滑动部件用树脂组合物和滑动部件的制作方法

滑动部件用树脂组合物和滑动部件
[技术领域]
[0001]
本发明涉及一种滑动部件用树脂组合物和滑动部件。
[

背景技术：
]
[0002]
聚苯硫醚树脂具有优异的耐热性、耐化学性和成型性等，因此被用作oa设备、家用电器等的滑动部件。此外，期待作为面向进行加热杀菌处理、次氯酸杀菌处理的食品机械的滑动部件使用。一般而言，聚苯硫醚树脂本身伸长率小且韧性差，此外，自润滑性也不充分，因此在用作滑动部件的情况下，通常除了利用玻璃纤维等无机纤维进行的增强以外，还添加固体润滑剂来使用。例如，在专利文献1中提出了一种由在聚苯硫醚树脂中含有玻璃纤维或碳纤维、以及四氟乙烯树脂的组合物形成的轴承体。然而，在将不锈钢、铝合金等软金属作为配合件的情况下，添加玻璃纤维、碳纤维等增强填充材料而成的滑动部件存在如下问题：在与配合件的滑动中会损伤配合件，且会发展为磨料磨损。
[0003]
为了弥补损伤该滑动配合件的缺点，在专利文献2中提出了一种由在聚苯硫醚树脂中除了玻璃纤维、碳纤维等增强填充材料和四氟乙烯树脂以外还配合有磷酸盐而成的树脂组合物组成的滑动部件。该滑动部件利用磷酸盐对配合件的润滑膜的成膜性来防止增强填充材料对配合件的损伤，并且实现了润滑性的提高，但在高负荷等苛刻的使用条件下，存在耐磨损性、润滑性均不充分的问题。
[0004]
此外，在专利文献3中提出了如下滑动部件：不使用上述那样的玻璃纤维、碳纤维等增强填充材料而是配合未烧结的高分子量四氟乙烯树脂，对该高分子量四氟乙烯树脂进行混炼和纤维状化而取向，由此，实现成型物的机械强度的提高，并赋予耐磨损性、润滑性。然而，为了赋予充分的韧性、耐磨损性、润滑性，需要大量地配合高分子量四氟乙烯树脂，在这种情况下存在如下问题：纤维状化的高分子量四氟乙烯树脂容易凝聚，该凝聚体成为成型物的外观不良、机械加工时的表面粗糙的原因。进一步地，聚苯硫醚树脂如上述那样韧性差而较脆，在滑动配合件的表面粗糙度较大的情况下，存在发生异常磨损的问题。
[0005]
[现有技术文献]
[0006]
专利文献
[0007]
专利文献1：日本特开昭55-227号公报
[0008]
专利文献2：日本专利第2954638号公报
[0009]
专利文献3：日本专利第2790692号公报
[

技术实现要素：
]
[0010]
发明要解决的课题
[0011]
本发明是鉴于上述各点而完成的，其目的在于提供一种成型加工性和机械加工性优异、并且能够提高包括润滑性和耐磨损性在内的滑动特性和机械性质的滑动部件用树脂组合物和滑动部件。
[0012]
用于解决课题的手段
[0013]
本发明的滑动部件用树脂组合物，相对于40～80质量％的聚苯硫醚树脂，配合有15～40质量％的四氟乙烯树脂、2～20质量％的超高分子量聚乙烯树脂、0.1～5质量％的改性聚烯烃树脂和0.5～5质量％的非晶质聚合物作为添加剂。
[0014]
也可以是，本发明的滑动部件用树脂组合物，以0.1～10质量％配合有选自磷酸盐、碳酸盐和硫酸盐中的至少一种作为追加成分。
[0015]
发明效果
[0016]
根据本发明，能够提供一种能够提高包括润滑性和耐磨损性在内的滑动特性的滑动部件用树脂组合物和滑动部件。
[具体实施方式]
[0017]
以下，对本发明的详细内容进行说明。
[0018]
本发明的滑动部件用树脂组合物，相对于40～80质量％的聚苯硫醚树脂，配合有15～40质量％的四氟乙烯树脂、2～20质量％的超高分子量聚乙烯树脂、0.1～5质量％的改性聚烯烃树脂和0.5～5质量％的非晶质聚合物作为添加剂。
[0019]
聚苯硫醚树脂构成本发明的滑动部件用树脂组合物的母材，有分子结构不同的交联型、线型、半线型。在本发明中，没有特别限定，但从抑制由放气引起的模具内部的填充不足、碳化、变色这样的成型不良的方面考虑，优选半线型。例如，交联型可以列举dic公司制造的“t4(商品名)”，线型可以列举宝理塑料公司制造的“w-214(商品名)”，半线型可以列举帝人公司制造的“ecotran n-200(商品名)”。
[0020]
另外，聚苯硫醚树脂的含量需要为40～80质量％，优选为49～69质量％。由此，能够保持聚苯硫醚树脂本来的优异的耐热性、耐化学性和成型性等。
[0021]
在本发明的滑动部件用树脂组合物中配合的四氟乙烯树脂对成型滑动部件用树脂组合物而得到的滑动部件赋予润滑性，有助于低摩擦，其配合量为15～40质量％，优选为20～35质量％。当配合量不足15质量％时，不能得到充分的低摩擦，当配合量超过40质量％进行配合时，成为由四氟乙烯树脂的凝聚引起的外观不良的原因。
[0022]
在四氟乙烯树脂中，有主要用于成型的高分子量四氟乙烯树脂和主要用于赋予润滑性的低分子量四氟乙烯树脂。在本发明中，也可以使用高分子量四氟乙烯树脂、低分子量四氟乙烯树脂中的任一单独的四氟乙烯树脂，但优选以适当的比例配合高分子量四氟乙烯树脂和低分子量四氟乙烯树脂。
[0023]
高分子量四氟乙烯树脂通常具有数百万至千万的分子量，作为模塑粉或细粉主要用于成型，例如可以列举大金工业公司制造的“polyflon m-12(商品名)”、“polyflon m-112(商品名)”等。也可以使用虽然不是模塑粉、细粉但是将高分子量四氟乙烯树脂成型烧结后粉碎而得到的物质。例如，可列举喜多村公司制造的“kt300m(商品名)”。
[0024]
高分子量四氟乙烯树脂也有助于赋予润滑性，但主要在熔融混炼中纤维状化，有助于滑动部件用树脂组合物成型而得到的滑动部件的韧性，并提高机械强度。高分子量四氟乙烯树脂的配合量为1～10质量％，优选为1～5质量％。当配合量不足1质量％时，缺乏提高机械强度的效果，当配合量超过10质量％时，有可能因凝聚、过度增粘而损害滑动部件用树脂组合物的成型性、成型物(滑动部件)的外观。
[0025]
低分子量四氟乙烯树脂主要起到赋予润滑性的作用，例如可以列举3m公司制造的
己烯共聚物等)等。
[0032]
不饱和羧酸、其酸酐或它们的衍生物是在一个分子内具有烯属不饱和键和羧基团、酸酐或衍生物基团的化合物。作为不饱和羧酸的具体例子，可以列举：丙烯酸、甲基丙烯酸、α-乙基丙烯酸、马来酸、富马酸、四氢邻苯二甲酸、甲基四氢邻苯二甲酸、衣康酸、柠康酸、巴豆酸、异巴豆酸、端顺-双环[2.2.1]庚-2，3-二羧酸[纳迪克酸]、甲基-端顺-双环[2.2.1]庚-5-烯-2，3-二羧酸[甲基纳迪克酸]等不饱和羧酸；这些不饱和羧酸的酸酐；不饱和羧酸卤化物、不饱和羧酸酰胺和不饱和羧酸酰亚胺等衍生物。更具体而言，可以列举：马来酰氯、马来酰亚胺、n-苯基马来酰亚胺、马来酸酐、衣康酸酐、柠康酸酐、马来酸单甲酯、马来酸二甲酯、马来酸缩水甘油酯等。其中，优选丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、马来酸酐、衣康酸酐，特别优选马来酸酐。
[0033]
作为马来酸酐改性聚烯烃树脂，可以列举马来酸酐改性聚乙烯树脂、马来酸酐改性聚丙烯树脂、马来酸酐改性α-烯烃共聚物、马来酸酐改性苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯共聚物(sebs)等。若例示具体例子，例如，作为马来酸酐改性聚乙烯树脂、马来酸酐改性聚丙烯树脂，可以列举三井化学公司制造的“admer(商品名)”、三菱化学公司制造的“modic(商品名)”等，作为马来酸酐改性α-烯烃共聚物，可以列举三井化学公司制造的“tafmer(商品名)”等，作为马来酸酐改性苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯共聚物，可以列举旭化成公司制造的“tuftec(商品名)”等。
[0034]
改性聚烯烃树脂通过配合在滑动部件用树脂组合物中，得到的成型物(滑动部件)发挥改善耐冲击性、伸长率等机械特性的作用。改性聚烯烃树脂的配合量为0.1～5质量％，优选为0.5～3质量％。当改性聚烯烃树脂的配合量不足0.1质量％时，无法充分地发挥上述改善机械特性的作用，当配合量超过5质量％，有可能损害聚苯硫醚树脂特有的耐热性、耐化学性。
[0035]
在本发明中，作为非晶质聚合物，使用聚砜类树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚苯醚树脂。聚砜类树脂是在构成分子中包含磺酰基(-so
2-)的聚合物，可以列举下述式(1)所示的聚醚砜树脂、下述式(2)所示的聚砜树脂、下述式(3)所示的聚苯基砜树脂等。具体而言，作为聚醚砜树脂，可举出住友化学公司制造的“sumikaexcel(商品名)”、三井化学公司制造的“三井pes(商品名)”、苏威公司制造的“veradel(商品名)”、basf公司制造的“ultrazone e系列(商品名)”等；作为聚砜树脂，可以列举苏威公司制造的“udel(商品名)”、basf公司制造的“ultrazone s系列(商品名)”等；作为聚苯基砜树脂，可以列举苏威公司制造的“redel(商品名)”、basf公司制造的“ultrazone p系列(商品名)”、ceramer公司制的“ceramer 60(商品名)”等。
[0036]
[化1]
[0037][0038]
[化2]
[0039][0040]
[化3]
[0041][0042]
作为聚醚酰亚胺树脂，例如，可以列举sabic公司制造的“ultem(商品名)”；作为聚苯醚树脂，例如，可以列举旭化成公司制造的“zylon(商品名)”、三菱工程塑料公司制造的“iupiace(商品名)”、sabic公司制造的“noryl(商品名)”等。
[0043]
非晶质聚合物通过配合在滑动部件用树脂组合物中，发挥提高滑动部件用树脂组合物的成型性、并且还提高所得到的成型物(滑动部件)的韧性、耐磨损性的作用。非晶质聚合物的配合量为0.5～5质量％、优选为1～3质量％。当配合量不足0.5质量％时，不能充分发挥上述效果，当配合量超过5质量％时，有可能使成型性恶化。
[0044]
也可以是，在本发明中配合选自磷酸盐、碳酸盐和硫酸盐中的至少一种作为追加成分。
[0045]
磷酸盐、碳酸盐、硫酸盐本身并不是示出石墨、二硫化钼等固体润滑剂那样的润滑性的物质，但通过配合在滑动部件用树脂组合物中，在与配合件的滑动中，发挥提高四氟乙烯树脂等润滑覆膜向配合件表面(滑动面)的成膜性，提高滑动部件的滑动特性的效果。
[0046]
作为磷酸盐、碳酸盐、硫酸盐，优选碱金属、碱土金属的盐；例如，作为磷酸盐，可以列举磷酸三锂、磷酸三钙、磷酸二钙、磷酸二镁、焦磷酸锂、焦磷酸钙、焦磷酸镁、偏磷酸锂、偏磷酸钙、偏磷酸镁等；作为碳酸盐，可以列举碳酸钙、碳酸镁、碳酸钡、碳酸锶等；作为硫酸盐，可以列举硫酸钙、硫酸钡等。
[0047]
磷酸盐、碳酸盐、硫酸盐的配合量为0.1～10质量％、优选为1～5质量％。当磷酸盐的配合量不足0.1质量％时，无法充分地发挥提高上述润滑覆膜的成膜性的效果，当磷酸盐的配合量超过10质量％时，润滑覆膜向配合件表面的成膜量变得过多，反而使耐磨损性降低。
[0048]
本发明的滑动部件用树脂组合物基本上由上述组合物构成，但在本发明中，在不明显损害发明效果的范围内，除了这些成分以外，还可以配合附加成分。例如，也可以配合非纤维状无机填料、矿物油、酯油、硅油等润滑油、蜡、炭黑等颜料。作为非纤维状无机填料，可以列举：滑石、粘土、云母、高岭土、绢云母、膨润土、硅酸铝等硅酸盐；氧化硅(二氧化硅)、氧化镁、氧化钛、氧化铁等金属氧化物。这些非纤维状无机填料可以用硅烷类、钛酸酯类的偶联剂进行预处理，提高与母材树脂的密合性。
[0049]
此外，本发明的滑动部件用树脂组合物可以通过如下方式制造：以该组合物中的配合量为上述范围的方式称量各成分，投入单轴挤出机、双轴挤出机、班伯里混合机、辊、布拉本德、捏合机等通常的混炼机中，进行熔融混炼。
[0050]
通常，用挤出机等中对上述必需成分和根据需要的追加成分、交联催化剂等进行混炼而制成颗粒状后，以供加工，但也可以将各成分直接供给至成型机，用成型机在组合物中混炼的同时进行成型。此外，可以预先对b成分或c成分进行混炼以形成高浓度的母料，对其一边用a成分等其他成分进行稀释一边进行掺混混合或直接成型。
[0051]
实施例
[0052]
在以下的各例中，作为聚苯硫醚树脂、高分子量四氟乙烯树脂、低分子量四氟乙烯树脂、超高分子量聚乙烯树脂、改性聚烯烃树脂、非晶质聚合物、磷酸盐、硫酸盐、润滑剂和
颜料，使用以下所示的材料。另外，以下的材料全部示出商品名。
[0053]
〔a〕聚苯硫醚树脂
[0054]
(a-1)帝人公司制造的“ecotran n-200”[0055]
〔b〕高分子量四氟乙烯树脂
[0056]
(b-1)大金工业公司制造的“polyflon m-12”[0057]
(b-2)喜多村公司制造的“kt300m”[0058]
〔c〕低分子量四氟乙烯树脂
[0059]
(c-1)3m公司制造的“dyneon tf9207z”[0060]
(c-2)agc公司制造的“fluon l169j”[0061]
〔d〕超高分子量聚乙烯树脂
[0062]
(d-1)三井化学公司制造的“改性lubmer ly1040”[0063]
(d-1)三井化学公司制造的“mipelon xm-220”[0064]
〔e〕改性聚烯烃树脂
[0065]
(e-1)乙烯类离聚物三井
·
陶氏聚化学公司制造的“himilan 1855”[0066]
(e-2)含环氧基聚烯烃树脂住友化学公司制造的“bondfast e”[0067]
〔f〕非晶性聚合物
[0068]
(f-1)聚醚砜树脂住友化学公司制造的“sumikaexcel 4800g”[0069]
(f-2)聚苯基砜树脂ceramer公司制造的“ceramer 60”[0070]
〔g〕磷酸盐
[0071]
(g-1)焦磷酸钙(米山化学公司制造)
[0072]
(g-2)磷酸三锂(太平化学产业公司制造)
[0073]
〔h〕硫酸盐
[0074]
(h-1)硫酸钡堺化学工业公司制造的“bmh-60”[0075]
〔i〕润滑剂
[0076]
(i-1)蜡科莱恩化工公司制造的“licowaxped191”[0077]
〔j〕颜料
[0078]
(j-1)炭黑卡博特公司制造的“bp4350”[0079]
(实施例1～15和比较例1～12)
[0080]
使用上述材料作为各成分，分别以表1和表2所示的成分组成进行配合，使用双轴挤出机在290℃下熔融混炼，得到颗粒状的组合物。接着，使用注射成型机将该颗粒在成型温度300℃、模具温度140℃下制成试验片(长30mm、宽30mm、厚度3mm的方形的板)。
[0081]
对如上述那样得到的试验片实施以下所示的滑动试验，测量摩擦系数和磨损量，并且评价弯曲强度和成型性而得的结果示于表1和表2。
[0082]
(评价)
[0083]
《滑动试验1》
[0084]
运动方式：推力单向旋转
[0085]
面压：100kgf/cm2[0086]
速度：1m/min
[0087]
时间：20小时
[0088]
配合件：sus304(ra0.15(μm))
[0089]
润滑条件：无润滑
[0090]
《滑动试验2》
[0091]
运动方式：推力单向旋转
[0092]
面压：10kgf/cm2[0093]
速度：30m/min
[0094]
时间：20小时
[0095]
配合件：sus304(ra0.15(μm))
[0096]
润滑条件：无润滑
[0097]
《滑动试验3》
[0098]
运动方式：推力单向旋转
[0099]
面压：100kgf/cm2[0100]
速度：1m/min
[0101]
时间：20小时
[0102]
配合件：sus304(ra0.32(μm))
[0103]
润滑条件：无润滑
[0104]
《弯曲强度》
[0105]
使用住户重机械工业制造的注射成型机se-50duz，在树脂温度300℃、模具温度140℃下，成型长度80mm、宽度10mm、厚度4mm的弯曲试验片。使用该试验片，在支点间距离100mm、十字头速度5mm/min、温度23℃、相对湿度50％的条件下，依据jis-k7171测定弯曲强度。
[0106]
《成型性1》
[0107]
使用注射成型机从颗粒成型出成型物(滑动部件)，目视观察该成型物有无毛刺，进行评价。
[0108]
评价基准：
○
：良，
×
：不可
[0109]
《成型性2》
[0110]
使用注射成型机从颗粒成型出成型物(滑动部件)，目视观察该成型物外观状态(基于气体的灼烧、发泡、添加剂的凝聚)，进行评价。
[0111]
评价基准：
○
：良，
×
：不可
[0112]
[表1]
[0113][0114]
[表2]
[0115][0116]
[表3]
[0117][0118]
由上述试验结果可知，在任一成分均在本发明的配合量范围内的实施例1至实施例15中，发挥较高的滑动性能，弯曲强度也高，成型品中没有毛刺产生、外观不良的问题。
[0119]
在四氟乙烯树脂的配合量比本发明的范围少、且高分子量四氟乙烯树脂的配合量比本发明的优选范围少的比较例1中，由于高分子量四氟乙烯树脂的纤维化引起的增强和增粘不充分，因此，产生弯曲强度低、成型品上产生毛刺这样的成型不良。当增加高分子量四氟乙烯树脂的配合量时，通过高分子量四氟乙烯的纤维化，弯曲强度虽有所提高，但在比较例2中，四氟乙烯树脂整体的配合量比本发明的范围多，因此，产生挤出成型性恶化而无
法制造的问题。
[0120]
在四氟乙烯树脂的配合量比本发明的范围少、且低分子量四氟乙烯树脂的配合量比本发明的优选范围少的比较例3中，没有充分得到润滑性，与实施例相比，摩擦系数高，磨损量变多。在四氟乙烯树脂的配合量比本发明的范围多、且低分子量四氟乙烯树脂的配合量比本发明的优选范围多的比较例2、4中，产生成为基体的聚苯硫醚树脂的量不足，不能挤出成型的问题。
[0121]
超高分子量聚乙烯树脂的配合量比本发明的范围少的比较例5与实施例相比，摩擦系数高，磨损量增多，特别是在与表面粗糙的配合件滑动的试验条件3下，耐磨损性显著降低。这是因为，超高分子量聚乙烯树脂在滑动的初期磨合时，能够在配合件上迅速地形成软质的树脂转移膜，使配合件表面变平滑。当观察实施例1的试验条件3的试验后的配合件表面时，确认超高分子量聚乙烯树脂的软质的树脂转移膜填充在配合件表面的凹凸的凹部中，配合轴表面平滑化。在超高分子量聚乙烯树脂的配合量比本发明的范围多的比较例6中，超高分子量聚乙烯热劣化，由于该劣化气体，在成型品中发生灼烧，导致成型不良。此外，产生模具被气体成分污染的问题。
[0122]
在没有配合改性聚烯烃树脂的比较例7中，滑动性能、弯曲强度降低，在成型品中产生了产生毛刺的成型不良。改性聚烯烃树脂在聚苯硫醚树脂的成型温度下产生热劣化，因此若过剩地配合，成型品会产生灼烧而使外观恶化。因此，在改性聚烯烃树脂的配合量比本发明的范围多的比较例8中，滑动性能降低，并且引起了外观不良。
[0123]
在没有配合非晶质聚合物的比较例9中，耐磨损性降低，在成型品中产生毛刺。当添加非晶质聚合物时，耐磨损性虽然得到了改善，但在非晶质聚合物的配合量比本发明的范围多的比较例10中，成型品的表面粗糙度变大，产生了外观不良。
[0124]
可知在没有配合改性聚烯烃树脂的比较例7和没有配合非晶质聚合物的比较例9中，成型品上产生了毛刺，通过分别单独添加改性聚烯烃树脂和非晶质聚合物，并不会抑制毛刺的产生。因此，为了得到抑制毛刺的效果，组合使用改性聚烯烃树脂和非晶质聚合物是有效的。
[0125]
以上，对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子示出的，并不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围或主旨内，并且包含在权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。