固體潤滑劑和滑動部件的製作方法
2023-07-16 11:59:51 1
專利名稱：固體潤滑劑和滑動部件的製作方法
技術領域：
本發明涉及固體潤滑劑和滑動部件，更詳細地涉及埋入在滑動部件基體的滑動面上形成的孔或溝中的固體潤滑劑和滑動部件。
背景技術：
在軸承等的滑動面上埋入而使用的固體潤滑劑，在滑動面上形成為薄膜，發揮滑動作用。因此，該覆蓋膜形成的好壞對摩擦係數和覆蓋膜壽命有較大的影響。作為該種固體潤滑劑，可以列舉具有層狀結構的、特別是以石墨為主要成分的潤滑劑。石墨由於其層狀結構，對負載方向顯示大的阻力，但對滑動方向的阻力小。而且，是軟質，在從常溫至高溫的範圍內具有可以保持潤滑性能的特性。
但是，以石墨為主要成分的固體潤滑劑，覆蓋膜形成性能稍有不足，並對反覆摩擦的其覆蓋膜壽命方面也不充分。因此，不適合低速度·高負載的用途。
另一方面，作為在高負載用途中被使用的固體潤滑劑，可以列舉在四氟乙烯樹脂中配合銦、鉛、錫等的軟金屬、蠟的固體潤滑劑。特別是在四氟乙烯樹脂中配合鉛和蠟的固體潤滑劑被廣泛使用著。該固體潤滑劑，高負載條件下的摩擦係數極低，另外，覆蓋膜形成性能優異，該覆蓋膜的壽命也長，更有覆蓋膜的自我修復性也優異。
近年來，材料開發的動向，從對環境問題的考慮出發，向無鉛方向發展。該開發動向在上述固體潤滑劑上也不例外。但是，在固體潤滑劑中，在滿足滑動特性上，鉛是重要的結構成分。特別是埋入在軸承等的滑動面上形成的孔或溝中，在高負載條件下使用時，從覆蓋膜形成性能的觀點出發，鉛也是重要的。
作為無鉛的滑動部件，使含有三聚氰胺和三聚異氰酸的附加物的樹脂成形，而製成的滑動部件被揭示(參照專利文獻1)。但是，以由含有三聚氰胺和三聚異氰酸的附加物的樹脂製成的滑動部件組合物作為固體潤滑劑使用時，在高負載條件下的摩擦係數不能說充分。因此，希望提供不含鉛，在高負載條件下發揮充分的滑動特性的固體潤滑劑。
專利文獻1特開昭55-108427號公報發明內容本發明鑑於上述情況，其目的在於提供高負載條件下，能夠發揮與含鉛的固體潤滑劑同等或同等以上的滑動特性的、無鉛的固體潤滑劑。
本發明的第一方面認為是埋入在滑動部件基體的滑動面上形成的孔或溝中的固體潤滑劑，其含有20～40重量％的選自烴類蠟、高級脂肪酸、高級脂肪酸酯和高級脂肪酸醯胺的1種或2種以上的蠟類、和20～40重量％的三聚氰胺氰尿酸酯、以及20～50重量％的四氟乙烯樹脂。
本發明的第二方面認為在滑動部件基體的滑動面上形成的孔或溝中，埋入上述固體潤滑劑製成滑動部件。
根據發明提供，埋入在滑動部件基體的滑動面上形成的孔或溝中而使用的適合的固體潤滑劑，在高負載條件下，能夠發揮與含鉛的固體潤滑劑同等或同等以上的滑動特性的、無鉛的固體潤滑劑。
具體實施例方式
說明本發明的實施方式。首先敘述固體潤滑劑。蠟類主要具有降低摩擦係數的作用。作為被使用的蠟類選自烴類蠟、高級脂肪酸、高級脂肪酸酯和高級脂肪酸醯胺的1種或2種以上。
作為烴類蠟，可以列舉碳原子數24以上的鏈烷烴類蠟、碳原子數26以上的鏈烯烴類蠟、碳原子數28以上的烷基苯、結晶質的微晶蠟。這些烴類蠟可以單獨或作為2種以上的混合物使用。
作為高級脂肪酸，可以列舉碳原子數12以上的飽和或不飽和脂肪酸。具體的可以列舉十二烷酸、十四烷酸、十六烷酸、硬脂酸、二十烷酸、二十二烷酸、二十六烷酸、二十八烷酸、三十烷酸、十二烯酸、十四烯酸、油酸、反油酸、亞油酸、亞麻酸、花生油烯酸、二十碳-9-烯酸、芥酸等。
高級脂肪酸酯是上述高級脂肪酸與一元醇或多元醇的酯。作為一元醇，可以列舉辛醇、月桂醇、肉豆蔻醇、棕櫚醇、硬脂醇、山萮醇等，作為多元醇，可以列舉乙二醇、丙二醇、丁二醇、丙三醇、季戊四醇、山梨糖醇酐等。作為高級脂肪酸酯的具體例子，可以列舉硬脂酸硬脂酯、季戊四醇四硬脂酸酯、硬脂酸單甘油酯、二十二烷酸單甘油酯等。
高級脂肪酸醯胺是上述高級脂肪酸與一元或多元胺的醯胺。作為一元或多元胺，可以列舉辛胺、月桂基胺、肉豆蔻胺、棕櫚胺、硬脂胺、亞甲基二胺、亞乙基二胺、六甲基二胺等。作為高級脂肪酸醯胺的具體例子，可以列舉棕櫚酸醯胺、硬脂酸醯胺、油酸醯胺、芥酸醯胺等。
蠟類的配合比例，通常是20～40重量％，優選是20～30重量％。配合比例小於20重量％時，得不到所希望的低摩擦特性，另外，大於40重量％時，成形性變差，並成形體的強度下降。
三聚氰胺氰尿酸酯是三聚氰胺和三聚氰酸或三聚異氰酸的附加化合物，六元環結構的三聚氰胺分子與三聚氰酸(三聚異氰酸)分子，由氫鍵配列為平面狀，該平面以弱的粘合力重疊為層狀，可以認為具有二硫化鉬和石墨那樣的解理性。該三聚氰胺氰尿酸酯，具有使耐磨損性、耐負載性提高的作用，其配合比例通常是20～40重量％，優選是30～40重量％。配合比例小於20重量％時，得不到所希望的耐磨損性、耐負載性提高的效果，大於40重量％時，使耐磨損性下降。
四氟乙烯樹脂(PTFE)主要具有賦予低摩擦性的作用。本發明中使用的四氟乙烯樹脂，大致區別為在以制模粉末或細粉末為主成形用中被使用的四氟乙烯樹脂(以下簡稱為「高分子量PTFE」)；和由放射線照射等分解高分子量PTFE或四氟乙烯樹脂聚合時調節分子量，比高分子量PTFE分子量小的容易粉碎或分散性好的、主要作為添加材料使用的四氟乙烯樹脂(以下簡稱為「低分子量PTFE」)。四氟乙烯樹脂可以單獨使用高分子量PTFE或作為高分子量PTFE與低分子量PTFE的混合物使用。作為混合物的高分子量PTFE與低分子量PTFE的混合比例(重量)，通常為1∶1～3∶1。
作為制模粉末用高分子量PTFE，可以列舉三井杜邦氟化學公司生產的「テフロン(註冊商標)7-J」、「テフロン(註冊商標)7A-J」、「テフロン(註冊商標)70-J」等、大金工業公司生產的「ポリフロンM-12(商品名)」等、旭硝子公司生產的「フルオンG163(商品名)」、「フルオンG190(商品名)」等。作為細粉末用高分子量PTFE，可以列舉三井杜邦氟化學公司生產的「テフロン(註冊商標)6CJ」等、大金工業公司生產的「ポリフロンF201(商品名)」等、旭硝子公司生產的「フルオンCD076(商品名)」、「フルオンCD090(商品名)」等。
另外，作為高分子量PTFE，除上述高分子量PTFE以外，可以使用以苯乙烯類、丙烯酸酯類、甲基丙烯酸酯類、丙烯腈類聚合物等改性了高分子量PTFE的物質，具體的、可以列舉三菱麗陽公司生產的「メタブレンA-3000」等。作為低分子量PTFE，可以列舉三井杜邦氟化學公司生產的「TLP-10F(商品名)」等、大金工業公司生產的「ルブロンL-5(商品名)」等、旭硝子公司生產的「フルオンL169J(商品名)」等、喜多村公司生產的「KTL-8N(商品名)」等。
PTFE的配合比例，通常是20～50重量％，優選是20～40重量％。配合比例小於20重量％時，得不到所希望的低摩擦特性，大於50重量％時，耐磨損性變差，並保形性變差，成形體的強度下降。
本發明的固體潤滑劑中，作為補加成分，也可以加入金屬皂和/或聚乙烯樹脂和/或磷酸鹽。
金屬皂是上述高級脂肪酸與鹼金屬或鹼土類金屬的鹽。具體的可以列舉硬脂酸鋰、硬脂酸鈣等。該金屬皂具有使耐磨損性提高，使摩擦係數下降，並使熱穩定性提高的作用。其配合比例，通常是5～20重量％，優選是10～15重量％。配合比例小於5重量％時，得不到所希望的摩擦係數下降和耐磨損性與熱穩定性提高的效果，配合比例大於20重量％時，成形性變差。
聚乙烯樹脂具有使耐磨損性提高，並提高形成固體潤滑劑的各成分組成粘合力的作用。作為被使用的聚乙烯樹脂，可以列舉高壓法低密度聚乙烯(HPLD)、直鏈狀低密度聚乙烯(LLDPE)、超低密度聚乙烯(VLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、由超高分子量聚乙烯與低分子量乃至高分子量聚乙烯組成的高分子量聚乙烯(HMWPE)等。
HPLD是由高壓法製造的乙烯均聚物，除乙基等的短鏈分支還含有長鏈分支，其密度通常是0.910～0.940g/cm3。LLDPE是由中·低壓法製造的乙烯與其以外的α-鏈烯烴(丙烯、丁烯-1、4-甲基戊烯-1、辛烯-1等)的共聚物，其密度通常是0.900～0.940g/cm3。其中，密度為0.925～0.940g/cm3的共聚物被稱為中密度聚乙烯(MDPE)。VLDPE是將LLDPE再低密度化的物質，其密度是0.880～0.910g/cm3。HDPE是由中·低壓法製造的乙烯的均聚物，其密度通常是0.940～0.970g/cm3。UHMWPE是由低壓法製造的分子量為100萬以上的物質，其密度通常是0.940g/cm3。
聚乙烯樹脂的配合比例，通常為5～20重量％，優選為10～15重量％。配合比例小於5重量％時，作為粘合材料的作用不能被充分發揮，另外，配合比例大於20重量％時，形成固體潤滑劑的各成分的配合比例變少，得到良好潤滑性能變得困難。
作為磷酸鹽，可以列舉鹼金屬或鹼土類金屬的磷酸三鹽、磷酸氫鹽、焦磷酸鹽、亞磷酸鹽、偏磷酸鹽等。具體的，可以列舉磷酸三鋰、磷酸氫二鋰、焦磷酸鋰、磷酸三鈣、磷酸一氫鈣、焦磷酸鈣、偏磷酸鋰、偏磷酸鎂、偏磷酸鈣等。磷酸鹽其本身不顯示潤滑性，在與對象材料的滑動中，發揮有助於向對象材料表面形成潤滑覆蓋膜的效果。由此，在對象材料表面經常保持形成良好的潤滑覆蓋膜，維持良好的滑動特性。
磷酸鹽的配合比例，通常是5～15重量％，優選是10～15重量％。配合比例小於5重量％時，不能發揮有助於向對象材料表面形成潤滑覆蓋膜的效果，大於20重量％時，向對象材料表面形成潤滑覆蓋膜的移動量變得過多，耐磨損性下降。
本發明的固體潤滑劑，可以由亨舍爾混合機、超級混合機、球摩機、轉鼓等的混合機混合上述各成分的規定量，成形得到的混合物而得到。成形方法沒有特別限定，優選採用將上述混合物供給擠出機，以蠟類熔融的溫度熔融混煉，製作小球，將該小球供給射出成形機而成形的方法。
本發明的滑動部件在由金屬材料或合成樹脂等構成的滑動部件基體的滑動面上形成的孔或溝中，埋入由上述製造方法得到的固體潤滑劑而製成。作為在基材上形成的孔或溝中埋入固體潤滑劑的方法，可以列舉壓入固定的方法、在固體潤滑劑上塗布粘合劑、將其在孔或溝中固定的方法等。
實施例以下由實施例更詳細地說明本發明，但本發明在不超出其要點的範圍內，不被以下的實施例所限定。
實施例1在亨舍爾混合機中投入50重量％的作為四氟乙烯樹脂的高分子量PTFE(旭硝子公司生產的「フルオンG163(商品名)」)、10重量％的作為蠟類的烴類蠟的聚乙烯蠟(Clariant Japan公司生產的「リコヮツクスPE520(商品名)」、和10重量％的石蠟(日本精蠟公司生產的「150(商品名)」)、以及30重量％的三聚氰胺氰尿酸酯(三菱化學公司生產的「MCA(商品名)」)，製作混合物。將得到的混合物導入擠出成形機，製作帶狀成形物後，較細地切斷該成形物，製作由該混合物構成的小球。然後，將該小球供給射出成形機，製作直徑6mm、長5mm的圓柱狀固體潤滑劑。
實施例2～23及對照例1與3實施例1中，如表2～表8所示那樣地變更組成以外，由與實施例1同樣的方法，製作直徑6mm、長5mm的圓柱狀固體潤滑劑。表2～表8表示成分組成。
對照例2混合攪拌50體積％的PTFE粉末(三井杜邦氟化學公司生產的「テフロン(註冊商標)7A-J」和40體積％的霧化鉛粉末，得到混合物。由壓力成形機將該混合物加壓成形，製作直徑6mm、長5mm的圓柱狀固體潤滑劑。然後，將該圓柱狀固體潤滑劑浸漬在加入了潤滑油(美孚公司生產的「DTEエキストラヘビ一オィル(商品名)」)的油槽，含浸10體積％的潤滑油(以重量換算PTFE為18.8重量％、鉛79.6重量％、潤滑油1.6重量％)。
在由銅合金製成的平板狀基體的滑動面上形成的孔中埋入上述實施例和對照例中得到的固體潤滑劑，作為滑動部件試驗片，由推力試驗試驗該滑動部件試驗片的滑動性能。表1表示試驗條件。表2～表8表示滑動特性。
表1
表2
表3
表4
表5
表6
表7
表8
表中，作為低分子量PTFE，使用大金工業公司的「ルブロンL-5(商品名)」，作為微晶蠟，使用日本精蠟公司生產的「Hi-Mic-1080(商品名)」，作為HDPE，使用三井化學公司生產的「ハィゼツクス(商品名)」，作為LDPE，使用住友精化公司生產的「フロ一センG701(商品名)」，作為HMWPE，使用三井化學公司生產的「リュブマ一(商品名)」。
從以上試驗結果可知，在滑動面上埋入本發明的固體潤滑劑從而構成的滑動部件，顯示低速度·高負載條件下優異的滑動特性，顯示與埋入對照例1和對照例2中顯示的現有含鉛固體潤滑劑的滑動部件同等或同等以上的性能。其它，在滑動面埋入的不含三聚氰胺氰尿酸酯的對照例3的固體潤滑劑的滑動部件，摩擦係數高，磨損量多、滑動特性差。
權利要求
1.一種固體潤滑劑，用於埋入在滑動部件基體的滑動面上形成的孔或溝中，其特徵在於含有20～40重量％的選自烴類蠟、高級脂肪酸、高級脂肪酸酯以及高級脂肪酸醯胺的1種或2種以上的蠟類、和20～40重量％的三聚氰胺氰尿酸酯以及20～50重量％的四氟乙烯樹脂。
2.如權利要求1所述的固體潤滑劑，其特徵在於含有5～20重量％的金屬皂。
3.如權利要求1或2所述的固體潤滑劑，其特徵在於含有5～20重量％的聚乙烯樹脂。
4.如權利要求1～3任一項所述的固體潤滑劑，其特徵在於含有5～15重量％的磷酸鹽。
5.一種在滑動部件基體的滑動面上形成的孔或溝中埋入如權利要求1～4任一項所述的固體潤滑劑而構成的滑動部件。
全文摘要
本發明提供一種在高負載條件下能夠發揮與含鉛固體潤滑劑同等或同等以上滑動特性的無鉛固體潤滑劑。該潤滑劑是埋入在滑動部件基體的滑動面上形成的孔或溝中的固體潤滑劑，含有20～40重量％的選自烴類蠟、高級脂肪酸、高級脂肪酸酯和高級脂肪酸醯胺的1種或2種以上的蠟類、和20～40重量％的三聚氰胺氰尿酸酯、以及20～50重量％的四氟乙烯樹脂。
文檔編號C10M105/22GK1788071SQ20048001278
公開日2006年6月14日 申請日期2004年5月7日 優先權日2003年5月13日
發明者六川真佐行, 平山琢哉 申請人:奧依斯工業株式會社