試験法

摺動特性の評価試験方法は種々の方法があり、適切な方法は用途・状況により異なります。樹脂の基本的な摺動特性を評価する装置として、鈴木式摩耗試験機、 Pin-on-Disk型摩耗試験機、スラスト型摩耗試験機（アムスラー型など）などが挙げられます。

限界PV値

限界PV値（荷重圧力×速度）とは、材料の摺動表面が摩擦発熱によって変形もしくは溶融する限界をあらわします。従って、限界PV値以上の条件では、摩擦・摩耗共に著しく大きくなり、使用できなくなります。限界PV値は、耐熱性の高い樹脂ほど高くなります。実用的には、限界PV値の約50～60%以下で使用することが必要です。

摩擦特性

摩擦特性を示す指標としては、静止摩擦係数（μs）と動摩擦係数（μk）があります。ともにフッ素樹脂系の摺動材が最も小さな摩擦係数を示すといわれています。
μsは起動時の摩擦抵抗を表します。静止－運動が繰り返される用途に対しては、μsは小さく、安定していることが重要です。また、成形直後のμsと初期摩耗後のμsでは異なります。

• スラスト型摩耗試験概略
  図1に示す方法で、スラスト型摩耗試験機を用い、すべり摩擦摩耗特性を測定しました。特に記載のない限り、室温－ドライ下で、また相手材金属の表面仕上げは#1200ペーパーで行なったものを用いています。
• 小型軸受試験概略
  図2に示す方法で、小型軸受試験機を用い、すべり摩擦摩耗特性を測定しました。特に記載のない限り、室温－ドライ下で実施しました。

非強化系摺動グレードの摺動特性

非強化摺動グレードとして、スミプロイE3010、E4012、およびスミプロイFS2200があります。これらは相手材がSUSやアルミのような軟質金属でも、潤滑剤なしで相手材を傷つけにくい特長を有しています。

• PV特性
  図3は非強化スミプロイ摺動グレード（E3010、E4012、およびFS2200）の限界PV値の速度依存性を他のエンプラ摺動グレードと比較したものです。非強化スミプロイ摺動グレードは、炭素繊維強化PPS摺動グレードを除いた他の材料と比較して、高い限界PV値を有しており、また炭素繊維強化 PPS摺動グレードよりも相手材に与える損傷を低く抑えることができます。

図3 非強化グレードの限界PV値の速度依存性

• 摩擦特性
  E3010は射出成形用摺動材の中ではドライ状態で最も小さな静止摩擦係数を示す材料の一つです。E3010は摩耗後も初期の静止摩擦係数が維持され、長時間にわたって安定しています。図4に小型軸受試験機での、ポリイミド入りPTFEおよびポリアセタールと比較したE3010とE4012の初期摩耗後の静止摩擦係数を示します。
  図5にスラスト摩耗試験機での、荷重（P）を一定にして、速度（V）を漸増させた場合の動摩擦係数の変化を示します。図6にはVを一定とし、Pを漸増させた場合の動摩擦係数のPV値依存性を、また、図7には小型軸受試験機での、Pを一定とし、Vを漸増の場合の、動摩擦係数の速度依存性を示します。これらの図からE3010が最も摩擦係数が小さく、安定していることが分かります。

図4 初期摩耗後の静止摩擦係数（小型軸受試験機）

図5 動摩擦係数の速度依存性（P：一定、V：漸増）（スラスト型試験機）

図6 初期摩耗後の静止摩擦係数（小型軸受試験機）

図7-1 E3010の動摩擦係数の速度依存性（P：一定、V：漸増）（小型軸受試験機）

図7-2 E4010の動摩擦係数の速度依存性（P：一定、V：漸増）（小型軸受試験機）

• スミプロイの摩擦摩耗特性
  表2に摩擦摩耗特性についてスミプロイ摺動グレードと他の汎用エンプラ摺動グレードの比較を示します。スミプロイ摺動グレードは低～高PV値にわたって、安定した耐摩耗性を有しています。また、ポリイミド入りフッ素樹脂と比較しても遜色ありません。図11にP＝0.6MPa、V＝40m/minとしたときのE3010とE4012の摩耗量と時間の関係を示します。充填材入りフッ素樹脂と比較して、初期摩耗が小さいことがわかります。

測定条件			サンプル	摩擦係数μ	累積摩耗量 △W（μ）	摩耗係数K （mm/km ・k/cm2）	相手材 摩耗量 （mg）
圧力 （MPa）	速度V （m/min）	相手材
1	10	SUS304	E3010	0.16	3.5	1.2×10-5	移着
			E4012	0.17	7.2	2.5×10-5	移着
			FS2200	0.12～0.30	11	3.8×10-5	0.27
			PTFE充填PC	0.12～0.31	95	33.3×10-5	0.13
			PTFE充填POM	0.13	8.7	3.0×10-5	0.10
0.6	40	SUS304	E3010	0.18	11.3	1.6×10-5	0.01
			E4012	0.15	8.2	1.2×10-5	移着
			FS2200	0.14～0.21	133	19.2×10-5	0.16
			CF/PTFE充填PPS	0.40	132	19.2×10-5	13.6
			PTFE充填PC	限界PV値以上（数分以内で溶融）
			PTFE充填POM
0.1	100	SKH-2	E3010	0.24	5.7	2.0×10-5	0.16
			E4012	0.37	7.5	2.6×10-5	0.16
			FS2200	0.29	85	29.5×10-5	0.14
			CF-PTFE充填PPS	0.81	90	31.3×10-5	10.5
0.2	100	SKH-2	E3010	0.22	5.4	0.93×10-5	0.24
			E4012	0.15	18.8	3.3×10-5	0.17
			CF-PTFE充填PPS	0.53	168	29.2×10-5	4.30

注）PC：ポリカーボネート、POM：ポリアセタール、PPS：ポリフェニレンサルファイド

図8 摩耗量と時間の関係（スラスト型試験機）

強化繊維を含む摺動グレードの摺動特性

CK3420は炭素繊維、無機フィラーなどの強化グレードです。寸法安定や機械強度・剛性に優れており、熱膨張係数も小さく、かつPV値の大きい苛酷な条件でも使用できるという特長を有しています。摩擦係数がやや大きく、また若干の変動がありますが、相手材金属に硬度の高い材質のものを用いること、材質表面に硬化処理を施すこと、あるいは潤滑油と併用することによって各種の用途に特長を活かした使い方が可能となります。ただし、これらの系ではSUSやアルミなどの軟質金属を損傷する場合がありますので注意が必要です。

• スミプロイ繊維強化グレードの限界PV値
  表3に繊維強化グレードの限界PV特性を示します。いずれも、1500以上の限界PV値を示します。しかし、非強化系摺動グレード（E3010等）の場合と同様、高速ほど限界PV値は低くなります。
• スミプロイ繊維強化グレードの摩擦・摩耗特性
  速度をV＝40、100m/minの場合の、動摩擦係数μkのPV値依存性を図9に示します。各グレードとも、高PV値（高荷重）では0.1～0.2の小さな値を示しますが、低PV値（低荷重）では摩擦係数は大きくなります。したがって、高荷重・高速用の摺動材として適しています。
  なお、これら繊維強化グレードの耐摩耗性は、非強化系摺動グレードと比較して、あまりよくありません。表2に摩擦摩耗特性の一例をまとめて示します。

表2 繊維強化系摺動グレードの限界PV値（スラスト型試験機）

	CK3420
V＝40m/min	1,600
V=100m/min	1,000

• 摩擦・摩耗特性
  速度をV＝40、100m/minの場合の、動摩擦係数μkのPV値依存性を図12に示します。各グレードとも、高PV値（すなわち、高荷重）では0.1～0.2の小さな値を示しますが、低PV値（すなわち、低荷重）では摩擦係数はかなり大きくなります。したがって、これらは一般的特性の項でも述べましたように、低温から高温に至るまで曲げ弾性率、耐クリープ特性等の機械的特性が優れていることも併せて、高荷重・高速用の摺動材として適しています。
  これらの系は、強化繊維が含まれているため、耐摩耗性は非強化系摺動グレードと比較して、あまりよくありません。表3に摩擦摩耗特性の一例をまとめて示します。

表3 繊維強化系摺動グレードの摩擦摩耗特性（スラスト型試験機）

摺動条件	項目	CK3420
P＝0.6MPa	摩擦係数	0.81
V＝40m/min	摩耗係数（mm/km/MPa ）	45×10-6
室温－DRY	相手材重量変化（mg）＊	＋1.87
P＝0.2MPa	摩擦係数	1.00
V＝100m/min	摩耗係数（mm/km/MPa ）	36×10-6
室温－DRY	相手材重量変化（mg）＊	＋0.2

相手材：	SKH－2、摺動時間：48h
＊：	＋は移着を表わす。

図9 摩耗量と時間の関係（スラスト型試験機）