作為に１ｍｍ四方の枠の中に存在するすべての炭素繊維の長さを顕微鏡を用いて測定し、測定数が１００本以上になるまでこれを繰り返して得た繊維長分布のピーク位置を意味する。
また、炭素繊維の平均繊維径は、通常５〜３０μｍ、好ましくは７〜２０μｍ、より好ましくは８〜１８μｍである。
【００２５】
補強繊維の配合量は、フェノール樹脂１００質量部に対して、通常、５０〜１５０質量部である。
好ましくは５５〜１４０質量部、より好ましくは６０〜１００質量部である。
かかる補強繊維の配合量が５０質量部以上であると、成形品の機械的強度が十分となり、１５０質量部以下であると、耐摩耗性及び成形材料製造時の作業性が向上する。
【００２６】
本発明に使用する潤滑性物質は、粉粒状の動摩擦係数を低減させる性質を持つ物質である。
潤滑性物質としては、ポリエチレン樹脂、ナイロン樹脂、フッ素樹脂、ポリプロピレン系樹脂から選択される一種又は二種以上の粉粒状の樹脂が挙げられ、例えば、低密度ポリエチレン樹脂、中密度ポリエチレン樹脂、高密度ポリエチレン樹脂、ナイロン６樹脂、ナイロン６６樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ：四フッ化エチレン樹脂）、三フッ化塩化エチレン樹脂、四フッ化エチレン六フッ化プロピレン樹脂、プロピレン単独重合体、プロピレン−エチレン共重合体及びこれらの混合物などである。
潤滑性物質としては、好ましくはフッ素樹脂、より好ましくはポリテトラフルオロエチレンである。
粉粒状とは、上記潤滑性物質を物理的に粉砕したもの、及び球状又は鱗片状等に成形されたものとする。
また、潤滑性物質の粉粒体の平均粒子径は、通常２〜１１０μｍである。
平均粒子径が２μｍ以上であると取り扱いが容易であり、１１０μｍ以下であると成形性及び成形体の外観が良好である。
好ましくは２０〜１３０μｍ、より好ましくは４０〜１００μｍである。
潤滑性物質の添加量は、フェノール樹脂の１００質量部に対し、通常、０．２〜３５質量部、好ましくは１〜２５質量部、より好ましくは３〜１７質量部である。
添加量が０．２質量部以上であると耐摩耗性効果は得られ、３５質量部以下であると成形性が良好である。
また、潤滑性物質の粒子径が大きくなると、粒子表面の滑り性により、良好な分散性を維持することが困難となる傾向がある。
【００２７】
本発明の成形材料は、付着性炭素物質とワラストナイトを含有するため、両者を併用した場合には、潤滑性物質を添加しない場合でも摩耗面は平滑性及びすべり性を有し、極めて大きな耐摩耗効果が得られ、機械的強度（例えば、シャルピー衝撃強さ及び曲げ強度）も高いが、そこに、更に潤滑性物質を添加すると、付着性炭素物質とワラストナイトと潤滑性物質の相乗効果により飛躍的に耐摩耗性が向上する。
また、少量の潤滑性物質の添加で相乗効果が得られるので、良好な機械的強度、成形性及び作業性を維持しながら、コストの増大を抑えることが可能である。
【００２８】
潤滑性物質の耐摩耗効果は、付着性炭素繊維とワラストナイトの相乗効果を促進させるものとして以下のように推測している。
本発明においては、摩耗によって発生する摩耗粉のうち、主として付着性炭素物質由来の摩耗粉が摩擦面に付着し、耐摩耗コーティングの働きをする。
その耐摩耗コーティング部分に少量でも均一に潤滑性物質が存在すると、耐摩耗コーティング自身の滑りが向上し、耐摩耗効果が向上する。
一般に、成形材料に潤滑性物質を添加すると、耐摩耗性は向上するが、成形性や作業性、機械的強度が低下するため、潤滑性物質の添加量が制限されるという問題がある。
本発明における潤滑性物質の添加量は、付着性炭素物質及びワラストナイトを併用することによって、少量ながら耐摩耗性が飛躍的に向上し、機械的強度、成形性、作業性を良好に維持しながら、潤滑性物質を添加したことによるコストの増大も低下することが可能になる。
【００２９】
本発明のフェノール樹脂成形材料には、以上に説明した成分のほか、本発明の目的を損なわない範囲でステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸マグネシウム等のステアリン酸塩類、カルナバワックス等の離型剤、カテコール、ビスフェノールＡ等の多官能フェノール化合物、ｐ−トルエンスルホン酸、ｐ−フェノールスルホン酸等のスルホン酸類、安息香酸、サリチル酸、シュウ酸、アジピン酸等のカルボン酸類、コバルト（II）アセチルアセトネート、アルミニウム（III）アセチルアセトネート、ジルコニウム（IV）アセチルアセトネート等の金属錯体、酸化カルシウム、酸化コバルト、酸化マグネシウム、酸化鉄等の金属酸化物、水酸化カルシウム、イミダゾール、ジアザビシクロウンデセン、フェニルホスホン酸等の硬化助剤、酸化チタン、ベンガラ、カーボンブラック、モリブデン赤、フタロシアニンブルー等の顔料、二硫化モリブデン等の潤滑性付与剤、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリブタジエン、スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリ酢酸ビニル樹脂、スチレン−イソプレン共重合体等のエラストマー等これまで用いられている添加剤を配合することができる。
【００３０】
本発明のフェノール樹脂成形材料を製造する方法は、通常の方法が採用される。
すなわち、フェノール樹脂、硬化剤、炭素物質、ワラストナイト、潤滑性物質、他の無機物質、補強繊維、無機基材、離型剤、硬化助剤、顔料等の各種添加剤を加えて、均一に混合後、加熱ロール、コニーダ、二軸押出し機等の混練機単独又はロールと他の混合機との組合せで加熱混練し、粉砕又は造粒機によりペレット化して得られる。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明の実施例及びその比較例によって、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
表１に炭素物質の付着性試験を行った結果を、表２に実施例及び比較例に使用した原材料を、表３、表４に各組成分の配合割合と得られたフェノール樹脂成形品の特性を示す。
【００３２】
（炭素物質の付着性試験）
本発明における炭素物質の付着性は、室温（２５℃）で基台上に凹凸のないガラス製の平板を固定し、その平板上の荷重のかかる面の中央部分に、秤量した炭素物質１０〜３０ｍｇを置き、炭素物質を前後それぞれ４ｃｍに渡って、３ｋｇｆ／ｃｍ2（０．２９４ＭＰａ）の荷重をかけながら連続１００回往復させた後、綿ガーゼ布を用いて、ガラス平板上を荷重１０ｇ（９８ｍＮ）で１０回往復させ、ガラス平板表面上に粉体状に残存している炭素物質を完全に取り除き、ガラス平板に載せた炭素物質全質量Ｘに対して、Ｘの０．１質量％以上の炭素物質が平板表面に付着残存しているものを付着性が有、０．１質量％未満のものを付着性が無として判断した。
【００３３】
【表１】
2007297588.tif 000002
【００３４】
（実施例１、比較例１〜６）
表２に示す原材料を使用し、表３に示す配合割合で配合し、加熱混練し、成形材料とした。
なお、付着性炭素繊維として表１に記載の炭素繊維のうち、ＸＮ−１００−０３Ｓ〔商品名；日本グラファイトファイバー（株）製〕を使用した。
【００３５】
【表２】
2007297588.tif 000003
【００３６】
【表３】
2007297588.tif 000004
【００３７】
次に、各々の成形材料を各種試験片に成形し、その成形品について、曲げ強さ、曲げ弾性率、シャルピー衝撃強さ、摺動摩耗量、成形性の測定及び摺動摩耗試験後の試験片における摩耗面の評価を行った。
また、使用した炭素繊維に関しては、再度付着性試験を行った。
射出成形は、金型温度１８０℃、硬化時間１分で行った。
結果を表４に示した。
【００３８】
〔炭素物質（炭素繊維）の付着性試験〕
上記の通り測定した。
【００３９】
（曲げ弾性率、曲げ強さ）
ＪＩＳ  Ｋ  ６９１１により成形した試験片（厚さ４ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ８０ｍｍ）を島津製作所（株）社製テンシロンにて測定した。
測定条件はスパン距離；６４ｍｍ、ヘッドスピード；２ｍｍ/minである。
【００４０】
（シャルピー衝撃強さ）
ＪＩＳ  Ｋ  ６９１１  により成形した試験片を東京衝機（株）社製シャルピー衝撃試験機で測定した。
【００４１】
(混連性)
加熱ロール、を用いて混練を行う際に、混練可能なものを○、混練不可能なものを×として評価した。
【００４２】
（摺動摩耗量）
円柱状摩耗輪（ローター、ステンレス製、直径１８ｍｍ、幅１０ｍｍ、比重７．８６）を試験片（ステーター）が、摩耗輪上部で左右対称な２箇所で線接触し、荷重３ｋｇが２箇所の接触部に均等にかかるように設置した。
ローターを６０ｒｐｍ、１０時間回転させた後、ローターとステーターの摩耗した質量をローターとステーター各々の材料の比重で除した値を求めた。
【００４３】
（摩耗面の状態）
摺動摩耗試験処理後のステーターの摩耗面を走査型電子顕微鏡により観察し、評価した。
【００４４】
【表４】
2007297588.tif 000005
【００４５】
表４に示すように、実施例１は良好な機械的強度及び成形性を示し、耐摩耗性に極めて優れている。
実施例１の摩耗面は、凹凸のない非常に滑らかな摩耗面上に凹凸なく摩耗粉が付着している状態であった。
なお、実施例で用いたピッチ系炭素繊維の付着量は、付着試験に使用したピッチ系炭素繊維量の２質量％程度であった。
【００４６】
比較例１〜５は、実施例１と同様にして、成形材料を作製し、各種の試験片に成形した後、各特性を測定した。
表３より、比較例１〜５は、ガラス繊維、ピッチ系炭素繊維、ワラストナイト、黒鉛、球状シリカの中から選択される少なくとも２種をそれぞれ添加した。
比較例１は、実施例１と比較して、潤滑性物質を無添加としたものである。
この場合は、曲げ強度及びシャルピー強度は高い値を示しているが、ステーター摩耗量が大きい。
また、比較例１の摩耗面は、走査型電子顕微鏡を用いて観察した結果、実施例と同様に平滑な状態であった。
比較例２は、補強繊維を無添加とした。
この場合、実施例１と同程度の強度が保持され、摩耗面は平滑な状態であったが、シャルピー衝撃強さは低下した。
比較例３は、実施例１と比較して、付着性炭素物質及び潤滑性物質を添加していないため、ステーター及びローター摩耗量が共に大きい。
また、比較例３の摩耗面は、実施例１の摩耗面と異なり、凹凸のある状態であった。
比較例４は、付着性がない炭素物質である黒鉛を添加した。
その結果、機械的強度は低下し、ステーター及びローター摩耗量が共に大きい。
また、この摩耗面は凹凸のある状態であった。
比較例５は、実施例１と比較して、ステーター及びローター摩耗量が同程度に保持されているが、付着性炭素物質及び潤滑性物質を含んでいないため、ステーター及びローター摩耗が大きく、摩耗面は凹凸のある状態であった。
【００４７】
以上より、本発明においては、ワラストナイトと付着性炭素物質による相乗効果により、機械的強度及び耐摩耗性効果が向上し、少量の潤滑性物質を添加すると更に耐摩耗効果が向上することは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
上記したように、本発明のフェノール樹脂成形材料は、付着性炭素物質であるピッチ系炭素繊維及びワラストナイトが樹脂中に共存し、更に少量の潤滑性物質が存在することにより、機械的強度を損なうこうとなく、耐摩耗性に飛躍的に優れることが明らかとなった。
また、潤滑性物質を少量添加することにより、耐摩耗性を向上させることができることも明らかとなった。
以上のように、本発明のフェノール樹脂成形材料は、付着性炭素物質、ワラストナイト及び潤滑性物質の相乗効果により、耐摩耗性に極めて優れるほか、ガラス繊維などの補強繊維を併用することでより良好な機械的強度を有する。
また、潤滑性物質の添加量は少量で効果が得られることから、コスト低減が可能である。
このような特性を有することから、本発明のフェノール樹脂成形材料は、樹脂製摺動部品用材として適している。