(57)【要約】  本発明は、その表面の少なくとも1つ上に、20から100質量%の少なくとも1つのポリエーテルケトンケトン(PEKK)、0から80質量%の1つ又は複数の充填剤、及び0から20質量%の1つ又は複数の添加剤を含むポリマー材料を含む、摩耗及び摩擦物品に関する。本発明は更に、高温で摩耗及び/又は摩擦を低減するための、このようなポリマー材料の使用に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
その表面の少なくとも1つ上に、20から100質量%の少なくとも1つのポリエーテルケトンケトン(PEKK)、0から80質量%の1つ又は複数の充填剤、及び0から20質量%の1つ又は複数の添加剤を含むポリマー材料を含む、摩耗及び摩擦物品。
【請求項２】
ベアリング、ブッシュ、バルブシート、ギヤ、ピストン、ピストンリング、バルブガイド、圧縮機翼、シール、エンジンの構成部品からなる群中で選択される、請求項1に記載の摩耗及び摩擦物品。
【請求項３】
前記ポリエーテルケトンケトンが55:45から100:0のT:I異性体比を有する、請求項1又は2に記載の摩耗及び摩擦物品。
【請求項４】
前記ポリマー材料が10から70質量%の1つ又は複数の充填剤を含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の摩耗及び摩擦物品。
【請求項５】
前記ポリマー材料が20から60質量%の1つ又は複数の充填剤を含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の摩耗及び摩擦物品。
【請求項６】
前記充填剤が繊維状充填剤を含む、請求項5に記載の摩耗及び摩擦物品。
【請求項７】
前記繊維状充填剤が、ガラス繊維、炭素繊維、ナノ炭素繊維、アラミド繊維及びそれらの混合物から選択される、請求項6に記載の摩耗及び摩擦物品。
【請求項８】
前記充填剤が非繊維状充填剤を含む、請求項5から7のいずれか一項に記載の摩耗及び摩擦物品。
【請求項９】
前記非繊維状充填剤が、グラファイト、カーボンブラック、ガラスビーズ若しくはフレーク等の鉱物充填剤、シリカ、二酸化チタン、酸化アルミニウム等の金属酸化物、又はタルク、炭酸カルシウム等の他の無機材料、及びそれらの混合物、並びにポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、エチレンフルオロエチレン(ETFE)、ペルフルオロアルコキシアルカン(PFA)、フッ化エチレンプロピレン(FEP)、アラミド、シロキサン等のポリマー充填剤及びそれらの混合物からなる群中で選択される、請求項8に記載の摩耗及び摩擦物品。
【請求項１０】
高温で摩耗を低減するための、20から100質量%の少なくとも1つのポリエーテルケトンケトン(PEKK)、0から80質量%の1つ又は複数の充填剤、及び0から20質量%の1つ又は複数の添加剤を含むポリマー材料の使用。
【請求項１１】
50℃からPEKKの融点の間の温度で摩耗を低減するための、請求項10に記載の使用。
【請求項１２】
130℃から180℃の間の温度で摩耗を低減するための、請求項10又は11に記載の使用。
【請求項１３】
前記ポリエーテルケトンケトンが55:45から100:0のT:I異性体比を有する、請求項10から12のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１４】
前記ポリマー材料が10から70質量%の1つ又は複数の充填剤を含む、請求項10から13のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１５】
前記ポリマー材料が20から60質量%の1つ又は複数の充填剤を含む、請求項14に記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)ポリマーをベースとしたポリマー材料を含む摩耗及び摩擦物品に関する。
【０００２】
本出願は更に、高温で摩耗を低減するための、ポリエーテルケトンケトンを含むポリマー材料の使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
摩耗は、動いている間に別の表面と接触する製造部品の故障及び限られた耐用年数の主因である。
【０００４】
摩耗は、反対側表面の機械的な動きの結果としての、表面間の相互作用、並びに特に表面上での材料の除去及び/又は変形に関係する。
【０００５】
摩耗の結果は、様々な形、例えば質量、寸法安定性、形状の損失、又は構造の変化として知覚できるようになり得る。摩耗は、部品の寸法を変え、隙間を増やし、表面の特性に影響を及ぼす。一般に、ポリマーの摩耗は、材料が軟化するにしたがって温度と共に増加する。
【０００６】
摩耗は、パフォーマンス低下及び/又は構成部品へのダメージにつながるおそれがあり、製造部品の大きな劣化の原因である。多くの産業応用において、構成部品は摩耗したようになり、取り換えなければならない。これらの取り換えは、高価な構成部品、取り換え中の労働及び装置のダウンタイムのため費用がかかるおそれがある。
【０００７】
摩擦は、摩耗の主因の1つである。摩擦は、互いに反対方向にすべる固体表面、流体層、及び材料要素の相対的動作に抵抗する力である。接触する表面が互いに対応して動くとき、2つの表面の間の摩擦は、運動エネルギーを熱エネルギーに転換する。表面の間の摩擦は、表面間接着、表面粗さ、表面変形、及び表面汚染の組み合わせから生じ得る。
【０００８】
摩耗を低減するために使用され得る材料には、大きな多様性がある。このような材料はポリマーを含み得る。例えば、フッ化ポリマーは、摩擦係数を減少させるために使用され得る。充填剤は係数を増加させ、それによって摩耗を低減するために使用され得る。
【０００９】
ポリアリールエーテルケトンは、大部分は300℃を超える高い融点、例外的な熱抵抗及び優れた機械的特性を示すポリマーである。ポリエーテルケトンケトン等の高パフォーマンスポリマーは、とりわけ質量を減少させるため、金属と取り換えるための様々な応用においてますます使用される。
【００１０】
Vixtrex社は、炭素繊維で強化され、更にグラファイト及びフッ化ポリマーを含むポリエーテルエーテルケトン(PEEK)ポリマーグレードを商品化している(Victrex 450 FC 30)。
【００１１】
ポリアリールエーテルケトンが摩耗及び摩擦に関して研究されている一方で、文献は、特にいくつかのポリマーの一群、とりわけポリエーテルエーテルケトン(PEEK)に集中している。
【００１２】
例として、特許出願WO02/10320A(TRI-MACK社)は、ポリマー、及びより具体的には改善した摩擦学的特徴を有する物品を製造するために、平滑な強化繊維と一緒でのポリエーテルエーテルケトン(PEEK)の使用を開示している。
【００１３】
米国特許第4,965,310B号(AMOCO社)は、ポリアリールエーテルケトン(PAEK)の摩耗抵抗を、それらをポリイミドとブレンドすることにより改善することを提案している。
【００１４】
特許出願WO2015/059216A (SOLVAY SPECIALTY POLYMERS社)は、ポリアリールエーテルケトン(PAEK)及びポリエーテルイミド(PEI)のブレンド並びに強化繊維及び非繊維状充填剤を含む、低い摩擦及び摩耗を有する物品を開示している。
【００１５】
特許出願WO2007/132153A(VICTREX社)は、PAEK、とりわけポリエーテルエーテルケトン(PEEK)をフッ化ポリマーとブレンドした、低摩耗コーティングを提案している。
【００１６】
しかしながら、高温で改善した摩耗特徴を示し、それによって、製造物品が長い耐用年数を有することを可能にし、及び/又はより高い温度範囲で使用され得る材料が、依然として必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】WO02/10320A
【特許文献２】米国特許第4,965,310B号
【特許文献３】WO2015/059216A
【特許文献４】WO2007/132153A
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
異なるポリアリールエーテルケトン(PAEK)ポリマーの摩耗挙動は実質的に異なり、とりわけポリエーテルケトンケトン(PEKK)が、絶対値及び過熱安定性の両方の点から見て、特に有利な摩耗特性を有することを、今日期せずして見出している。
【００１９】
特に、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)等の類似のポリアリールエーテルケトンが大きな、予想外の変化を示す一方、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)の比摩耗量は、ガラス転移に近づいているとき及びそれ以上のときを含む温度で、いくらかの大きさに増加することが観測されている。同時に、85から175℃の間の温度範囲におけるPEKKの摩耗量は、PEEKの摩耗量より小さい。
【００２０】
観測される摩耗特性は、摩擦特性から明確に独立しているようである。
【００２１】
充填剤を配合されたときでさえ、異なるPAEKポリマー間の摩耗挙動における相違はそのままである。したがって、PEKK配合物は、PEEKの同等の配合物に関して、摩耗の点から見て明らかな利点を示す。
【００２２】
摩耗及び摩擦物品にとって、摩耗はできるだけ小さく、温度が上昇するときでさえそのままであることが必須である。確かに、温度は物品の使用中の環境においてのみではなく、熱もまた摩擦により生み出され、上昇し得る。したがって、室温で使用するときでさえ、物品の温度は、荷重及び/又は速度の増加に対して局所的に上昇し得る。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
したがって、本発明の第一の目的は、その表面の少なくとも1つ上に、20から100質量%の少なくとも1つのポリエーテルケトンケトン(PEKK)、0から80質量%の1つ又は複数の充填剤、及び0から20質量%の1つ又は複数の添加剤を含むポリマー材料を含む、摩耗及び摩擦物品である。
【００２４】
本発明による好ましい摩耗及び摩擦物品は、動いている間に他の表面と接触する用途である製造部品である。特に好ましいこのような物品は、ベアリング、ブッシュ、バルブシート、ギヤ、ピストン、ピストンリング、バルブガイド、圧縮機翼、シール及びエンジンの構成部品からなる群中で選択され得る。
【００２５】
特に好ましいのは、50:50から100:0、特に55:45から100:0、とりわけ55:45から85:15のT:I異性体比を有するポリエーテルケトンケトンである。
【００２６】
応用の要求次第で、ポリマー材料が1つ又は複数の充填剤を含むことが有用であり得る。
【００２７】
充填剤は、特に金属酸化物若しくは炭素ベース充填剤等の鉱物充填剤、及び/又はポリマー充填剤であってもよい。好ましい鉱物充填剤には、グラファイト、カーボンブラック、炭素繊維、カーボンナノチューブ、ガラスビーズ、フレーク及び繊維、シリカ、二酸化チタン、酸化アルミニウム等の金属酸化物、又はタルク、炭酸カルシウム等の他の無機材料、並びにそれらの混合物が含まれる。好ましいポリマー充填剤には、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、エチレンフルオロエチレン(ETFE)、ペルフルオロアルコキシアルカン(PFA)、フッ化エチレンプロピレン(FEP)、アラミド、とりわけアラミド繊維、シロキサン及びそれらの混合物が含まれる。
【００２８】
適切な充填剤は、異なる形態を更に有してもよい。特に、それらは特に繊維状又は非繊維状であってもよい。
【００２９】
第二の態様によれば、本発明は、高温で摩耗を低減するための、20から100質量%の少なくとも1つのポリエーテルケトンケトン(PEKK)、0から80質量%の1つ又は複数の充填剤、及び0から20質量%の1つ又は複数の添加剤を含むポリマー材料の使用に関する。
【００３０】
本発明の好ましい実施形態によれば、ブロック-オン-リング構成(荷重:5MPa、すべり速度(一定方向、乾燥):1m/s、相手材(counterbody):100Cr6)を使用してASTMG137にしたがって測定されるPEKKマトリックスの比摩耗量は、ガラス転移温度(Tg)の10℃上までの温度で30・10-6mm3/Nmを超えず、好ましくは25・10-6mm3/Nm未満、特に20・10-6mm3/Nm未満である。対照的に、PEEKの比摩耗量は、130℃、言い換えれば、ガラス転移温度の20℃下、の温度で既に30・10-6mm3/Nmを超える。更に、PEEKの摩耗量は、高い標準偏差から明らかなように、Tgに近づいているときますます不均一になる。
【００３１】
本明細書に記載されている実施形態の前述及び他の目的及び利点は、添付図面と関連付けて行う以下の詳細な説明を参照することで明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施例5にしたがって測定された、すべり距離の関数として下の表3に示された強化PEKK及びPEEK配合物A〜Fの摩耗体積のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本明細書で使用するとき、「物品(article)」という用語は、「部品(part)」、「製造部品(manufactured part)」又は「物体(object)」という用語と互換的に使用してもよい。
【００３４】
本出願において、「ベアリング(bearing)」という表現は、例えばすべり、ピボット、振動、往復運動、回転等による、相対的な動作において、表面と相互作用する表面を有する任意の物品を指す。このような物品の例には、静的及び動的の両方で、スリーブベアリング、ジャーナルベアリング、スラストワッシャ、ラブストリップ(rub strip)、ベアリングパッド、ボールを含むボールベアリング、バルブシート、ピストンリング、バルブガイド、圧縮機翼及びシールが含まれる。
【００３５】
本明細書で使用するとき、「充填剤(filler)」という用語は、実質的に不活性のままである間、その特性を改善するためにポリマー材料中に存在し得る微粒子成分を指す。一般に、充填剤は均一に分散し、大量、言い換えれば、一般にポリマー材料の10質量%超、ほとんどの場合20質量%超で存在する。
【００３６】
本明細書で使用するとき、「添加剤(additive)」という用語は、その特性を改善、又は更なる特定の特性を与えるためにポリマー材料中に存在し得る成分を指す。一般に、添加剤は少量、言い換えれば、一般にポリマー材料の20質量%未満、ほとんどの場合10質量%未満で存在する。
【００３７】
本明細書で使用するとき、「ポリマー材料(polymeric material)」という表現は、1つ又は複数のポリマー、好ましくはPEKKのみ、任意選択で他の化合物、とりわけ充填剤及び/又は添加剤を含む均一な組成物を指す。
【００３８】
本明細書で使用するとき、「摩耗(wear)」という表現は、5MPaの荷重、1m/sのすべり速度(一定方向、乾燥)、100Cr6製の相手材でのブロック-オン-リング構成を使用してASTMG137にしたがって測定された比摩耗量を指す。好ましくは、ニートPEKK樹脂(充填剤なし)の比摩耗量は、175℃までの温度で30・10-6mm3/Nm、好ましくは20・10-6mm3/Nmを超えない。
【００３９】
したがって、「摩擦(friction)」という表現は、同じ条件で、上記標準ASTMG137にしたがって測定される摩擦係数を指す。好ましくは、ニートPEKK樹脂(充填剤なし)の摩擦係数は、175℃の温度で0.45を超えない。
【００４０】
本出願において、「高温(elevated temperature)」という表現は、30℃超、好ましくは50℃超、より好ましくは80℃超の温度を指す。より一般的には、摩耗の概念は固体に対して定義されるのみのため、この表現は、ポリマーの融点ではなく、そのガラス転移温度Tgを含む温度の範囲を指す。融点は、T:I比に依存してPEKKポリマーに対して異なる。しかしながら、一般規則として、この表現は30から395℃、好ましくは50から360℃、特に80から330℃、より好ましくは90から300℃、とりわけ100から250℃、最も好ましくは130から180℃の温度間隔を指す。
【００４１】
本明細書で使用するとき、各化合物はその化学式、化学名、省略形等に関して互換的に議論してもよい。例えば、PEKKはポリ(エーテルケトンケトン)と互換的に使用してもよい。その上、本明細書に記載される各化合物には、別段の指示がない限り、ホモポリマー及びコポリマーが含まれる。「コポリマー(copolymers)」という用語は、2つ以上の異なるモノマーを含むポリマーが含まれることを意味し、例えば、2、3又は4つの異なる繰り返しモノマー単位を含むポリマーが含まれてもよい。
【００４２】
本明細書及び請求項で使用するとき、「含む(comprising)」及び「含む(including)」という用語は、包括的であるか、又はオープンエンドであり、付加的な列挙されていない要素、組成成分、又は方法工程を除外しない。したがって、「含む(comprising)」及び「含む(including)」という用語は、「本質的にからなる(consisting essentially of)」及び「からなる(consisting of)」という、より限定的な用語を包含する。
【００４３】
本発明は、PEKKポリマーが、類似のポリアリールエーテルケトン、とりわけよりよく知られているPEEKと比較して異なる摩耗挙動を示すという発見をベースとする。特に、PEEKの比摩耗量が、温度、とりわけガラス転移に近い温度と共に強く変わることが観測された。高い摩耗量は製造部品の劣化を加速し、このことが耐用年数を短くし、頻繁な取り換え及び関連するダウンタイムのためコストをより高くする。
【００４４】
対照的に、PEKKポリマーは、ガラス転移温度(Tg)周辺域でさえ温度と共に滑らかで制御された比摩耗の発生を示す。このようにPEKKポリマーは、PEEKと比較したとき、特にガラス転移温度におけるオフセットを考慮するとき、広い温度範囲にわたって安定した摩耗特性を示す。したがって、PEKKポリマーは、大きな荷重、大きな速度、及び/又は高温にかけられるベアリング表面を有する物品等の構造物を生産するために選択される材料であることが明らかである。
【００４５】
本発明における使用に適したポリエーテルケトンケトンは、以下の式I及びIIにより表される繰り返し単位を含んでもよいか、又は本質的にそれらからなってもよい。
-A-C(=O)-B-C(=O)- I
-A-C(=O)-D-C(=O)- II
【００４６】
Aはp,p'-Ph-O-Ph基であり、Phはフェニレン基であり、Bはp-フェニレンであり、Dはフェニレンである。式I:式II(T:I)異性体比は、100:0から0:100まで変動し得る。異性体比は、特定のセットの特性を手に入れるために要望され得るように、例えばポリエーテルケトンケトンを作製するために使用する異なるモノマーの相対量を変更することにより、容易に変更し得る。一般的に言えば、比較的高い式I:式II比を有するポリエーテルケトンケトンは、より低い式I:式II比を有するポリエーテルケトンケトンより結晶状であろう。要求されるアモルファス(非結晶状)ポリエーテルケトンケトン又はより結晶状のポリエーテルケトンケトンを用意するために、これ、すなわちT:I比を調整できる。1つの実施形態において、50:50から約100:0のT:I異性体比を有するポリエーテルケトンケトンを利用してもよい。特に好ましいのは、55:45から85:15、特に60:40から80:20のT:I異性体比を有するPEKKである。T:I異性体比は、ポリエーテルケトンケトンを生産するために使用するモノマー混合物におけるテレフタル酸由来のモノマー及びイソフタル酸由来のモノマーの比を調整することにより変更できる。PEKKポリマーのT:I比は、1-HNMR分光器等の標準分析技法を使用して決定できる。
【００４７】
本発明による摩耗及び摩擦物品は、その表面の少なくとも1つ上に、20から100質量%の少なくとも1つのポリエーテルケトンケトン(PEKK)、0から80質量%の1つ又は複数の充填剤、及び0から20質量%の1つ又は複数の添加剤を含むポリマー材料を含む。好ましい実施形態によれば、ポリマー材料は任意の他の原料を含まず、このように言及した成分からなる。
【００４８】
ポリマー材料がPEKKのみからなり得る一方、ポリマーに1つ若しくは複数の充填剤及び/又は1つ若しくは複数の添加剤を加え、適切な特性を有するポリマー材料を生産することが有利であり得る。
【００４９】
好ましい実施形態によると、このようにポリマー材料は、30から90質量%、特に40から80質量%、とりわけ50から70質量%の少なくとも1つのポリエーテルケトンケトン(PEKK)ポリマーを含む。
【００５０】
更に好ましいのは、10から70質量%、特に20から60質量%、とりわけ30から50質量%、最も好ましいのは35から45質量%の1つ又は複数の充填剤を含むポリマー材料である。
【００５１】
充填剤は、特に、金属酸化物又は炭素ベース充填剤、及び/又はポリマー充填剤等の鉱物充填剤であり得る。
【００５２】
鉱物充填剤には、特に、グラファイト、カーボンブラック、若しくは炭素繊維等の炭素ベース材料、ガラスビーズ、フレーク及び繊維等のガラス質材料、シリカ、二酸化チタン、酸化アルミニウム等の金属酸化物、又はタルク、炭酸カルシウム等の他の無機材料、並びにそれらの混合物が含まれる。好ましい鉱物充填剤は、炭素ベース充填剤、ガラスベース充填剤及び金属酸化物並びにそれらの混合物である。
【００５３】
ポリマー充填剤には、とりわけ、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、エチレンフルオロエチレン(ETFE)、ペルフルオロアルコキシアルカン(PFA)及びフッ化エチレンプロピレン(FEP)等のフッ化ポリマーが含まれ、更にアラミド及びシロキサン並びにそれらの混合物も含まれる。好ましいポリマー充填剤は、フッ化ポリマー及びシロキサン並びにそれらの混合物である。
【００５４】
適切な充填剤は、異なる形態学を更に有し得る。特に、それらは特に繊維状又は非繊維状であってもよい。
【００５５】
繊維状充填剤は、ガラス繊維、炭素繊維、カーボンナノチューブ、アラミド繊維及びそれらの混合物から選択されてもよい。ポリマー材料は、好ましくは1から30質量%、特に5から15質量%の繊維状充填剤を含む。
【００５６】
非繊維状充填剤は、グラファイト、PTFE、PFA又はFEP等のフッ化ポリマー、カーボンブラック、金属酸化物、ガラスビーズ又はフレーク、シロキサン及びそれらの混合物からなる群中で選択されてもよい。ポリマー材料は、好ましくは2から60質量%、特に5から30質量%の非繊維状充填剤を含む。
【００５７】
好ましい実施形態によれば、ポリマー材料は繊維状及び非繊維状充填剤の両方を含む。特に、ポリマー材料は、炭素繊維、グラファイト及びそれらの混合物等の炭素ベース充填剤、並びにPTFE等のフッ化ポリマーを含んでもよい。最も好ましいのは、5から15質量%の炭素繊維、5から15質量%のグラファイト及び5から15質量%のPTFE等のフッ化ポリマーを含むような材料である。
【００５８】
ポリマー材料の特性を本明細書に更に適合させるため、適切な添加剤を加えることができる。ポリマー材料は、耐衝撃性改良剤、可塑剤、顔料若しくは染料、熱安定剤、紫外線安定剤若しくは吸収剤、抗酸化剤、加工助剤又は潤滑油或いはそれらの混合物等の添加剤をこのように更に含んでもよい。好ましいのは、0.1から15質量%、特に0.1から10質量%、とりわけ0.1から7.5質量%、最も好ましくは0.1から6質量%の1つ又は複数の添加剤を含むポリマー材料である。
【００５９】
好ましい実施形態によれば、ポリマー材料は、40から80質量%、特に50から70質量%、より具体的には55から65質量%の少なくとも1つのポリエーテルケトンケトン(PEKK)、10から70質量%、好ましくは20から60質量%、特に30から50質量%、より具体的には35から45質量%の1つ又は複数の充填剤、並びに0.1から10質量%、特に0.1から7.5質量%、より具体的には0.1から6質量%の1つ又は複数の添加剤を含む。好ましくは、上記百分率の和は100%であり、ポリマー材料は任意の付加的な原料を含まない。
【００６０】
上記で論じたように、ポリマー材料は、他のポリマー、特にPTFE等のポリマー充填剤又は耐衝撃性改良剤等のポリマー添加剤を含んでもよい。
【００６１】
ポリマー材料は、特にコンパウンディングによる、既知の方法を使用してPEKKを任意の充填剤及び/又は添加剤と混合することにより生産できる。次いで、ポリマー材料を粒状化し、最終的に、要求のとおりに更に変形してもよい。
【００６２】
摩耗及び摩擦物品は、そのために当業者により知られている任意の技法、例として鋳造、射出、押出、コーティング、焼結、熱成形又は機械加工によりポリマー材料から生産してもよい。
【００６３】
本発明による好ましい摩耗及び摩擦物品は、動いている間に使用が他の表面と接触する製造部品である。特に好ましいこのような物品は、ベアリング、ブッシュ、バルブシート、ギヤ、ピストン、ピストンリング、バルブガイド、圧縮機翼、シール及びエンジンの構成部品からなる群中で選択され得る。
【００６４】
本発明の物品は、これらに限定されないが、エアスペース、航空機、自動車、石油及びガス、電子機器、建築物及び建造物、配管系並びに高温コンテナの分野を含む応用を見出してもよい。
【００６５】
適切であれば、本発明による物品は、PEKKを含むポリマー材料で被覆されるのみか、又は部分的若しくは全体を作られ得る。
【００６６】
PEKKの特定の特性のため、本発明による物品は、低く、ガラス転移温度付近を含む高温でさえ制御されたままの摩耗挙動から利益を得る。したがって、このような物品は、長い耐用年数を示し、PEEK等の他の高パフォーマンスポリマーと比較して広範囲の温度で使用され得る。
【００６７】
第二の態様によれば、本発明は、高温、特に130℃から融点の間、より具体的には130から180℃の間で摩耗を低減させるための、上記のポリマー材料の使用に関する。特に、記載のポリマー材料は、上記の摩耗及び摩擦物品、より具体的には高温で使用される上記等の摩耗及び摩擦物品の製造に使用され得る。
【００６８】
本発明の好ましい実施形態によると、記載されたポリマー材料の使用は、高温で摩擦を低減することを更に可能にする。
【実施例】
【００６９】
別段の言及がない限り、ポリマーの溶融粘度は、窒素下で、1Hzの周波数で、380℃の温度で、プレート-プレートレオメーター(Anton PAAR社によるMTR302型)を使用して測定した。
【００７０】
別段の言及がない限り、百分率は、配合物の全質量に関する質量百分率を指す。更に、異性体比は、別段の言及がない限り、モル比である。
【００７１】
別段の言及がない限り、ポリマーのガラス転移温度及び融点は、あらかじめ20℃/分の速度で第一の昇温及び降温サイクルにかけた試料を、20℃/分の昇温速度で、ISO11357にしたがって示差走査熱量測定(DSC)を使用して測定した。
【００７２】
(実施例1)
ニート樹脂の摩耗
以下のPEKK及びPEEKポリマーの摩耗挙動を下記のように研究した。
【００７３】
PEKKポリマー(Arkema France社によりKEPSTAN PEKK 8003という名で販売されている)は、80:20のT:I異性体比、165℃のガラス転移温度及び340Pa・sの溶融粘度を有する。
【００７４】
PEEKポリマー(Victrex社によりPEEK 450 Gという名で販売されている)は、150℃のガラス転移温度及び2700Pa・sの溶融粘度を有する。
【００７５】
適切な標本を、各ポリマーに対し、以下の条件:塊温度(mass temperature):390℃、金型温度:220℃、射出速度:50cm3/s、及び続く焼き戻し:180℃で2時間、で、ダンベルの射出により生産した。次いで、標本を得られたダンベルの中心部分で打ち抜いた。
【００７６】
ポリマー標本の比摩耗量を、ブロック-オン-リング構成(荷重:5MPa、すべり速度(一定方向、乾燥):1m/s、相手材:100Cr6)を使用してASTMG137にしたがって85℃から175℃の間で決定した。すべての実験的操作を、データ繰り返し性をチェックするため少なくとも5回行った。
【００７７】
得られた結果を下の表1に要約する。
【００７８】
PEEKポリマーに対し、ガラス転移温度(Tg=150℃)に近づくとき、比摩耗量は際立って増加することに注目できる。より具体的には、PEEKに対する摩耗量が、130℃、言い換えれば、ガラス転移温度(Tg)より20℃下で、30・10-6mm3/Nmを超える。更に、Tgに近づくとき、PEEKの摩耗量はますます不均一になる。特に、Tg-20℃からTg+10℃の範囲である、130℃から160℃の間で、計算された標準偏差は、摩耗量値と比較できる。
【００７９】
対照的に、PEKKポリマーは、ガラス転移温度の少なくとも10℃上まで、ガラス転移(Tg=165℃)周辺域を含む温度と共に、滑らかで、連続した比摩耗量の発生を示す。より具体的には、PEKKの摩耗量は、175℃、言い換えれば、Tgの10℃上まで20・10-6mm3/Nmを超えない。更に、PEKKの摩耗量はTg及びTg+10℃までを超えても安定で、均一なままである。ガラス転移温度のオフセットを考慮すると、PEKKをベースとしたポリマー材料の安定な摩耗の領域は、このように少なくともPEEKと比較すると40℃の差で広がる。加えて、比摩耗量の絶対値は、実質的にすべての温度範囲にわたってPEKKに対しより低い。
【００８０】
【表１】
2020502345.tif 000002
【００８１】
(実施例2)
ニート樹脂の摩擦
実施例1において詳述されたPEKK及びPEEKポリマーの摩擦係数を、85から175℃の間で、ブロック-オン-リング構成(荷重:5MPa、すべり速度(一定方向、乾燥):1m/s、相手材:100Cr6)を使用してASTMG137にしたがって測定した。
【００８２】
データを表2に示す。結果は、PEEK及びPEKKポリマーの摩擦係数に著しい違いがないことを示す。したがって、摩耗挙動の差異は摩擦係数とは無関係であることが明らかである。
【００８３】
【表２】
2020502345.tif 000003
【００８４】
(実施例3)
強化PAEK配合物の摩耗
強化PEEK及びPEKK配合物の比摩耗量を、上の実施例1で述べた手順にしたがって測定した。
【００８５】
試験したPEKK配合物(PEKK F)及びPEEK配合物(PEEK F)の組成を、下の表3に要約する。表4は、配合物に使用したPAEKマトリックスのガラス転移温度及び溶融粘度を示す。
【００８６】
試験した配合物に対し測定した比摩耗量を、下の表5に要約する。
【００８７】
強化PEEK配合物の比摩耗量がPEEK単体と比較してより安定であるという結果から注目できる。しかしながら、強化PEEKの摩耗量は、比較できる強化PEKKと比較して、とりわけ温度範囲をより超えて変わる。更に、PEKK配合物の比摩耗量も、比較できるPEEK配合物と比較して低い。
【００８８】
【表３】
2020502345.tif 000004
【００８９】
【表４】
2020502345.tif 000005
【００９０】
【表５】
2020502345.tif 000006
【００９１】
(実施例4)
強化PAEK配合物の摩擦
実施例3において詳述された強化PEKK及びPEEK配合物の摩擦係数を、85から175℃の間で、ブロック-オン-リング構成(荷重:5MPa、すべり速度(一定方向、乾燥):1m/s、相手材:100Cr6)を使用してASTMG137にしたがって測定した。
【００９２】
得られたデータを下の表6に示す。数値を求めたPEEK及びPEKK配合物の摩擦係数は、摩耗挙動において観測された傾向にしたがわない。
【００９３】
【表６】
2020502345.tif 000007
【００９４】
(実施例5)
室温での強化PAEK配合物の摩耗
繊維状及び非繊維状充填剤を含むPEKK及びPEEKポリマー配合物の摩耗を、室温で、ボール-オン-プリズム摩擦計(ISO7148-2にしたがって、回転式運動、圧力FN=21.2N及び速度v=28.2mm/s)上で、完全摩耗体積mm3としてステンレス鋼に対するすべり距離の関数として研究した。
【００９５】
研究した、充填剤を含むPEKK及びPEEK配合物の組成を、上の表3に要約する。表4は、配合物に使用したPAEKマトリックスのガラス転移温度及び溶融粘度を示す。
【００９６】
試験標本を、個々のPAEK配合物の射出により作製したダンベルの中心部分を打ち抜くことにより、上記で説明したように得た。
【００９７】
標本の摩耗体積を、ステンレス鋼ボール(100Cr6)のすべり距離の関数として決定した。すべての実験的作業を、データ繰り返し性をチェックするために少なくとも5回行った。
【００９８】
すべり距離の関数として測定された摩耗体積を、上の表4において詳述された、配合物AからFの組成物に対して、図1に示す。グラフから明らかである大きな特徴は、PEEK及びPEKK配合物の間の相違である。実のところ、研究したPEEK配合物の摩耗体積は、比較できるPEKK配合物より際立って高い。第二の特徴として、PTFE充填配合物が、PTFEを詰め込んでいない類似の配合物と比較してとりわけ低い摩耗体積を示すことに注目できる。PEKK配合物に関して、摩耗挙動上、T:I比の小さな影響があることが更に注目される。
【００９９】
上記実施例により証明されるように、PEKKポリマーは、PEEK等の他のポリアリールエーテルケトンと比較して、高温での摩耗挙動に関して、予期しない利点を有する。特に、摩耗は、温度に関してより安定であり、全体的にPEEKと比較してPEKKポリマーでより低い。このような相違は、充填剤及び任意選択の添加剤を更に含むポリマー材料において室温でも観測された。特に、PEKKの炭素繊維及びグラファイトとの配合物は、PEEKを有する比較できる配合物より、ステンレス鋼ボールによる著しく少ない摩耗を受ける。
【０１００】
それゆえに、PEKKは、とりわけそれらが大きな荷重、大きな速度、及び/又は高温にかけられる見込みならば、摩耗及び摩擦物品等の構造物を生産するために選択される材料である。このような物品は、より長い耐用年数を有し、及び/又はより高い使用温度に耐えることを期待される。
【図１】
2020502345.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】令和1年8月7日(2019.8.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
20から100質量%の少なくとも1つのポリエーテルケトンケトン(PEKK)、0から80質量%の1つ又は複数の充填剤、及び0から20質量%の1つ又は複数の添加剤を含む、130℃から180℃の間の温度で摩耗を低減するための、ポリマー材料の使用。
【請求項２】
前記ポリエーテルケトンケトンが、以下の式I及びIIにより表される繰り返し単位を含むか、又は本質的にそれらからなる、請求項1に記載の使用:
-A-C(=O)-B-C(=O)- I
-A-C(=O)-D-C(=O)- II
式中、Aはp,p'-Ph-O-Ph基であり、Phはフェニレン基であり、Bはp-フェニレンであり、Dはフェニレンであり、T:I異性体比と呼ばれる式I:式II異性体比は、55:45から100:0である。
【請求項３】
前記ポリマー材料が10から70質量%の1つ又は複数の充填剤を含む、請求項1又は2に記載の使用。
【請求項４】
前記ポリマー材料が20から60質量%の1つ又は複数の充填剤を含む、請求項3に記載の使用。
【請求項５】
前記充填剤が繊維状充填剤を含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の使用。
【請求項６】
前記繊維状充填剤が、ガラス繊維、炭素繊維、カーボンナノチューブ、アラミド繊維及びそれらの混合物から選択される、請求項5に記載の使用。
【請求項７】
前記充填剤が非繊維状充填剤を含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の使用。
【請求項８】
前記非繊維状充填剤が、グラファイト、PTFE、PFA又はFEP等のフッ化ポリマー、カーボンブラック、ガラスビーズ又はフレーク、シロキサン及びそれらの混合物からなる群中で選択される、請求項7に記載の使用。
【国際調査報告】
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