(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニトリルゴム、フッ素ゴム、エポキシ樹脂、ナイロン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、ポリアミドイミド、フェノール樹脂、ポリブチレンテレフタレートのいずれかからなるゴムあるいはプラスチックと、炭素原子からなる主鎖にフッ素原子又はフッ素原子と酸素原子が結合した２種原子又は３種原子から構成され、エポキシ基、アミン基、メルカプト基、メタクリル基のいずれかである官能基を有する化合物がグラフトされた改質フッ素樹脂と、からなるゴムまたはプラスチック組成物であって、ゴムまたはプラスチック組成物１００質量部のうち前記改質フッ素樹脂を５質量部〜５０質量部混和したことを特徴とするゴムまたはプラスチック組成物。
【請求項２】
ゴムあるいはプラスチックが、分子構造中に前記官能基を有する請求項１に記載のゴムまたはプラスチック組成物。
【請求項３】
前記改質フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレンからなる請求項１又は２に記載のゴムまたはプラスチック組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車、ＯＡ、産業機械等のしゅう動部材に用いるゴム・プラスチック組成物に係り、特に、耐久性、低摩耗性に優れたゴム・プラスチック組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車、ＯＡ、産業機械等では力、運動、仕事のエネルギーを伝達するため、多数のしゅう動部品が使用されている。このしゅう動部品には、金属、セラミックス、ゴム、プラスチックが用いられているが、最近の動向として部品の小型化や伝達エネルギー及びその損失を低減するための部材の軽量化、低摩擦化、更には耐久性向上が望まれている。このような背景から、従来金属が多用されていた用途へゴムやプラスチック等の高分子材料が適用されるようになってきた。
【０００３】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１１８８０２号公報
【特許文献２】特開平７−１７３２３０号公報
【特許文献３】特開平７−１７３４４６号公報
【特許文献４】特開平７−１７３４４７号公報
【特許文献５】特開平７−５３８２３号公報
【特許文献６】特開平９−２６３６７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ゴム・プラスチックは、金属に比べ軽量で賦形しやすいという特徴を有しているが、機械的な強靱性、耐久性や低摩耗性が用途に対し必ずしも十分とは言えない。
【０００６】
これらを補うため充てん材やカーボン繊維に代表される補強材を充てんすること、あるいは金属と複合化させるなどが行われている。しかし、充てん材や補強材を混合する方法では機械強度の低下、摩擦係数の上昇、加工工程の増加による著しいコストアップなどの問題を生じ、適用が限定されたものとなっている。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、ゴム・プラスチックの特長を損なうことなく、しかも耐摩耗性、低摩擦性に優れたゴム・プラスチック組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は前記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、ニトリルゴム、フッ素ゴム、エポキシ樹脂、ナイロン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、ポリアミドイミド、フェノール樹脂、ポリブチレンテレフタレートのいずれかからなるゴムあるいはプラスチックと、炭素原子からなる主鎖にフッ素原子又はフッ素原子と酸素原子が結合した２種原子又は３種原子から構成され、エポキシ基、アミン基、メルカプト基、メタクリル基のいずれかである官能基を有する化合物がグラフトされた改質フッ素樹脂と、からなるゴムまたはプラスチック組成物であって、ゴムまたはプラスチック組成物１００質量部のうち前記改質フッ素樹脂を５質量部〜５０質量部混和したゴムまたはプラスチック組成物である。
【００１０】
請求項２の発明は、ゴムあるいはプラスチックが、分子構造中に官能基を有する請求項１に記載のゴムまたはプラスチック組成物である。
【００１３】
請求項３の発明は、前記改質フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレンからなる請求項１又は２に記載のゴムまたはプラスチック組成物である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、しゅう動特性に優れ、しかも曲げ弾性率に代表される機械的強度の大幅な低下を抑制することができ、高分子材料の応用範囲を拡げる上で大きく貢献する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１６】
本実施形態に係るゴムまたはプラスチック組成物は、ゴムあるいはプラスチックと親和性の高い官能基を有する化合物がグラフトされたフッ素樹脂をゴムあるいはプラスチック組成物１００質量部のうち５質量部〜５０質量部混和してなる。
【００１７】
ゴムまたはプラスチック組成物１００質量部のうち官能基を有する化合物がグラフトされたフッ素樹脂を５質量部〜５０質量部混和する理由は、限定値未満ではしゅう動性への効果が期待できなく、限定値を越えると機械的強度や伸びの著しい低下を招くためである。
【００１８】
ゴム・プラスチックとしてはニトリルゴム、フッ素ゴム等やエポキシ樹脂、ナイロン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、ポリアミドイミド、フェノール樹脂、ポリブチレンテレフタレート等のプラスチックが挙げられる。
【００１９】
ゴムまたはプラスチックに混和するフッ素樹脂は、炭素原子からなる主鎖にフッ素原子又はフッ素原子と酸素原子が結合した２種原子又は３種原子から構成され、ゴムまたはプラスチックと親和性の高い官能基を有する化合物がグラフトされたフッ素樹脂であり、そのベースとなるフッ素樹脂としては、具体的にはテトラフルオロエチレン共重合体（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−フルオロアルコキシトリフルオロエチレン共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン重合体（ＦＥＰ）、ポリテトラフルオロエチレン−パーフルオロジオキシソール共重合体（ＴＨＦ／ＰＤＤ）が挙げられ、その中でもＰＴＦＥが最も好ましい。
【００２０】
ＰＴＦＥの中にはパーフルオロ（アルキルビニルエーテル）、ヘキサフルオロプロピレン、（パーフルオロアルキル）エチレンあるいはクロロトリフルオロエチレン等の共重合性モノマに基づく重合単位を０．２モル％以下含有するものも含まれる。また、前記フッ素樹脂の場合、その分子構造中に少量の第３成分を含むこともできる。
【００２１】
官能基を有する化合物としてはシランカップリング剤、チタネートカップリング剤、反応性モノマ等が挙げられる。官能基としては、アミン基、エポキシ基、メタクリル基、メルカプト基が代表的なものである。
【００２２】
具体的には、（アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシラン、（アミノエチル）アミノプロピルメチルジメトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、３グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、３メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、３メルカプトプロピルトリメトキシシラン等が代表的なものである。
【００２３】
アミン基グラフト変性フッ素樹脂を混和する好ましいベース材としては、ニトリルゴム、ウレタンゴム、ポリアミド樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂などが挙げられる。
【００２４】
エポキシ基グラフト変性フッ素樹脂を混和する好ましいベース材としては、ウレタンゴム、ニトリルゴム、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。
【００２５】
メタクリル基グラフト変性フッ素樹脂を混和する好ましいベース材としては、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂等が挙げられる。
【００２６】
メルカプト基グラフト変性フッ素樹脂を混和する好ましいベース材としては、ウレタンゴム、ポリサルファイド等が挙げられる。
【００２７】
本実施形態においては、これらのフッ素樹脂を下記の方法により改質した後、官能基を有する化合物をグラフトさせる必要がある。
【００２８】
本実施形態の改質フッ素樹脂は、構成元素が炭素とフッ素のみからなるフッ素樹脂を酸素濃度１３３３Ｐａ（１０ｔｏｒｒ）以下の不活性化ガス雰囲気下、且つその融点以上に加熱された状態で、フッ素樹脂に電離性放射線を照射線量１００ｋＧｙ〜１ＭＧｙの範囲で照射することにより製造できる。
【００２９】
本実施形態で電離性放射線としては、γ線、電子線、Ｘ線、中性子線あるいは高エネルギーイオン等が使用される。
【００３０】
電離性放射線の照射を行う際は、フッ素樹脂成形体をその結晶融点以上に加熱しておく必要がある。例えば、フッ素樹脂としてＰＴＦＥを使用する場合には、この融点である３２７℃よりも高い温度で照射する必要があり、また、ＰＦＡ、ＦＥＰを使用する場合には、前者が３１０℃、後者が２７５℃に特定される融点よりも高い温度に加熱して照射する。フッ素樹脂をその融点以上に加熱することは、フッ素樹脂を構成する主鎖の分子運動を活性化させることになり、その結果、分子間の架橋反応を効率よく促進させることが可能となる。ただし過度の加熱は逆に分子主鎖の切断と分解を招くようになるので、加熱温度はフッ素樹脂の融点よりも１０℃〜３０℃高い範囲内に抑えるべきである。
【００３１】
この改質フッ素樹脂に前述した官能基を有する化合物をグラフトさせる。改質フッ素樹脂をベースとする理由は改質により摩擦係数を大幅に上げることなく、耐摩耗性を著しく向上できることが挙げられる。更には官能基をグラフトさせる際に電離性放射線を照射してフッ素樹脂にラジカルを生成させる工程で、電離性放射線によりポリマ分子の切断が起こるため機械的な強度が低下するが、フッ素樹脂を改質することによりこの機械的な強度の低下を抑制することが可能である。
【００３２】
グラフトは、改質フッ素樹脂に酸素の存在しない雰囲気で電離性放射線を照射し、その後１００℃前後の温度に加熱しながら官能基を有する化合物と接触させ行う。前記の中で酸素の存在しない雰囲気としては酸素濃度を１３３Ｐａ（１ｔｏｒｒ）以下にすることが好ましく、これを超えるとグラフト効率が低下する。酸素濃度を１３３Ｐａ以下に下げる方法としては、真空状態にすることや窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス雰囲気下とすることにより実現できる。
【００３３】
改質フッ素樹脂に接触させる官能基を有する化合物は特に規定しないが、混合量は、改質フッ素樹脂１００質量部に対し０．５質量部〜３質量部程度が代表的である。
【００３４】
最後に、ゴム・プラスチック１００質量部に対し、官能基を有する化合物がグラフトされた改質フッ素樹脂を５質量部〜５０質量部混和する。
【００３５】
本実施形態に係るゴム・プラスチック組成物によれば、ゴム・プラスチックに官能基がグラフトされた改質フッ素樹脂を混合することで、ゴム・プラスチックの特長を損なわずにしゅう動特性に優れ、しかも曲げ弾性率に代表される機械的強度の大幅な低下を抑制することができ、高分子材料の応用範囲を拡げる上で大きく貢献できる。
【００３６】
ゴムあるいはプラスチックが、分子構造中に前述した官能基を有するものでも同様の効果が期待できる。
【実施例】
【００３７】
実施例及び比較例をもとに、本発明を具体的に説明する。
【００３８】
表１に代表例としてポリアミド系での実施例及び比較例を示す。
【００３９】
【表１】
0005104475.tif 000002
【００４０】
（１）配合剤
ベースとなるポリアミドには、東レ・デュポン（株）製の６６ナイロン（アミランＣＭ３３０１Ｌ）を使用した。フッ素樹脂としては、旭硝子（株）のＰＴＦＥ、商品名Ｐ−１９２を使用した。このＰＴＦＥを酸素濃度１３３Ｐａ（１ｔｏｒｒ）、窒素雰囲気下、３４０℃の温度のもとで電子線（加速電圧１．５ＭｅＶ）を１００ｋＧｙ照射し、改質を行った。これをジェットミルにより平均粒径２０μｍに微粉砕した。この改質ＰＴＦＥパウダに常温、窒素中で更に電子線（加速電圧１．５ＭｅＶ）を１０ｋＧｙ照射した。
【００４１】
グラフト改質ＰＴＦＥ−Ａでは、この１０ｋＧｙ照射した改質ＰＴＦＥに窒素雰囲気下、２質量部の３．アミノプロトリメトキシシランをスプレすることにより、改質ＰＴＦＥとパウダ表面とを接触させた後、この改質ＰＴＦＥを８０℃に保持した窒素雰囲気下の熱処理炉に３０分保持した後、取り出しグラフトを完了させた。
【００４２】
グラフト改質ＰＴＦＥ−Ｂも同様の方法で作製したものであるが、処理剤にＮ．２（アミノエチル）３アミノプロピルトリメトキシシランを用いたものである。  グラフトＰＴＦＥは、前記グラフト改質ＰＴＦＥ−Ａの製法で改質ＰＴＦＥを用いず、ＰＴＦＥを使用したものである。ＰＴＦＥは上記Ｐ−１９２で未改質のものである。
【００４３】
（２）混合、成形
表１に示す材料を３１０℃に保持した４０ｍｍ2軸混練機（Ｌ／Ｄ＝３０）を用い、回転数４０ｒｐｍで混合し、その後冷却しながらφ２ｍｍの円柱状ペレットを作製した。これをノズル温度３１０℃としたスクリュ径４５ｍｍの射出成形機を用い、射出圧力１００ＭＰａで金型に射出し、厚さ１ｍｍ、φ３０ｍｍの円盤状シート及び長さ８０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ４ｍｍの実施例１〜６及び比較例１〜５としての板状シートを作製した。
【００４４】
（３）評価
これらのシートを用い、しゅう動試験はＪＩＳ  Ｋ７２１８のリングオン法に準拠し、また曲げ試験はＪＩＳ  Ｋ７１７１に準拠し測定を行い、比摩耗量、摩擦係数、曲げ弾性率を求めた。測定温度はいずれも２４℃で空気中である。しゅう動試験ではＳＵＳ３０４製の円筒リング（外径２５．６ｍｍ、内径２０．６ｍｍ）に試験片（外径２５．６ｍｍ、内径２０．６ｍｍ、厚さ１ｍｍ）を貼り合わせ、相手材にはＳＵＳ３０４板（縦３０ｍｍ、横３０ｍｍ、厚さ５ｍｍ、表面粗さＲａ０．２μｍ）を用い、圧力０．２ＭＰａ、速度６０ｍ／ｍｉｎ、しゅう動時間５０時間の条件で行った。曲げ試験では速度１０ｍｍ／ｍｉｎで歪みを加え、曲げ弾性率を求めた。
【００４５】
表１に示すように、ポリアミドとこれと親和性の高い官能基を有する化合物がグラフトされたフッ素樹脂を混和した実施例１〜６は、ポリアミド単独の比較例１と比較して分かるように比摩耗量が小さくなり耐摩耗性が向上し、しかも摩擦係数は低くなる。曲げ弾性率もポリアミド単独との比較ではグラフト改質ＰＴＦＥ混和量に伴い少し低下するが、大幅に下がることはない。
【００４６】
これに対し、グラフト改質ＰＴＦＥを混和しない比較例１は比摩耗量が大きく、摩擦係数も高い。改質ＰＴＦＥではなく、グラフトＰＴＦＥを混和した比較例２では比摩耗量がポリアミド単独より大きくなり、曲げ弾性率も大幅に低下する。これはグラフトＰＴＦＥ自体の機械的強度が著しく低下するためと考えられる。
【００４７】
改質ＰＴＦＥを混和した比較例３は比摩耗量及び摩擦係数は低くなり、混和効果が認められるものの、曲げ弾性率の低下が大きい。また、ＰＴＦＥを混和した比較例４は、比摩耗量がポリアミド単独と大差が見られず、曲げ弾性率の低下も大きいことが分かる。
【００４８】
公知例である比較例５のグラフトＥＴＦＥは、ＥＴＦＥ（旭硝子Ｚ８８２０）を窒素中で電子線を１０ｋＧｙ照射した窒素雰囲気下のもと、ＥＴＦＥに対して２質量部の３．アミノプロトリメトキシシランをスプレすることによりパウダ表面と接触させ、このような状態とした後８０℃に保持した窒素雰囲気の熱処理炉に３０分保持しグラフトしたものである。しかしグラフトＰＴＦＥを含有していないため比摩耗量が大きく、耐摩耗性に劣る。