プラスチック製品の多様な用途において、耐摩耗性はプラスチック部品の使いやすさと寿命に大きく影響する重要な性能指標です。自動車、機械工学、電子機器などの産業でプラスチックがますます使用されるようになるにつれ、耐摩耗性の向上はこれまで以上に重要になっています。摩擦と摩耗を効果的に低減するために、主に以下の2つの方法が用いられています。 潤滑物質を添加し、補強材を組み込む。 その結果、耐摩耗性と自己潤滑性を向上させるために補強材を組み込むことが、業界で推奨されるソリューションとして浮上しました。以下では、プラスチックの耐摩耗性を向上させるために一般的に使用される7つの充填剤について解説します。
潤滑剤はある程度の摩擦を低減しますが、顕著な欠点もあります。時間の経過とともにオイルは劣化し、潤滑効果が低下します。また、定期的なメンテナンスと再塗布が必要となるため、運用コストと労力が増加します。さらに、潤滑剤は埃やゴミを吸着しやすいため、内部部品の汚染や機器の故障につながる可能性があります。
1. ポリテトラフルオロエチレン（PTFE、テフロン）
1938年にデュポン社によって発見されたPTFEは、テフロンとして広く知られています。優れたノンスティック性と自己潤滑性を備えており、調理器具などのノンスティックコーティングに最適です。
耐摩耗性添加剤であるPTFEマイクロパウダーは、あらゆる摩擦低減添加剤の中で最も低い摩擦係数を誇ります。部品表面に滑らかな潤滑膜を形成し、特に高負荷用途において摩耗を効果的に低減します。最適な添加比率は、非晶質プラスチックの場合は15/TP3T、結晶性プラスチックの場合は20/TP3Tです。PTFEマイクロパウダーは、エンジニアリングプラスチック、コーティング剤、インク、潤滑剤、ゴムなどにおいて、耐摩耗性、耐傷性、非粘着性を向上させるとともに、潤滑性全般を向上させるため、幅広く使用されています。例えば、PTFE強化POM部品は、優れた耐摩耗性と長寿命を実現します。
2. 二硫化モリブデン
二硫化モリブデン（MoS₂）は、金属光沢と滑らかな質感を持つ黒色の固体潤滑剤粉末です。高温高圧下でも優れた性能を発揮し、最高級の固体潤滑剤として広く認められています。
エンジニアリングプラスチックでは、主にナイロンの強化に使用されます。例えば、MoS₂を配合したナイロン66は、純粋な樹脂と比較して、剛性、硬度、寸法安定性が向上します。MoS₂の結晶構造は、材料の耐荷重性と耐摩耗性を高めます。衝撃強度は若干低下する場合がありますが、ギア、ベアリング、シール、スライダーなどの部品の摩耗を低減し、動作信頼性を向上させるため、広く使用されています。
3. グラファイト
グラファイトは層状の格子構造を有しており、分子が最小限の摩擦で容易に滑ることができます。この特性は、水が摩擦を増加させる可能性のある湿潤環境において特に有効です。
耐摩耗性添加剤として、グラファイトはポンプハウジング、インペラ、バルブシールなど、水にさらされる部品によく使用されます。グラファイトは、湿潤状態や水中環境におけるプラスチックの耐摩耗性を大幅に向上させ、メンテナンスの必要性を軽減し、耐用年数を延ばします。
4. ポリシロキサン
ポリシロキサンは移行性耐摩耗添加剤です。熱可塑性プラスチックに添加すると、徐々に表面に移行し、連続した保護膜を形成します。
ポリシロキサンの粘度は性能を左右します。粘度が低いほど移行が速くなり、耐摩耗性が向上します。しかし、粘度が低すぎると蒸発や移行が速くなり、効果が低下する可能性があります。最適な性能を得るには、適切な粘度を選択することが不可欠です。
5. ガラス繊維
ガラス繊維は、主に二酸化ケイ素から作られた無機材料です。高い強度、耐熱性、耐腐食性を備えています。
単体では脆いものの、ポリマー分子間の機械的結合を促進することで、プラスチック構造を大幅に強化します。この結合により、構造の完全性と耐摩耗性が向上します。ポンプ、バルブ、ベアリング、ギア、支持部材などに広く使用され、耐久性と耐荷重性を向上させます。
6. カーボンファイバー
炭素繊維は、有機前駆体を高温で炭化させることで製造されます。ガラス繊維と同様に、構造の完全性、耐摩耗性、耐荷重性を向上させます。
しかし、ガラス繊維よりも柔らかく、摩耗性が低いため、表面の傷つきを極力避けたい用途に適しています。自己潤滑性を備えているため、航空宇宙や精密機械などのハイエンド用途におけるオイルフリーベアリング、ギア、ピストンリングに最適です。
7. アラミド繊維（ケブラー）
アラミド繊維は、1960年代にデュポン社が開発した高強度合成繊維で、優れた耐熱性と耐薬品性を備えています。その強度は鋼鉄の5～6倍です。
耐摩耗性添加剤として、ガラス繊維や炭素繊維よりも柔らかく、摩耗性が低いため、特に表面保護が重要な用途で有用です。例えば、超高分子量ポリエチレンと組み合わせて、タクティカルヘルメットの耐摩耗性と衝撃吸収性を向上させるために使用されます。
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