JPH04258640A

JPH04258640A - フッ素樹脂組成物

Info

Publication number: JPH04258640A
Application number: JP3946491A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Mabuchi; 昭弘馬淵; Takuya Ueno; 拓哉上野; Takuo Ishihara; 石原　卓夫
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1991-02-09
Filing date: 1991-02-09
Publication date: 1992-09-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、炭素繊維強化フッ素樹
脂組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポリテトラフルオロエチレン（以下、Ｐ
ＴＦＥと略称する）は耐熱性、耐薬品性に優れているだ
けでなく、特に摩擦係数が小さく摺動特性にも優れてい
るので、軸受け、歯車、パッキン、ピストンリングなど
のエンジニアリングプラスチック材料として広く利用さ
れている。しかしながら、耐摩耗性は必ずしも十分では
なく、また荷重による変形（クリープ）、特に高温荷重
下での変形が大きく、使用に際して大きな制約を受ける
。

【０００３】このため、ＰＴＦＥに、ガラス繊維、ガラ
ス粉末又はビーズ、炭素繊維、グラファイト、二硫化モ
リブデンなどの充填剤を添加することが検討されている
。これらの充填剤を添加した樹脂組成物は、マトリック
ス樹脂単体と比較して摩擦係数が低下し、摩耗量も低減
する。しかしながら、これらの充填剤を添加すると、機
械的強度が大幅に低下する。特に、炭素繊維を添加した
フッ素樹脂組成物からなる成型品を、高温高負荷の条件
下で使用する場合には、炭素繊維による補強効果が少な
い。さらにクリープ特性も向上しない。また、炭素繊維
がマトリックスから脱落し易く、クラックなどが生じ易
い。このことは、マトリックスであるＰＴＦＥと炭素繊
維との濡れ性が悪いことに起因すると推測される。一方
、前記炭素繊維以外の充填剤を添加する場合には、前記
ＰＴＦＥに対する濡れ性が炭素繊維よりもさらに劣るた
め、高い補強性を付与することが困難であり、成型品の
機械的強度の低下が著しい。

【０００４】特公昭５２−２２７７１号公報には、ポリ
フェニレンサルファイドで表面処理した充填剤をフッ素
樹脂に添加したフッ素樹脂製品が開示されている。しか
しながら、フッ素樹脂と充填剤との濡れ性が未だ十分で
ないためか、機械的強度、特に高温高荷重下での強度や
クリープ特性の低下が未だ大きい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、機械的強度が大きく、一体性及びクリープ特性に優
れた成型品を得ることができるフッ素樹脂組成物を提供
することにある。

【０００６】

【発明の構成】上記の目的を達成するため、本発明者ら
は、フッ素樹脂組成物からなる成型品の機械的強度を向
上させるべく鋭意検討した結果、フッ素化処理した炭素
繊維を用いる場合には、フッ素樹脂との濡れ性、フッ素
樹脂に対する補強性が大幅に改善され、成型品の機械的
強度が著しく大きくなることを見いだし、本発明を完成
した。すなわち、本発明は、フッ素樹脂と、フッ素化処
理された炭素繊維とを含むフッ素樹脂組成物を提供する
。

【０００７】フッ素樹脂には、例えば、テトラフルオロ
エチレン、クロロトリフルオロエチレン、ビニルフルオ
ライド、ビニルデンフルオライド、ヘキサフルオロプロ
ピノン、パーフルオロアルキルビニルエーテルなどのフ
ッ素含有モノマーの単独又は共重合体；前記フッ素含有
モノマーと、エチレン、プロピレン、各種のアクリレー
トなどの共重合性モノマーとの共重合体が含まれる。よ
り具体的には、フッ素樹脂としては、例えば、ポリテト
ラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン
、ポリビニルデンフルオライドなどの単独重合体；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
体、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体、テトラフルオロエチレン−ヘキ
サフルオロプロピレン−パーフルオロアルキルビニルエ
ーテル共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共
重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合
体などの共重合体が例示される。これらのフッ素樹脂は
一種又は二種以上混合して使用できる。これらのフッ素
樹脂の中で、テトラフルオロエチレン単独重合体が好ま
しい。

【０００８】フッ素化処理された炭素繊維は、例えば、
フェノール系樹脂、レーヨン、ポリアクリロニトリル、
石炭ピッチ、石油ピッチなどを出発原料とする炭素繊維
をフッ素化反応に供することにより得られる。なお、「
炭素繊維」とは、炭化又は黒鉛化された繊維を言い、１
５００℃程度以上の高温で焼成したものは、結晶構造が
黒鉛化していないときでも黒鉛化の概念に含める。

【０００９】フッ素化処理された炭素繊維の繊維径、繊
維長は、特に制限されないが、通常、ミルドファイバー
が使用される。このミルドファイバーとしては、例えば
、繊維径１〜５０μｍ、好ましくは２．５〜３０μｍ程
度、繊維長０．０１〜１０ｍｍ、好ましくは０．０３〜
５ｍｍ程度のものが使用できる。

【００１０】炭素繊維のフッ素含有量は、フッ素樹脂に
対する濡れ性、補強性などを損わない範囲で炭素繊維の
表面が少なくとも部分的にフッ素化されていればよく、
例えば、１〜３０重量％、好ましくは５〜１０重量％程
度である。フッ素含有量が１重量％未満ではフッ素樹脂
に対する濡れ性、補強性がさほど改善されず、３０重量
％を越えると過度の処理となり、フッ素樹脂に対する補
強性が低下し易い。

【００１１】炭素繊維の表面をフッ素化処理する方法は
、特に限定されないが、例えば、フッ素ガス、好ましく
は不活性ガスで適当な濃度に希釈したフッ素ガスを用い
て、炭素繊維を直接フッ素化する直接フッ素化法；フッ
酸中で陽極酸化を行う電界フッ素化法；ＣＦ４　などの
フッ素含有気体から生成するラジカルを利用するプラズ
マフッ素化法などが挙げられる。

【００１２】これらの方法のなかで、直接フッ素化法で
は、簡便に、しかも炭素繊維のフッ素化度を容易に制御
できる。直接フッ素化法は、例えば、フッ素ガスを、窒
素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスで希釈し、フ
ッ素分圧を１〜５０％、好ましくは５〜２０％とした混
合ガスの存在下、反応温度３００〜６００℃、好ましく
は３５０〜５００℃程度で行なうことができる。反応に
際しては、反応系に前記混合ガスを流通させてもよい。

【００１３】得られたフッ素化炭素繊維のキャラクタリ
ゼーションは、フッ素の元素分析及び重量増加などに基
づいて行うことができる。フッ素の元素分析値は、慣用
の方法、例えば、酸素フラスコ法、すなわち、試料を完
全燃焼させた時に生成するフッ酸のフッ素イオン濃度を
イオンメーターで測定する手法により求めることができ
る。

【００１４】本発明のフッ素樹脂組成物において、前記
フッ素樹脂と、フッ素化処理された炭素繊維との割合は
、成型品の用途などにより選択できるが、通常、フッ素
樹脂９９〜５０重量部、フッ素化処理された炭素繊維１
〜５０重量部の割合が好ましい。さらに好ましい割合は
、フッ素樹脂９２〜６５重量部、フッ素化処理された炭
素繊維８〜３５重量部程度である。このような組成割合
の樹脂組成物で成型すると、成型品の一体性、機械的強
度、成型性及び摺動性などのバランスがとれた成型品が
得られる。

【００１５】なお、本発明のフッ素樹脂組成物は、特性
を損わない範囲で、充填剤、着色剤、安定剤などの種々
の添加剤を含有していてもよい。

【００１６】本発明のフッ素樹脂組成物は、前記フッ素
樹脂とフッ素化処理された炭素繊維との粉末状混合物で
あってもよく、該粉末状混合物を造粒した造粒物などで
あってもよい。フッ素樹脂組成物による成型品は、慣用
の方法、例えば、フッ素樹脂組成物を金型内で圧縮成型
し、得られた成型品を加熱処理することにより得ること
ができる。

【００１７】

【発明の効果】本発明のフッ素樹脂組成物は、フッ素樹
脂との濡れ性に優れるフッ素化処理された炭素繊維を含
んでいるので、機械的強度が大きく一体性に優れ、荷重
下での変化が小さい成型品を得ることができる。

【００１８】

【実施例】以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細
に説明する。

【００１９】実施例１黒鉛化炭素繊維［（株）ドナック社製、ＳＧ−２４１］
のミルド（繊維長０．１ｍｍ）を、直接フッ素化法によ
りフッ素化処理した。すなわち、前記黒鉛化炭素繊維２
９５．５ｇを、ニッケル製反応皿に約３ｍｍの厚さに薄
く広げ、反応管中に静置した。１００℃で１２時間、真
空乾燥した後、４００℃まで昇温し、アルゴンガスで希
釈した１０％濃度のフッ素ガスを毎分５００ｃｃの条件
で、７時間流通させることにより、フッ素化処理を行な
った。処理後、冷却し、反応管内をアルゴンで置換した後、試
料を取り出した。フッ素化炭素繊維の重量は３２１．０
ｇであり、重量増加率は８．６％であった。

【００２０】得られたフッ素化処理された炭素繊維１０
重量部、及びＰＴＦＥ［三井デュポンフロロケミカル（
株）社製、テフロン７−Ｊ］９０重量部をスーパーミキ
サーで混合した。得られた粉末状混合物を金型に入れ４
５０Ｋｇ／ｃｍ２　で加圧することにより、５０ｍｍφ
×６２ｍｍの成型品を得た。

【００２１】得られた成型品を、窒素ガス雰囲気下、昇
温速度１２０℃／ｈｒで、室温から３８０℃に昇温し、
同温度で５時間保持した後、降温速度７５℃／ｈｒで室
温まで冷却した。そして、成型品を切削加工し、ＪＩＳ
　　Ｋ６８９１に準じて機械的特性を測定した。

【００２２】実施例２フッ素ガスの流通時間、すなわち反応時間を４時間とす
る以外、実施例１と同様の方法により黒鉛化炭素繊維を
フッ素化した。フッ素化反応により、炭素繊維の重量は
、２８８．０ｇから３０２．７ｇに増加した。

【００２３】得られたフッ素化処理された炭素繊維を用
いる以外、実施例１と同様にして成型し、切削加工した
成型品の機械的特性を測定した。

【００２４】比較例実施例で用いた黒鉛化炭素繊維をフッ素化処理に供する
ことなく、実施例１と同様にして成型し、切削加工した
成型品の機械的特性を測定した。

【００２５】フッ素化反応条件とともに、降伏点強度、
破断点強度および弾性率の測定結果を表に示す。

【００２６】

【表１】表より、比較例の成型品よりも各実施例の成型品の機械
的特性は優れている。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　フッ素樹脂と、フッ素化処理された炭
素繊維とを含むフッ素樹脂組成物。
【請求項２】　　炭素繊維のフッ素含有量が１〜３０重
量％である請求項１記載のフッ素樹脂組成物。