【メルマガVOL.29】無給油潤滑を可能にする！フッ素樹脂の低摩擦性について解説

こんにちは！㈱吉田SKTの小島と申します。

皆さんは「潤滑剤」と聞くとなにを思い浮かべますか？
私は学生時代、自転車のチェーンによく使っていた、チェーンオイルが思い浮かびました。
あの、手が真っ黒になるやつです・・・。
潤滑剤は性状によって、液体/半固体/固体　に分類され、使用環境や条件に応じて使い分けが必要です。

先ほどのチェーンオイルは「液体潤滑剤」、グリースは「半固体潤滑剤」、弊社が主に取り扱っているフッ素樹脂は「固体潤滑剤」に分類されます。

フッ素樹脂の特性のひとつに「低摩擦性」があります。
「摺動性がよい」や「滑り性がよい」といった言葉でも表されますが、要するに、フッ素樹脂はよく滑るのです。
この特性を潤滑剤として利用することでスムーズな製品搬送や摩擦による摩耗（材料表面の肉減り等）の低減が可能になります。

今回のメルマガでは「なぜフッ素樹脂は低摩擦性に優れるのか？」をPTFEを例にご紹介します。
ぜひご一読ください。

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■ＩＮＤＥＸ■
　1.　フッ素樹脂の低摩擦性
　2.　PTFEが低摩擦性に優れる理由
　　　～ 分子表面の滑らかさ～
　　　～ 原子間結合力の強さ～
　　　～ ラメラ構造と相手材への移着～
　3.　固体潤滑剤の特長
　4.　フッ素樹脂の低摩擦性を利用してできること
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1.　フッ素樹脂の低摩擦性

低摩擦性を評価する物差しとして、「摩擦係数」がよく用いられます。
2つの物質が互いに接触しているときに、相互運動を妨げる力を摩擦力をといいます。
摩擦係数は物体表面に生じる摩擦力の大きさを示し、摩擦係数の数値が大きいほど滑りにくく、小さいほどよく滑ることを表します。
静止しているものを動かそうとするときの摩擦係数を「静摩擦係数」、動いているときの摩擦係数を「動摩擦係数」といいます。

フッ素樹脂（PTFE）の摩擦係数は、静摩擦係数・動摩擦係数ともに、他のプラスチックと比較して非常に小さくなっています。
また、フッ素樹脂の中でも静摩擦係数は微妙に異なっており、PTFEが最も小さい値となっています。

2.　PTFEが低摩擦性に優れる理由

～分子表面の滑らかさ～

下図で示されるように、PTFEの分子構造は、化学的に対称で直鎖状です。
そのため分子表面の凹凸が少なく、全体的に滑らかで引っかかりが少ない表面になっているため低摩擦性に優れるとされています。

～原子間結合力の強さ～

PTFE分子は、炭素原子Cとフッ素原子Fで構成されています。
このCとFの原子間結合力は、化学界では最も強固で安定した化学結合のひとつです。

PTFE分子は、自身の結合力が非常に強いため相手分子と引き合う力は弱く、凝着しにくい特徴が優れた低摩擦性を生み出しているといえます。

～ラメラ構造と相手材への移着～

PTFEは、結晶層と非晶層が積層したラメラ構造（板状結晶）をしています。
PTFE表面に相手材が接触し、摩擦が生じる際、結晶層がズレを起こしやすいと言われています。
これはフッ素樹脂（PFA、FEP含む）特有の現象です。

結晶層がズレを起こすと、最表面のPTFEは相手材の方に移着し非常に薄いPTFE膜を形成するとされています。
肉眼では確認できないほどの非常に薄いPTFE層が相手材に形成されることで本来はPTFEと相手材との摩擦であるところが、PTFE同士の摩擦となり、滑りやすくなるのです。

3.　固体潤滑剤の特長

フッ素樹脂をはじめとする、固体潤滑剤は固形の微粒子や薄膜からなる潤滑剤です。
オイルやグリースなどの液体/半固体潤滑剤に比べて飛び散りや漏れが少ないので、製品汚染が気になる場合や、真空中などの特殊環境下でも安定した潤滑効果を発揮できます。

4.　フッ素樹脂の低摩擦性を利用してできること

潤滑剤としてのフッ素樹脂のメリットとして、下記が挙げられます。
・オイルやグリースのように周囲を汚染しない
・相手材を着色させない
・様々な環境で使用できる

フッ素樹脂の低摩擦性は、無給油潤滑を可能にし、潤滑油やグリースが使用できない環境で多く利用されています。
また耐熱性などにも優れるため、様々な環境で使用されています。

例えば衣類や髪の毛に使うアイロンの熱板にフッ素樹脂コーティングが加工されている場合があります。
この場合、滑りの良さに加えて、高温に対する耐熱性が必要になるため、両方の性質を兼ね備えているフッ素樹脂が利用されるのです。

吉田SKTでは、フッ素樹脂コーティングはもちろんのこと、他にも摺動・潤滑・滑り性に優れた表面処理（コーティング）を取り扱っております。
ぜひ下記リンクもご覧ください。
摺動・潤滑・滑り性に優れた表面処理（コーティング）

今回もメルマガを読んでいただきありがとうございました。

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