【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明はフツ素系樹脂の優れた低摩擦係数（自
己潤滑性）、非粘着性（離型性）を維持しながら、
耐摩耗性を向上した、耐摩耗性コーテイング材に
関する。
フツ素系樹脂は、広い使用温度範囲、すぐれた
耐薬品性と非粘着（離型）性、低摩擦係数（自己
潤滑性）などの特徴から電気アイロン、ホツトプ
レート等の家庭用品のみならず、食品工業、プラ
スチツク、ゴム工業等における金型、ロール、自
動車、精密機械工業におけるギヤ等の摺動部品の
コーテイング材料として広範囲に亘つて使用され
ている。
しかし、フツ素系樹脂単独あるいは潤滑性の優
れた二硫化モリブデンやグラフアイト等を混合し
たものが金属材料のコーテイング材として、従来
使用されているが、該コーテイング材料にて形成
されるコーテイング層が柔軟な為、高面圧下での
すべり摩耗や、たたき摩耗に対しては、塑性変形
し、早期に金属表面が露出してしまい、摺動部材
として使用できなくなるという大きな欠点があつ
た。
又、一方、シリカ、アルミナ、酸化クロム、炭
化硅素等のような硬度の高いセラミツクスを充填
すると、たたき摩耗及び高面圧下での耐摩耗性に
優れるという報告もあるが、そのようなコーテイ
ング材は一般的に摩耗係数が高くなり摺動特性は
低下し、しかも、相手材料の摩耗量が大きくなる
という問題を生じる。
本発明は、フツ素系樹脂の優れた低摩擦係数を
維持し、しかも高面圧下での耐摩耗性を大幅に改
良する方法につき、種々検討した結果完成された
ものである。
即ち本発明はフツ素系樹脂コーテイング材料
に、チタン酸カリウム繊維を配合することによ
り、摩擦係数を増大させることなく、高面圧下で
の耐摩耗性を大幅に向上せしめたことを特徴とす
る耐摩耗性コーテイング材に係る。
本発明に使用可能なフツ素系樹脂コーテイング
材料としては、テトラフルオロエチレン樹脂、ク
ロロトリフルオロエチレン樹脂、フツ化ビニリデ
ン樹脂、フツ化ビニル樹脂等のホモポリマー及
び、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプ
ロピレン共重合樹脂、テトラフルオロエチレン／
パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹
脂、エチレン／テトラフルオロエチレン共重合樹
脂等のコポリマー及び、フツ化ビニリデン系、含
フツ化シリコーン系のフツ素ゴム更には、これら
の樹脂に、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等を加え
て、塗膜の光沢、平滑性、接着性を改良した、変
性樹脂が挙げげられる。
なかでも、摩擦係数の小さく、使用温度範囲の
広いテトラフルオロエチレン樹脂が好適である。
本発明に使用されるチタン酸カリウム繊維とし
ては、一般式K2O・ｎ（TiO2）または、K2O・ｎ
（TiO2）・１／２H2O（式中、ｎは２〜８の整数を表
わす）で示されるチタン酸カリウムの単結晶繊維
等が例示でき、好適には商品名「TISMO」で市
販されているチタン酸カリウム繊維（平均繊維径
0.1〜0.3μ、平均繊維等20〜30μ、アスペクト比60
〜300、大塚化学薬品(株)製）がそのまま使用でき
る。又、前記フツソ系樹脂の種類によつては、エ
ポキシシラン、アミノシラン等のシラン系カツプ
リング剤、イソプロピルトリイソステアロイルチ
タネート、ジ（ジオクチルパイロホスフエート）
エチレンチタネート等のチタネート系カツプリン
グ剤で処理したチタン酸カリウム繊維を使用する
と、無処理のチタン酸カリウム繊維を使用した場
合より摩擦係数が低下し、耐摩耗性も改良される
ことがある。
これらチタン酸カリウム繊維の配合量はコーテ
イング材中、約５〜20重量％が特に適当で、この
範囲であれば高圧面下でも摩擦係数が高くなつて
コーテイング膜が破壊するということがなく、ま
た耐摩耗性も優れている。
本発明のフツ素系樹脂コーテイング材には、目
的に応じて顔料及びチタン酸カリウム繊維以外の
充填材を配合することも可能である。
本発明のチタン酸カリウム配合コーテイング材
料の調整は、各フツ素系樹脂コーテイング材（一
般にデイスパージヨン又は粉末の状態で市販され
ている）に、チタン酸カリウム繊維を適当な混合
装置を使用して所定量添加混合することにより簡
単に行われる。又、コーテイング加工方法は、従
来の各フツ素系樹脂コーテイング材の加工方法が
そのまゝ適用できる。
即ち、前処理方法として、素材金属をブラスト
又は研磨材で研削して、粗面を形成したり、又樹
脂によつては適当なプライマーを下塗りしてコー
テイング膜の付着力を強める為の処理を行い、そ
の上に、デイスパージヨン材料の場合は、エアス
プレーガン、静電エアスプレーガン等で、粉体材
料の場合は、静電流動浸漬槽、静電粉体塗装機等
で塗装し、焼付けを行うことによりなされる。
又、最近は、素材金属の前処理法として、スパツ
タエツチング法なども効果をあげている。
本発明のコーテイング材は、モース硬度４の比
較的柔かいチタン酸カリウム繊維を配合している
為、高圧面下で使用しても、相手材料を摩耗しに
くゝ、且つまたチタン酸カリウム繊維が、ミクロ
で高強度の単結晶繊維である為、フツ素系樹脂の
低摩擦係数を大きくすることなく、しかもフツ素
系樹脂を補強することにより、コーテイング層自
身の耐摩耗性を大幅に向上することが可能になつ
たものと考えられる。
本発明により、例えばフライパン、ホツトプレ
ート、電気アイロン等の家庭用製品は勿論、食品
工業の練り器、ロール、プラスチツク、ゴム工業
の成型加工用ロール、金型、自動車工業における
ピストンリング、スロツトルシヤフト、各種ギヤ
などの摺動部品及び、電気、機械工業における抵
抗器の摺動部、コピー、印刷関係のロールおよび
摺動部品等の耐久性向上に、大いに役立つものと
期待される。
以下、本発明を実施例により更に詳述するが、
本発明が実施例によりなんら限定されるものでな
い。
実施例 １〜４
基台金属として、鉄（SS−41）板を使用し、
脱脂、空焼、サンドペーパー処理、超音波洗浄
後、プライマー（ポリフロンプライマー、EK−
1883GB、ダイキン工業(株)）処理後、PTFE（ポリ
フロンエナメルEK−4105GN、ダイキン工業(株)）
及びチタン酸カリウム繊維（テイスモーＤ、大塚
化学薬品(株)）等を所定量混合して作成したペース
トをコーテイングし、90〜100℃、40分で乾操さ
せた後、380℃で20分間焼成後、水冷して、下記
法にて摩擦・摩耗特性を評価した。
連続すべり摩擦・摩耗試験
伊藤（鈴木）式摩擦摩耗試験機にて、相手材と
してS45C鋼（JISG3102機械構造用炭素鋼）を使
用して、Ｖ＝30cm／sec、Ｌ＝1000ｍにて摩擦係
数（μ）、限界pV値（Kgｆ／cm2・cm／sec）及び
比摩耗量（mm3／Kg・Km）、相手材比摩耗量（mm
３／Kg・Km）を測定した。
コーテイング層の配合と、得られたコーテイン
グ膜の摩擦・摩耗特性の評価結果をまとめて、第
１表に示す。
The present invention maintains the excellent low friction coefficient (self-lubricating property) and non-adhesive property (mold releasability) of fluororesin, while
This invention relates to a wear-resistant coating material with improved wear resistance. Fluorine-based resins are used not only for household items such as electric irons and hot plates, but also for their characteristics such as a wide operating temperature range, excellent chemical resistance, non-stick (mold release) properties, and low coefficient of friction (self-lubricating properties). It is widely used as a coating material for sliding parts such as molds and rolls in the food industry, plastics and rubber industries, and gears in the automobile and precision machinery industries. However, although fluororesin alone or a mixture of molybdenum disulfide, graphite, etc. with excellent lubricity has been conventionally used as a coating material for metal materials, the coating layer formed with this coating material is Because it is flexible, it has a major drawback in that it plastically deforms when subjected to sliding wear under high surface pressure or knocking wear, and the metal surface is exposed at an early stage, making it impossible to use it as a sliding member. On the other hand, there are reports that filling ceramics with high hardness such as silica, alumina, chromium oxide, silicon carbide, etc. provides excellent wear resistance under hammer wear and high surface pressure. In general, the wear coefficient increases, the sliding characteristics deteriorate, and the amount of wear of the mating material increases. The present invention was completed as a result of various studies on a method for maintaining the excellent low coefficient of friction of fluororesin and also significantly improving the wear resistance under high surface pressure. That is, the present invention is characterized in that by blending potassium titanate fibers into a fluororesin coating material, the wear resistance under high surface pressure is significantly improved without increasing the coefficient of friction. Pertains to abrasive coating materials. Fluorine resin coating materials that can be used in the present invention include homopolymers such as tetrafluoroethylene resin, chlorotrifluoroethylene resin, vinylidene fluoride resin, vinyl fluoride resin, and tetrafluoroethylene/hexafluoropropylene copolymer. Resin, tetrafluoroethylene/
Copolymers such as perfluoroalkyl vinyl ether copolymer resins and ethylene/tetrafluoroethylene copolymer resins, fluororubbers such as vinylidene fluoride and fluoride silicone, and acrylic resins, epoxy resins, etc. In addition, modified resins that improve the gloss, smoothness, and adhesion of the coating film may also be mentioned. Among these, tetrafluoroethylene resin is preferred because it has a small coefficient of friction and can be used over a wide temperature range. The potassium titanate fiber used in the present invention has the general formula K 2 O・n (TiO 2 ) or K 2 O・n
(TiO 2 )・1/2H 2 O (in the formula, n represents an integer from 2 to 8) single-crystal fiber of potassium titanate can be exemplified. Potassium titanate fiber (average fiber diameter
0.1~0.3μ, average fiber etc. 20~30μ, aspect ratio 60
~300, manufactured by Otsuka Chemical Co., Ltd.) can be used as is. Also, depending on the type of the above-mentioned fluorine resin, silane coupling agents such as epoxysilane and aminosilane, isopropyl triisostearoyl titanate, di(dioctylpyrophosphate)
The use of potassium titanate fibers treated with a titanate coupling agent such as ethylene titanate may provide a lower coefficient of friction and improved wear resistance than untreated potassium titanate fibers. A particularly suitable amount of these potassium titanate fibers in the coating material is about 5 to 20% by weight; within this range, the coating film will not be destroyed due to a high coefficient of friction even under high pressure, and It also has excellent wear resistance. The fluororesin coating material of the present invention may contain fillers other than pigments and potassium titanate fibers depending on the purpose. The potassium titanate-containing coating material of the present invention is prepared by adding potassium titanate fiber to each fluororesin coating material (generally commercially available in dispersion or powder form) using an appropriate mixing device. This can be easily done by adding and mixing a predetermined amount. Further, as the coating processing method, conventional processing methods for various fluororesin coating materials can be applied as they are. That is, as a pretreatment method, the material metal is blasted or ground with an abrasive material to form a rough surface, and depending on the resin, an appropriate primer is applied as an undercoat to strengthen the adhesion of the coating film. Then, in the case of dispersion materials, paint with an air spray gun, electrostatic air spray gun, etc., and in the case of powder materials, apply with an electrostatic dynamic dipping tank, electrostatic powder coating machine, etc. This is done by baking.
Recently, sputter etching has also been effective as a pretreatment method for raw metals. Since the coating material of the present invention contains relatively soft potassium titanate fibers with a Mohs hardness of 4, it does not easily abrade the mating material even when used under high pressure. Because it is a microscopic, high-strength single crystal fiber, it does not increase the low friction coefficient of the fluorocarbon resin, and by reinforcing the fluorocarbon resin, it significantly improves the wear resistance of the coating layer itself. It is thought that this has become possible. The present invention can be used not only for household products such as frying pans, hot plates, and electric irons, but also for food industry kneading machines, rolls, plastics, molding rolls and molds for the rubber industry, piston rings and throttle shafts for the automobile industry. It is expected that the present invention will be of great help in improving the durability of sliding parts such as various gears, sliding parts of resistors in the electrical and mechanical industries, and rolls and sliding parts used in copying and printing. Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples.
The present invention is not limited in any way by the examples. Examples 1 to 4 An iron (SS-41) plate was used as the base metal,
After degreasing, dry baking, sandpaper treatment, and ultrasonic cleaning, apply primer (Polyflon Primer, EK-
1883GB, Daikin Industries, Ltd. After treatment, PTFE (Polyflon Enamel EK-4105GN, Daikin Industries, Ltd.)
A paste prepared by mixing a predetermined amount of potassium titanate fiber (Teismo D, Otsuka Chemical Co., Ltd.), etc. was coated, dried at 90 to 100°C for 40 minutes, and then baked at 380°C for 20 minutes. After that, it was cooled with water, and its friction and wear characteristics were evaluated using the method described below. Continuous sliding friction and wear test Using an Ito (Suzuki) type friction and wear tester, using S45C steel (JISG3102 carbon steel for mechanical structures) as the mating material, the friction coefficient ( μ), limit pV value (Kgf/cm 2・cm/sec), specific wear amount (mm 3 /Kg・Km), mating material specific wear amount (mm
3 /Kg・Km) was measured. Table 1 summarizes the formulation of the coating layer and the evaluation results of the friction and wear characteristics of the obtained coating film.
【表】
ポリフロンエナメルEK−4105GN；テトラフ
ルオロエチレン樹脂を水中に分散させたデイス
パージヨンに、顔料、充填材を配合した一般用
上塗りコーテイング材料
テイスモーＤ；チタン酸カリウム繊維（大塚化
学薬品(株)製、平均繊維径0.3μ、平均繊維長25μ、
アスペクト比）
炭右珪素；粒度70〜150μのものを使用
第１表から明らかなように、チタン酸カリウム
繊維を配合すると、摩擦係数を大きくすることな
く、特に高圧面下では、摩擦係数を大幅に低下さ
せ、かつ耐摩耗性の判定基準となる限界pV値が
大幅に向上し、しかも、コーテイング材自身の比
摩耗量及び相手材の比摩耗量が低下し、極めて望
ましい耐摩耗性コーテイング材といえる。
又、チタン酸カリウム繊維配合量は、５〜20重
量％で効果があるが、10〜15重量％が特に好適で
あることも判る。[Table] Polyflon Enamel EK-4105GN: A general-use top coating material containing pigments and fillers in a dispersion made by dispersing tetrafluoroethylene resin in water Teismo D: Potassium titanate fiber (Otsuka Chemical Co., Ltd. ), average fiber diameter 0.3μ, average fiber length 25μ,
Aspect ratio) Silicon carbon; use particles with a particle size of 70 to 150 microns.As is clear from Table 1, when potassium titanate fiber is blended, the friction coefficient can be significantly increased, especially under high pressure surfaces, without increasing the friction coefficient. In addition, the critical pV value, which is a criterion for determining wear resistance, has been significantly improved, and the specific wear amount of the coating material itself and the specific wear amount of the mating material have been reduced, making it an extremely desirable wear-resistant coating material. I can say that. It is also found that the amount of potassium titanate fiber blended is 5 to 20% by weight, which is effective, but 10 to 15% by weight is particularly suitable.