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JPH0689156B2 - Whisker-reinforced composite sliding material - Google Patents
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JPH0689156B2 - Whisker-reinforced composite sliding material - Google Patents

Whisker-reinforced composite sliding material

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JPH0689156B2
JPH0689156B2 JP62-505198A JP50519887A JPH0689156B2 JP H0689156 B2 JPH0689156 B2 JP H0689156B2 JP 50519887 A JP50519887 A JP 50519887A JP H0689156 B2 JPH0689156 B2 JP H0689156B2
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whiskers
whisker
reinforced composite
sliding material
composite sliding
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公平 荒川
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Nikkiso Co Ltd
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Nikkiso Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 [技術分野] この発明は、ウィスカー強化複合摺動材料に関し、さら
に詳しく言うと、耐摩耗性および潤滑性に優れたウィス
カー強化複合摺動材料に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a whisker-reinforced composite sliding material, and more particularly to a whisker-reinforced composite sliding material having excellent wear resistance and lubricity.

[背景技術] 一般に、種々の機械的構造において、随伴現象として表
われる摩耗と言う観点から、機械的摺動部分ではどのよ
うな材料、たとえば強化金属、強化合成樹脂あるいは強
化ゴムを選択するかは極めて重要である。
[Background Art] Generally, in various mechanical structures, from the viewpoint of wear, which appears as an accompanying phenomenon, it is extremely important to select the type of material, such as reinforced metal, reinforced synthetic resin, or reinforced rubber, for the mechanical sliding parts.

従来では、耐摩耗性の向上を図るために、繊維や微粒子
などを金属、合成樹脂あるいはゴムなどに配合すること
による、材料の強化が行なわれている。
Conventionally, in order to improve wear resistance, materials have been reinforced by compounding fibers or fine particles with metals, synthetic resins, rubbers, or the like.

たとえば、自動車のピストンリングなどのように過酷な
摺動条件下で使用される材料にあっては、アルミニウム
またはアルミニウム合金と炭素繊維、アルミナ繊維、ア
ルミナ−シリカ繊維、もしくはセラミックウィスカーな
どとの複合化により一層の改善がなされている。
For example, in the case of materials used under severe sliding conditions, such as automobile piston rings, further improvements have been achieved by combining aluminum or aluminum alloys with carbon fibers, alumina fibers, alumina-silica fibers, ceramic whiskers, or the like.

また、前記のような過酷な条件ではないとしても、歯車
やカム軸などの摺動部分においても、耐摩耗性および/
または潤滑性を改善するための複合材料の研究が数多く
なされている。
Even if the conditions are not as severe as those mentioned above, the wear resistance and/or wear resistance of sliding parts such as gears and camshafts are also important.
Alternatively, there has been much research into composite materials for improving lubricity.

しかし、今までの材料に関しては、耐摩耗性と潤滑性と
の両性質を備えたものは少ない。まして、要求に十分に
応じられる程度に両性質を備えた素材は殆どないと言っ
ても過言ではない。
However, few materials to date have both wear resistance and lubricity, and it is no exaggeration to say that there are almost no materials that have both properties to a degree that satisfies the requirements.

たとえば、SiCウィスカーは耐摩耗性が極めて優れてい
るが、潤滑性に関して問題がある。一般に潤滑性の優れ
た潤滑剤の備える可き条件としては、摩擦の際の相手
材との相互作用がなくて、凝着せず、それ自体の強度
が大きくて、摩擦中に損傷や切断などをあまり生じな
い、長時間の摩擦により蓄積した切断片が相手材に損
傷を与えない、等であり、SiCウィスカーは前記の条
件について問題があると言える。
For example, SiC whiskers have excellent wear resistance, but problems with lubricity. Generally, the conditions that a lubricant with excellent lubricity must meet are that it does not interact with the mating material during friction, does not adhere, has high strength itself, does not cause much damage or breakage during friction, and does not damage the mating material with broken pieces that accumulate over long periods of friction. SiC whiskers can be said to have problems with the above conditions.

一方、黒鉛ウィスカーは耐摩耗性がSiCウィスカーより
劣るものの、前記、およびについて卓越しており
潤滑剤として他のウィスカーの追随を許さない。
On the other hand, although graphite whiskers are inferior to SiC whiskers in terms of wear resistance, they are superior in the above-mentioned points and are unrivaled as lubricants by other whiskers.

[発明の目的] この発明の目的は、前記問題点を解決し、耐摩耗性に優
れると共に潤滑性にも優れたウィスカー強化複合摺動材
料を提供することである。換言すると、摩擦の際に、
摩擦の際の相手材との相互作用がなくてたとえば凝着な
どを起さず、それ自体の強度が大きくて摩擦中に損傷
や切断などを生じることがなく、たとえ摩擦中に切断
片が生じ、これがたとえば摺動部分内に蓄積したとして
も、その切断片が相手部材を損傷することがない、など
の優れた性質を有するウィスカー強化複合材料を提供す
ることである。
[Object of the Invention] The object of the present invention is to solve the above problems and to provide a whisker-reinforced composite sliding material that is excellent in both wear resistance and lubricity. In other words, during friction,
To provide a whisker-reinforced composite material having excellent properties such as no interaction with a mating member during friction, no adhesion, etc., and high strength in itself, so that damage or breakage does not occur during friction, and even if broken pieces are generated during friction and accumulate in a sliding portion, the broken pieces do not damage the mating member.

[発明の開示] 前記目的を達成するためのこの発明の要旨は、前記合成
樹脂中に複数種のウィスカーを含有する複合強化材にお
いて、気相成長法により製造された炭素繊維および/ま
たは前記気相成長法により製造された炭素繊維を不活性
ガス中で熱処理してなる繊維である黒鉛ウィスカーと他
のウィスカーとを含有することを特徴とするウィスカー
強化複合摺動材料である。
[Disclosure of the Invention] In order to achieve the above-mentioned object, the gist of the present invention is a whisker-reinforced composite sliding material characterized in that, in a composite reinforcement containing multiple types of whiskers in the synthetic resin, the composite reinforcement contains carbon fiber produced by a vapor growth method and/or graphite whiskers, which are fibers obtained by heat-treating carbon fiber produced by the vapor growth method in an inert gas, and other whiskers.

この発明においては、前記気相成長炭素繊維および前記
気相成長炭素繊維を不活性ガス中で熱処理して得られる
繊維(以下、単に熱処理繊維と略称することがある。)
のいずれか一種を単独で使用しても良いし、両者を併用
しても良い。両者の内いずれか一種を使用する場合、熱
処理繊維のほうが単なる気相成長炭素繊維よりも好まし
い。その理由は、前記潤滑剤の条件、において、熱
処理繊維のほうが優れているからである。
In this invention, the vapor-grown carbon fiber and the fiber obtained by heat-treating the vapor-grown carbon fiber in an inert gas (hereinafter, sometimes simply referred to as heat-treated fiber)
Either one of the above may be used alone, or both may be used in combination. When either one of the above is used, heat-treated fiber is preferable to simple vapor-grown carbon fiber, because heat-treated fiber is superior under the above-mentioned lubricant conditions.

また、前記気相成長炭素繊維および前記熱処理繊維のい
ずれを使用するにせよ、さらに表面処理をしておくのが
好ましい。
Whether the vapor grown carbon fiber or the heat treated fiber is used, it is preferable to further subject it to a surface treatment.

好ましい表面処理としては、たとえば、リフラックス硝
酸処理、空気酸化処理などが挙げられる。
Preferred surface treatments include, for example, reflux nitric acid treatment and air oxidation treatment.

ここで前記気相成長炭素繊維としては、たとえば基板成
長炭素繊維および流動気相成長炭素繊維などが挙げられ
るが、流動気相成長炭素繊維が好ましい。流動気相成長
炭素繊維は、その両端が丸みを有しているので、マトリ
クス中に分散した場合に、たとえば応力集中の原因など
がより少なくなるからである。
Examples of the vapor-grown carbon fiber include substrate-grown carbon fiber and fluidized-phase vapor-grown carbon fiber, but fluidized-phase vapor-grown carbon fiber is preferred because fluidized-phase vapor-grown carbon fiber has rounded ends, which reduces the cause of stress concentration when dispersed in a matrix.

このような流動気相成長炭素繊維は、たとえば、特開昭
60-54998号公報に開示されたように、炭素化合物と有機
遷移金属化合物のガスとキャリヤガスとの混合ガスを加
熱することを特長とする製造方法、特開昭60-181319号
公報に記載されたように、一酸化炭素と有機遷移金属化
合物のガスとキャリヤガスとの混合ガスを加熱すること
を特長とする製造方法、その外に特開昭60-185818号公
報、特開昭60-216816号公報などに記載された製造方法
により得ることができる。
Such flow-phase grown carbon fibers are disclosed, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-200644.
The carbon black can be obtained by a production method characterized by heating a mixed gas of a carbon compound, an organic transition metal compound, and a carrier gas, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-54998, a production method characterized by heating a mixed gas of a carbon compound, an organic transition metal compound, and a carrier gas, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-181319, and other production methods described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 60-185818 and 60-216816.

なお、この発明における気相成長炭素繊維は、前記例示
の製造方法により得られるものに限定されず、要する
に、炭素源となる化合物を遷移金属の触媒作用により浮
遊状態で炭素繊維もしくは炭素ウィスカーとすることが
できる製造方法であればどのような製造方法によって得
られるものであっても良い。
The vapor-grown carbon fibers in this invention are not limited to those obtained by the above-mentioned exemplary manufacturing methods, and in short, any manufacturing method may be used as long as it can convert a carbon source compound into carbon fibers or carbon whiskers in a suspended state through the catalytic action of a transition metal.

前記熱処理繊維は、前記気相成長繊維を2000℃以上、好
ましくは2800℃以上の高温に加熱することにより製造す
ることができる。
The heat-treated fiber can be produced by heating the vapor-grown fiber to a high temperature of 2000°C or higher, preferably 2800°C or higher.

熱処理は、通常、窒素、アルゴンなどの不活性ガスの雰
囲気下に行なわれる。
The heat treatment is usually carried out in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen or argon.

熱処理に要する時間は、5分以上であれば充分である
が、通常、30分程度の時間がかけられる。
The time required for the heat treatment is 5 minutes or more, but it is usually about 30 minutes.

この発明で好ましい黒鉛ウィスカーは、直径が10μm以
下、好ましくは0.05〜2.0μmであり、かつそのアスペ
クト比が3000以下、好ましくは200以下であるものであ
る。
The graphite whiskers preferred in this invention have a diameter of 10 μm or less, preferably 0.05 to 2.0 μm, and an aspect ratio of 3000 or less, preferably 200 or less.

アスペクト比が大きく、直径が大きいと、複合化の段階
でマトリクスとの間のひずみが大きくなることがあり、
また直径が前記範囲内にあったとしてもアスペクト比が
3000を超えると、ウィスカー同志のからみあいが強くな
りフロックが形成される。
If the aspect ratio is large and the diameter is large, the strain between the matrix and the particle may become large during the composite process.
Even if the diameter is within the above range, the aspect ratio
When the viscosity exceeds 3000, the whiskers become more entangled and flocs are formed.

次に、黒鉛ウィスカー以外の他のウィスカーとしては、
たとえば SiCウィスカー、Si3N4ウィスカー、 Al2O3ウィスカー、MgOウィスカー、 AlNウィスカー、B4C3ウィスカー、 Fe2O3ウィスカー、BeOウィスカー、 MoO3ウィスカー、NiOウィスカー、 Cr2O3ウィスカー、K2O(TiO2)6ウィスカーおよびダイヤ
モンドウィスカーなどが挙げられる。
Next, whiskers other than graphite whiskers include:
Examples include SiC whiskers, Si3N4 whiskers, Al2O3 whiskers , MgO whiskers, AlN whiskers, B4C3 whiskers , Fe2O3 whiskers , BeO whiskers, MoO3 whiskers, NiO whiskers, Cr2O3 whiskers, K2O ( TiO2 ) 6 whiskers , and diamond whiskers.

また、黒鉛ウィスカー以外の他のウィスカーの寸法とし
ては、前記黒鉛ウィスカーと同様に、好ましくは直径が
10μm以下、より好ましくは0.05〜2.0μmであり、か
つそのアスペクト比が好ましくは3000以下、より好まし
くは200以下である。
The size of the whiskers other than the graphite whiskers is preferably the same as that of the graphite whiskers, and the diameter is preferably 100 mm or less.
The diameter is preferably 10 μm or less, more preferably 0.05 to 2.0 μm, and the aspect ratio is preferably 3000 or less, more preferably 200 or less.

この発明に係るウィスカー強化複合摺動材料は、前記黒
鉛ウィスカーとこれ以外の他のウィスカーとの混合物を
マトリクス中に分散してなる。もっとも、この発明に係
るウィスカー強化複合摺動材料は、前記混合物をマトリ
クス中に添加、配合するのが好ましいのであるが、マト
リクス中に前記特定の黒鉛ウィスカーと他のウィスカー
とを別々に配合しても良い。要するに、この発明に係る
ウィスカー強化複合摺動材料は、マトリクス中で、前記
特定の黒鉛ウィスカーと他のウィスカーとが、混合した
状態となっているのであれば特に制限がないのである。
The whisker-reinforced composite sliding material according to the present invention comprises a mixture of the graphite whiskers and other whiskers dispersed in a matrix. While it is preferable to incorporate the mixture into the matrix, the specific graphite whiskers and other whiskers may be incorporated separately into the matrix. In short, the whisker-reinforced composite sliding material according to the present invention is not particularly limited as long as the specific graphite whiskers and other whiskers are mixed in the matrix.

前記特定の黒鉛ウィスカーと他のウィスカーとの体積比
率は、通常、1:4〜9:1であり、好ましくは1:2〜3:1であ
る。
The volume ratio of the specific graphite whiskers to the other whiskers is usually 1:4 to 9:1, and preferably 1:2 to 3:1.

前記マトリクスとしては、特に制限がないが、たとえば
ポリエチレンおよびポリプロピレンなどのポリオレフィ
ン系樹脂、ナイロン−6、ナイロン−66、ナイロン−
8、ナイロン−11およびナイロン−610などのポリアミ
ド系樹脂、ポリホルムアルデヒドおよびホルマリン−エ
チレンオキサイド共重合体などのポリアセタール系樹
脂、ポリカーボネート、熱可塑性ポリエステル成形材
料、ポリフェニレンオキサイド、ポリスルフォン、ポリ
エチルエチルケトン、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹
脂、ポリエチルスルフォン、ポリフェニレンサルファイ
ド、ならびにポリ四フッ化エチレンおよびポリ四フッ化
エチレンなどのフッ素系樹脂などの合成樹脂が挙げられ
る。
The matrix is not particularly limited, but examples thereof include polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene, nylon-6, nylon-66, nylon-
8. Examples of the synthetic resin include polyamide resins such as nylon-11 and nylon-610, polyacetal resins such as polyformaldehyde and formalin-ethylene oxide copolymers, polycarbonate, thermoplastic polyester molding materials, polyphenylene oxide, polysulfone, polyethyl ethyl ketone, epoxy resins, polyurethane resins, polyethylsulfone, polyphenylene sulfide, and fluorine-based resins such as polytetrafluoroethylene and polytetrafluoroethylene.

これらの中で好ましいマトリクスは、ポリオレフィン系
樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ樹脂、ポリアセター
ル系樹脂であり、特に好ましいのは、超高分子量ポリエ
チレン、ナイロン−66、ポリアセタール、エポキシ樹脂
およびフッ素系樹脂などの合成樹脂である。
Among these, preferred matrices are polyolefin resins, polyamide resins, epoxy resins, and polyacetal resins, and particularly preferred are synthetic resins such as ultra-high molecular weight polyethylene, nylon-66, polyacetal, epoxy resins, and fluorine-based resins.

前記特定の黒鉛ウィスカーと他のウィスカーとの混合ウ
ィスカーのウィスカー強化複合摺動材料中におけるこの
ウィスカー強化複合摺動材料の体積率は、通常の場合、
0.1〜30%、好ましくは2〜20%である。体積率が0.1%
よりも少ないと前記特定の黒鉛ウィスカーと他のウィス
カーとを配合することによる効果が充分でないことがあ
り、また、30%よりも多いとウィスカー同志の接触が大
きくなり、マトリクス中に前記特定の黒鉛ウィスカーと
その他のウィスカーとを配合してなる組成物が脆くなっ
てしまい、結果的に複合強化材を配合する効果が損なわ
れることがある。
The volume ratio of the whisker-reinforced composite sliding material containing the specific graphite whiskers and other whiskers in the whisker-reinforced composite sliding material is usually:
The volume fraction is 0.1 to 30%, preferably 2 to 20%.
If the content is less than this, the effect of blending the specific graphite whiskers with other whiskers may not be sufficient, and if it is more than 30%, the contact between the whiskers will become too great and the composition obtained by blending the specific graphite whiskers with other whiskers in the matrix will become brittle, which may result in the effect of blending the composite reinforcing material being lost.

マトリクス中へのこの複合強化材の配合,分散は、この
種の技術の属する分野で公知の手段により、行なうこと
ができる。
The compound reinforcement material can be mixed and dispersed in the matrix by any means known in the art to which this type of technology belongs.

[発明を実施するための最良の形態] (実施例1) 黒鉛ウィスカーとして、直径0.2μm、平均長さ約53μ
mの気相成長炭素繊維を2800℃で30分かけて熱処理し、
さらにリフラックス硝酸で5時間表面処理したものを使
用した。この黒鉛ウィスカーと平均直径が0.3μmであ
り、平均長さが110μmであるSiCウィスカーとを、体積
比で1:1の割合で調製し、アルコールを加えてミキサー
で充分に撹拌し、その後、アルコールを蒸発させた。次
いで、ペレタイザーで、この混合ウィスカーが体積率で
8%となるように、ナイロン−66とこの混合ウィスカー
とを含有する、ペレット状複合材料を製造した。さら
に、このペレット状複合材料を射出成形法により板状体
にし、その板状体から10mm×10mmの角型試験片を切り出
した。この試験片は、φ100の純鉄のディスクを用い
て、摩耗試験を行なった。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Example 1 Graphite whiskers with a diameter of 0.2 μm and an average length of about 53 μm were used.
m of vapor-grown carbon fiber was heat-treated at 2800°C for 30 minutes.
The whiskers were then surface-treated with refluxing nitric acid for 5 hours. The graphite whiskers were mixed with SiC whiskers with an average diameter of 0.3 μm and an average length of 110 μm in a 1:1 volume ratio. Alcohol was added and the mixture was thoroughly stirred in a mixer. The alcohol was then evaporated. A pelletized composite material containing nylon-66 and the mixed whiskers was then produced in a pelletizer, with the mixed whiskers accounting for 8% by volume. The pelletized composite material was then injection-molded into plates, from which 10 mm x 10 mm rectangular test pieces were cut. These test pieces were then subjected to abrasion tests using a φ100 pure iron disk.

摩耗条件は、荷重FN=165N(面圧=1.65MPa)、摩擦の
トラック径がPCDφ84で、すべり距離4kmで行なった。実
験の前後で電子天秤により重量の変化を測定して比摩耗
量を求めたところ、0.035×10-7mm3/mmNであった。
The wear conditions were a load of FN = 165N (surface pressure = 1.65MPa), a friction track diameter of PCDφ84, and a sliding distance of 4km. The change in weight was measured before and after the experiment using an electronic balance to determine the specific wear rate, which was 0.035×10 -7 mm 3 /mmN.

(比較例1) ウィスカーとしてSiCウィスカーのみを使用したほかは
前記実施例1と同様に実施したところ、比摩耗量は、0.
050×10-7mm3/mmNであった。
(Comparative Example 1) The same procedure as in Example 1 was carried out except that only SiC whiskers were used as whiskers. The specific wear rate was 0.
050×10 -7 mm 3 /mmN.

(比較例2) ウィスカーを使用せず、ナイロン−66のみを使用したほ
かは、前記実施例1と同様に実施したところ、比摩耗量
は、0.10×10-7mm3/mmNであった。
Comparative Example 2 The same procedure as in Example 1 was carried out except that no whiskers were used and only nylon-66 was used. The specific wear rate was 0.10×10 −7 mm 3 /mmN.

(比較例3) ウィスカーとして黒鉛ウィスカーのみを使用した他は、
前記実施例1と同様に実施したところ、比摩耗量は、0.
065×10-7mm3/mmNであった。
(Comparative Example 3) Only graphite whiskers were used as whiskers.
When the same procedure as in Example 1 was carried out, the specific wear rate was 0.
065×10 -7 mm 3 /mmN.

前記実施例1および比較例1〜3の結果を総合すると、
ナイロン−66にウィスカーを配合するとその比摩耗量が
低下して、耐摩耗性の向上が達成されるのであるが、黒
鉛ウィスカーのみの場合とSiCウィスカーのみの場合と
を比較すると黒鉛ウィスカーはSiCウィスカーほど耐摩
耗性に寄与していないのに(比較例1および3を比
較)、黒鉛ウィスカーとSiCウィスカーとを混合したウ
ィスカーは、SiCウィスカーのみの場合よりも耐摩耗性
の向上が達成され、相剰効果が奏されていることがわか
る。
Taking the results of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 together,
When whiskers are blended with nylon-66, the specific wear rate decreases, resulting in improved wear resistance. However, when comparing graphite whiskers alone with SiC whiskers alone, it is clear that the graphite whiskers do not contribute as much to wear resistance as SiC whiskers (compare Comparative Examples 1 and 3), but the mixture of graphite whiskers and SiC whiskers achieves improved wear resistance compared to SiC whiskers alone, demonstrating a synergistic effect.

(実施例2) 黒鉛ウィスカーとして、直径0.2μm、平均長さ約53μ
mの気相成長炭素繊維を2800℃で30分かけて熱処理し、
さらにリフラックス硝酸で5時間表面処理したものを使
用した。この黒鉛ウィスカーと平均直径が0.2μmであ
り、平均長さが50μmであるSi3N4ウィスカーとを、体
積比で1:2の割合で調製し、アルコールを加えてミキサ
ーで充分に撹拌し、その後、アルコールを蒸発させた。
さらに、この混合ウィスカーの体積比が15%となるよう
に、この混合ウィスカーをアルミニウム合金(AC8A)に
分散させてウィスカー強化アルミニウム(FRM)を製造
した。
(Example 2) Graphite whiskers with a diameter of 0.2 μm and an average length of about 53 μm
m of vapor-grown carbon fiber was heat-treated at 2800°C for 30 minutes.
The graphite whiskers were then surface-treated with refluxing nitric acid for 5 hours. These whiskers were mixed with Si3N4 whiskers with an average diameter of 0.2 μm and an average length of 50 μm in a volume ratio of 1:2, and alcohol was added to the mixture, which was then thoroughly stirred in a mixer. The alcohol was then evaporated.
Furthermore, the mixed whiskers were dispersed in an aluminum alloy (AC8A) so that the volume ratio of the mixed whiskers was 15%, to produce whisker-reinforced aluminum (FRM).

このFRMを40×40×4mmの大きさに切り出して試験片とし
た。相手材としてφ4の純鉄のピンを用いて、摩耗試験
を行なった。
This FRM was cut into a test piece measuring 40 x 40 x 4 mm, and a wear test was carried out using a φ4 pure iron pin as the mating material.

摩耗条件は、荷重FN=32.4N、摩擦のトラック径がPCDφ
31で、すべり速度V=0.062〜1.0m/秒、すべり距離4km
で行なった。試験片の摩耗量は、実験の前後で直示視型
電子天秤により重量の変化を測定して比摩耗量を求めた
ところ、0.4×10-7mm3/mmNであった。
The wear conditions are load FN = 32.4N, friction track diameter is PCDφ
31, sliding velocity V = 0.062 to 1.0 m/s, sliding distance 4 km
The wear amount of the test piece was measured by measuring the change in weight before and after the experiment using a direct-visual electronic balance, and the specific wear amount was found to be 0.4×10 -7 mm 3 /mmN.

(比較例4) ウィスカーとしてSi3N4ウィスカーのみを使用したほか
は前記実施例2と同様に実施したところ、比摩耗量は、
0.6×10-7mm3/mmNであった。
(Comparative Example 4) The same procedure as in Example 2 was carried out except that only Si 3 N 4 whiskers were used as whiskers. The specific wear rate was
The value was 0.6×10 −7 mm 3 /mmN.

(比較例5) ウィスカーとして黒鉛ウィスカーのみを使用した他は、
前記実施例2と同様に実施したところ、比摩耗量は0.7
×10-7mm3/mmNであった。
(Comparative Example 5) Only graphite whiskers were used as whiskers.
When the same experiment as in Example 2 was carried out, the specific wear rate was 0.7
×10 -7 mm 3 /mmN.

(実施例3) 黒鉛ウィスカーとして直径を0.5μm、平均長さ約100μ
mの気相成長炭素繊維を2800℃で30分間熱処理し、更に
リフラックス濃硝酸で3時間表面処理したものを使用し
た。このウイスカーと平均直径が0.2μmであり、平均
長さが90μmであるSiCウイスカーとを、体積比で3:1の
割合でそれぞれ混合した。この混合物にアルコールを加
えてミキサーで充分に撹拌し、その後アルコールを蒸発
させた。該混合ウイスカーとエポキシ系樹脂(チバガイ
ギー製LY−556)との複合材料を3種類作成した。
(Example 3) Graphite whiskers with a diameter of 0.5 μm and an average length of about 100 μm
Vapor-grown carbon fibers measuring 1/4" (3000°C) were heat-treated for 30 minutes at 2800°C and then surface-treated for 3 hours in refluxing concentrated nitric acid. These whiskers were mixed with SiC whiskers measuring 0.2 μm in average diameter and 90 μm in average length at a volume ratio of 3:1. Alcohol was added to the mixture and thoroughly stirred in a mixer, after which the alcohol was evaporated. Three types of composite materials were prepared using the mixed whiskers and epoxy resin (LY-556 manufactured by Ciba-Geigy).

該複合材料から外径4mmの丸溝を切り出し、純Feの回転
ディスクとの摩擦における特性を評価した。加重20N、
摩擦速度20cm/sec、摩擦距離2kmにおける結果を表−1
に示す。
A circular groove with an outer diameter of 4 mm was cut out from the composite material, and its friction characteristics with a rotating disk made of pure Fe were evaluated.
Table 1 shows the results for a friction speed of 20 cm/sec and a friction distance of 2 km.
Shown below.

(比較例6) 樹脂単体および、一種類のウイスカーのみの複合材料に
つき、実施例3と同様のテストをした。
Comparative Example 6 The same test as in Example 3 was carried out on a resin alone and a composite material containing only one type of whisker.

結果を表−2に示す。The results are shown in Table 2.

以上の実施例および比較例から理解できるように、気相
成長法により製造された炭素繊維および/または前記気
相成長法により製造された炭素繊維を不活性ガス中で熱
処理してなる繊維である黒鉛ウイスカーと他のウイスカ
ーの併用によって耐摩耗性だけでなく、摩擦係数の減少
もみられた。
As can be seen from the above examples and comparative examples, not only wear resistance but also a reduction in the coefficient of friction was observed by using graphite whiskers, which are carbon fibers produced by vapor growth and/or fibers obtained by heat-treating carbon fibers produced by the vapor growth method in an inert gas, in combination with other whiskers.

また、ウイスカー強化複合摺動材料は、相手材に対して
も損傷を与えず、摩擦材料として極めて有望である。
Furthermore, whisker-reinforced composite sliding materials do not damage mating materials and are extremely promising as friction materials.

[産業上の利用性] この発明によると、気相成長法により製造された炭素繊
維および/または前記気相成長法により製造された炭素
繊維を不活性ガス中で熱処理してなる繊維である黒鉛ウ
ィスカーと他のウイスカーとをマトリクス中に配合,分
散することによって、他のウィスカーのみをマトリクス
に配合,分散してなる組成物よりもはるかに大きな耐摩
耗性および潤滑性を有する組成物とすることができる、
そのような複合強化材を提供することができる。
[Industrial Applicability] According to the present invention, by blending and dispersing graphite whiskers, which are carbon fibers produced by vapor phase growth and/or fibers obtained by heat-treating the carbon fibers produced by the vapor phase growth method in an inert gas, together with other whiskers in a matrix, it is possible to obtain a composition having much greater wear resistance and lubricity than a composition in which only other whiskers are blended and dispersed in a matrix.
Such a composite reinforcement can be provided.

一般的には、第1成分の有する優れた性質を保有しつつ
その欠点を補うことを目的に第2成分を添加すると、第
1成分の欠点が第2成分により改善されるものの、第1
成分の優れた性質が第1成分により低下することの多い
ことに鑑みると、この発明において、前記特定の黒鉛ウ
ィスカーの配合により、他のウィスカーが有する優れた
耐摩耗性がさらに高められると共に他のウィスカーの有
する欠点である潤滑性が改善されることは、注目に価す
る。
Generally, when a second component is added to maintain the excellent properties of a first component while compensating for its shortcomings, the shortcomings of the first component are improved by the second component, but the first component is not.
Considering that the excellent properties of one component are often diminished by the presence of the first component, it is noteworthy that in this invention, the blending of the specific graphite whiskers further enhances the excellent wear resistance of the other whiskers and improves the lubricity that is a drawback of the other whiskers.

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】マトリクスである合成樹脂中にウィスカー
を含有するウィスカー強化複合材料において、気相成長
法により製造された炭素繊維および/または前記気相成
長法により製造された炭素繊維を不活性ガス中で熱処理
してなる繊維である黒鉛ウィスカーと、他のウィスカー
とを含有することを特徴とするウィスカー強化複合摺動
材料。
[Claim 1] A whisker-reinforced composite sliding material containing whiskers in a synthetic resin matrix, characterized in that it contains graphite whiskers, which are carbon fibers produced by vapor growth and/or fibers obtained by heat-treating carbon fibers produced by the vapor growth method in an inert gas, and other whiskers.
【請求項2】前記熱処理温度が2,000℃以上である前記
特許請求の範囲第1項に記載のウィスカー強化複合摺動
材料。
2. The whisker-reinforced composite sliding material according to claim 1, wherein the heat treatment temperature is 2,000° C. or higher.
【請求項3】前記黒鉛ウィスカーは、その直径が10μm
以下であり、そのアスペクト比が3,000以下である前記
特許請求の範囲第1項に記載のウィスカー強化複合摺動
材料。
3. The graphite whiskers have a diameter of 10 μm.
2. The whisker-reinforced composite sliding material according to claim 1, wherein the aspect ratio is 3,000 or less.
【請求項4】前記黒鉛ウィスカーは、その直径が0.05〜
2.0μmであり、そのアスペクト比が200以下である前記
特許請求の範囲第1項に記載のウィスカー強化複合摺動
材料。
4. The graphite whiskers have a diameter of 0.05 to 1.0 mm.
2.0 μm and an aspect ratio of the whisker-reinforced composite sliding material according to claim 1.
【請求項5】黒鉛ウィスカー以外の他のウィスカーがSi
Cウィスカーである前記特許請求の範囲第1項に記載の
ウィスカー強化複合摺動材料。
Claim 5: Whiskers other than graphite whiskers are Si
2. The whisker-reinforced composite sliding material according to claim 1, wherein the whisker is C whisker.
【請求項6】黒鉛ウィスカー以外の他のウィスカーがSi
3N4ウィスカーである前記特許請求の範囲第1項に記載
のウィスカー強化複合摺動材料。
Claim 6: Whiskers other than graphite whiskers are Si
2. The whisker-reinforced composite sliding material according to claim 1, which is made of 3N4 whiskers.
【請求項7】黒鉛ウィスカー以外の他のウィスカーは、
その直径が0.05〜2.0μmであり、そのアスペクト比が2
00以下である前記特許請求の範囲第1項に記載のウィス
カー強化複合摺動材料。
Claim 7: The whiskers other than graphite whiskers are:
Its diameter is 0.05 to 2.0 μm, and its aspect ratio is 2
2. The whisker-reinforced composite sliding material according to claim 1, wherein the average molecular weight of the whisker-reinforced composite sliding material is 00 or less.
【請求項8】ウィスカー強化複合摺動材料中における、
黒鉛ウィスカーと黒鉛ウィスカー以外の他のウィスカー
との体積比率は、1:4〜9:1である前記特許請求の範囲第
1項に記載のウィスカー強化複合摺動材料。
8. A whisker-reinforced composite sliding material,
2. A whisker-reinforced composite sliding material according to claim 1, wherein the volume ratio of the graphite whiskers to the whiskers other than graphite whiskers is 1:4 to 9:1.
【請求項9】ウィスカー強化複合摺動材料中における、
黒鉛ウィスカーと黒鉛ウィスカー以外の他のウィスカー
との体積比率は、1:2〜3:1である前記特許請求の範囲第
1項に記載のウィスカー強化複合摺動材料。
9. A whisker-reinforced composite sliding material,
2. A whisker-reinforced composite sliding material according to claim 1, wherein the volume ratio of the graphite whiskers to the whiskers other than graphite whiskers is 1:2 to 3:1.
【請求項10】前記合成樹脂がポリオレフィン系樹脂、
ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリアセタール系
樹脂およびフッ素系樹脂よりなる群から選択される一種
である前記特許請求の範囲第1項に記載のウィスカー強
化複合摺動材料。
10. The synthetic resin is a polyolefin resin.
2. The whisker-reinforced composite sliding material according to claim 1, which is one selected from the group consisting of polyamide-based resins, epoxy-based resins, polyacetal-based resins and fluorine-based resins.
【請求項11】前記黒鉛ウィスカーと他のウィスカーと
の、ウィスカー強化複合摺動材料中での体積率は、0.1
〜30%である前記特許請求の範囲第1項に記載のウィス
カー強化複合摺動材料。
11. The volume ratio of the graphite whiskers to the other whiskers in the whisker-reinforced composite sliding material is 0.1
2. The whisker-reinforced composite sliding material according to claim 1, wherein the whisker content is 30% or less.
【請求項12】前記黒鉛ウィスカーと他のウィスカーと
の、ウィスカー強化複合摺動材料中での体積率は、2〜
20%である前記特許請求の範囲第1項に記載のウィスカ
ー強化複合摺動材料。
12. The volume ratio of the graphite whiskers to the other whiskers in the whisker-reinforced composite sliding material is 2 to 100%.
20%的颗粒重量。 20% of the whisker-reinforced composite sliding material according to claim 1.
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