CN100564446C - 树脂皮带轮 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种树脂皮带轮，由树脂组合物形成，该树脂组合物含有作为基础树脂的酚醛树脂、莫氏硬度6.5以上的无机粉末15～50重量%、增强纤维20～40重量%以及润滑剂1～5重量%，该树脂皮带轮是通过使酚醛树脂热固化来形成的，其尺寸稳定性和强度均优良，特别是在粉尘气氛等环境中的耐磨性也优良，从而作为金属皮带轮替代品的实用性优良。

Description

树脂皮带轮

技术领域

本发明涉及特别适用于汽车的发动机的周边等部位的树脂皮带轮。

背景技术

作为在汽车发动机的周边等部位使用的皮带轮，一般是金属皮带轮，但是在近年来，随着对汽车零部件提出的小型化、轻量化和低成本化的要求，人们正在研究将其替换成树脂皮带轮。

特别是使用酚醛树脂作为基础树脂、用增强纤维进行增强、并在成型的同时或在成型之后使酚醛树脂热固化而获得的树脂皮带轮，具有与金属皮带轮同等程度良好的尺寸稳定性和强度。

然而，当为了提高所说的尺寸稳定性或强度而增加增强纤维的含有比例时，树脂皮带轮的耐磨性有降低的倾向。因此，随着耐磨性的降低，特别是在未铺装的道路上行驶时，由于处在粉尘的气氛中，当与飞扬的沙尘接触时，树脂皮带轮就产生了容易磨损的倾向。因此，与金属皮带轮相比，树脂皮带轮的耐磨性就往往显得不够好。

因此，为了使能够作为金属皮带轮替代品使用的具有优良特性的树脂皮带轮达到实用化，人们在进行各种尝试。

例如，在日本专利申请公开公报的特开平8-159244号公报中记载，通过把一种向酚醛树脂中加入至少选自碳酸钙、粘土和硅灰石中的一种无机粉末、以及云母粉末和玻璃纤维而构成的树脂组合物成型为树脂皮带轮，可以提高该树脂皮带轮的耐磨性。

然而，上述例示的无机粉末和云母粉末都是质地较软的，因此，特别是在处于上述那样的粉尘气氛中的情况下，由于与沙尘等接触而使树脂皮带轮本身容易磨损。另外，由于磨损而从树脂皮带轮脱落的无机粉末或云母粉末的微粉，与沙尘一起促进了树脂皮带轮的磨损。因此反而会使树脂皮带轮的耐磨性降低，这是存在的问题。

另外，在日本专利公报第3192082号中记载，通过把一种向酚醛树脂中加入无机纤维、有机纤维、二氧化硅粉末和弹性体而构成的树脂组合物成型为树脂皮带轮，也可以提高该树脂皮带轮的耐磨性。

与上述的无机粉末和云母相比，二氧化硅粉末较硬，因此可以期待，它能提高树脂皮带轮在粉尘气氛等环境中的耐磨性。

然而，二氧化硅粉末的含有比例相对于树脂组合物的总量只有3～7重量％这样少，此外还含有软的有机纤维和弹性体，因此，在粉尘气氛等环境中，树脂皮带轮的耐磨性提高的效果仍然不够好。

发明内容

本发明的目的是提供一种尺寸稳定性和强度均优良，而且特别是在粉尘气氛等环境中的耐磨性也优良的树脂皮带轮用树脂组合物，以及该树脂组合物可以满意地作为金属皮带轮替代品使用的新的树脂皮带轮。

为了达到上述目的，本发明的树脂皮带轮由树脂组合物构成，其特征在于，该树脂组合物含有可溶型酚醛树脂作为基础树脂，同时还含有球形二氧化硅粉末33～50重量％、玻璃纤维20～30重量％和润滑剂1～5重量％。

按照本发明，由于使用增强纤维来增强作为基础树脂的酚醛树脂，因此可以获得尺寸稳定性和强度均优良的树脂皮带轮，而且，由于含有莫氏硬度6.5以上的硬质无机粉末，因此可以获得耐磨性也优良的树脂皮带轮。

作为无机粉末，优选球形二氧化硅粉末，且其含有为33～50重量％；或者优选是平均粒径在30μm以下的球形二氧化硅粉末。

由于这样微小的球形二氧化硅粉末具有优良的分散性，因此可以更均匀地分散在树脂皮带轮的表面上。并因此可以进一步地提高树脂皮带轮的耐磨性。

另外，通过使用这样的球形二氧化硅粉末，在利用例如注射模塑成型，把通过加热、熔融而变成流动化的树脂组合物填充入模具中与树脂皮带轮的形状相对应的模腔内，然后使酚醛树脂固化来制造树脂皮带轮时，也可以抑制该模具的磨损。

作为润滑剂，优选是平均粒径在10μm以下的氟树脂粉末。

由于这样微小的氟树脂粉末具有优良的分散性，因此可以更均匀地分散在树脂皮带轮的表面上。因此，只需添加少量的氟树脂粉末，即能给树脂皮带轮的表面赋予良好的润滑性，并能进一步提高其耐磨性。

作为增强纤维，优选是玻璃纤维。

使用玻璃纤维可以更牢固地增强酚醛树脂，并能进一步地提高树脂皮带轮的尺寸稳定性和强度。

作为酚醛树脂，优选是数均分子量为600～900的酚醛树脂。

通过使用这样的酚醛树脂，在利用例如注射模塑成型，把通过加热、熔融而变成流动化的树脂组合物填充入模具中与树脂皮带轮的形状相对应的模腔内，然后使酚醛树脂固化来制造树脂皮带轮时，可以将树脂组合物的流动性调整到适宜的范围内，从而可以使树脂组合物无间隙地而且大致均匀地充满模腔内的各个角落。因此，可以成型为一种没有欠注射、气泡或熔合线等成型不良的、良好的树脂皮带轮。

附图说明

图1是表示本发明的树脂皮带轮的一例实施方式的剖面图。

具体实施方式

下面说明本发明。

如上所述，本发明的树脂皮带轮是由树脂组合物成型而制得的，该树脂组合物含有酚醛树脂作为基础树脂，同时还含有莫氏硬度在6.5以上的无机粉末、增强纤维和润滑剂。

详细地说，可以用上述的树脂组合物来形成整个树脂皮带轮，也可以形成一种复合结构，在该复合结构中，与轴连接的部分由金属芯子形成，而由上述树脂组合物构成的皮带轮主体则包围在该金属芯子的周围。

其中，前者树脂皮带轮可以象上述那样通过注射模塑成型来制造。

也就是说，可以按下述步骤来制造树脂皮带轮，即，把含有上述各成分的树脂组合物在注射模塑成型机的料筒内加热熔融后，将其注射并填充入一个预先加热至酚醛树脂的固化温度以上的模具中与树脂皮带轮的形状相对应的模腔内，进而使酚醛树脂热固化。

另外，后者的具有复合结构的树脂皮带轮可以通过作为注射模塑成型方法中之一的嵌入成型来制造。

也就是说，可以按照下述步骤来制造具有复合结构的树脂皮带轮，即，准备这样一个模具，该模具具有与树脂皮带轮主体的形状相对应的模腔，同时在其中心部设置有用于保持金属芯子的保持部，在将金属芯子保持在该模具的保持部中的状态下，一边预先加热至酚醛树脂的固化温度以上，一边与上述同样地把在注射模塑成型机的料筒内加热熔化的树脂组合物注射并填充入模腔内，然后使该酚醛树脂热固化。

另外，作为金属芯子，可以是与轴直接连接的单一的部件，除此之外，也可以象图1所示那样，把转动轴承2的外轮21作为金属芯子，通过上述的嵌入成型等方法来与皮带轮主体11一体化。然后按下述方法来构成树脂皮带轮1，即，在与皮带轮主体11一体化的外轮21内组装入转动体22、内轮23、保持器24和盖子25、26，同时填充入润滑脂，如此组装成转动轴承2，从而构成树脂皮带轮1。

作为在树脂组合物中含有的酚醛树脂，在考虑利用上述的注射模塑成型等方法来制造树脂皮带轮时，优选是在常温下为固态的线型酚醛树脂或可溶型酚醛树脂。

特别是树脂皮带轮具有上述金属芯子等的金属制的嵌入部件的场合，更优选是耐热冲击性好和尺寸稳定性优良的可溶型酚醛树脂。

另外，在使用线型酚醛树脂的场合，优选是按照每100重量份的树脂配合进12～20重量份的六亚甲基四胺作为固化剂。

另外，作为酚醛树脂，如上所述，在通过注射模塑成型来制造树脂皮带轮时，为了将树脂组合物的流动性调整到适宜的范围内，不管树脂的类型如何，均优选使用数均分子量为600～900的酚醛树脂。

使用数均分子量小于600的酚醛树脂的树脂组合物，其加热熔融时的粘度过小，在注射模塑成型时不能获得足够的树脂压力；另外，使用数均分子量超过900的酚醛树脂的树脂组合物，在加热熔融时不能获得足够的流动性；因此，在这两种情况下，皆不能成型为一种没有欠注射、气泡或熔合线等成型不良的、良好的树脂皮带轮。

另外，关于酚醛树脂的数均分子量，例如根据在成型时使用的模具的形状、结构等，为了获得最适宜的流动性，还可以在上述分子量的范围内选择最适宜的范围。例如，象下述的实施例那样，在使用片门式的模具来成型树脂皮带轮的场合，优选在上述的范围内把酚醛树脂的数均分子量定为800左右。

把酚醛树脂在树脂组合物总量中的含有比例定为如下所述各成分的余量。也就是说，把以下各成分加上树脂组合物合计的含有比例作为100重量％来规定树脂组合物的量。

作为无机粉末，如上所述，可以使用莫氏硬度在6.5以上的各种无机粉末。

作为所说的无机粉末，例如可以举出二氧化硅粉末(莫氏硬度7～8)、氧化铝粉末(莫氏硬度8)、氧化锆粉末(莫氏硬度11)等。

这些无机粉末都是坚硬的，因此，在粉尘气氛等的环境中，即使与沙尘等接触，其自身也不易磨损。因此，由于磨损而从树脂皮带轮脱落的无机粉末微粉与沙尘一起也不会促进树脂皮带轮的磨损。因此，通过使用这些无机粉末，可以防止树脂皮带轮的磨损，从而可以提高其耐磨性。

特别是二氧化硅粉末，它是在粉尘气氛中能够将树脂皮带轮磨损的沙尘的主成分，而且在一般情况下，它比含有杂质的沙尘还硬，因此，不仅其自身难以磨损，而且相反地它起到一种能把与其接触的沙尘粉碎和磨损的作用。因此它能进一步提高树脂皮带轮的耐磨性。

另外，如上所述，作为二氧化硅粉末，在使用平均粒径30μm以下的球形二氧化硅粉末的场合，它要比那些较大粒径的二氧化硅粉末更难发生凝聚等现象，因此可以更均匀地分散在树脂皮带轮的表面上，从而可以更进一步地提高树脂皮带轮的耐磨性。

另外，比该粒径大的二氧化硅粉末或者不呈球形的无定形二氧化硅粉末等，在注射模塑成型中当二氧化硅粉末与模具冲撞时，容易使该模具的表面磨损，但是，当上述的微小球形二氧化硅粉末是粒径小的粉末并呈球形时，由于其表面是光滑的，因此难以将模具磨损，从而可以抑制在反复进行注射模塑成型时产生的模具磨损。

应予说明，虽然球形二氧化硅粉末的平均粒径越小越好，但是如果平均粒径过小，就反而会导致分散性降低并容易产生凝聚等现象，从而有时不能达到均匀地分散在树脂皮带轮的表面上。因此有时不能提高树脂皮带轮的耐磨性。

因此，球形二氧化硅粉末的平均粒径优选在5μm以上。

另外，在使用二氧化硅粉末以外的莫氏硬度在6.5以上的其他无机粉末的场合，由于与上述同样的理由，也优选使用平均粒径在30μm以下，更优选在5μm以上的球形的粉末。

相对于树脂组合物的总量，莫氏硬度6.5以上的无机粉末的含有比例必须为15～50重量％。

如果无机粉末的含有比例小于15重量％，则不能通过添加该无机粉末来获得提高树脂皮带轮的耐磨性的效果。

另外，在无机粉末的含有比例超过50重量％的情况下，虽然也与其他成分的含有比例有关，但是由于酚醛树脂的含有比例相对过少，因此在实质上难以通过注射模塑成型等方法来形成树脂皮带轮。

另外，当考虑要提高树脂皮带轮的耐磨性时，无机粉末的含有比例即便在上述的范围内也特别优选在30重量％以上。另外，当考虑要通过增加酚醛树脂含有比例并用注射模塑成型等方法来形成一种不存在上述不良现象的良好的树脂皮带轮时，酚醛树脂的含有比例即便在上述范围内也特别优选在45重量％以下。

作为增强纤维，可以使用无机或有机的各种增强纤维，其中特别优选使用无机纤维。另外，作为无机纤维，可以举出玻璃纤维、硼纤维、碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、无机系晶须(whisker)等，其中特别优选是玻璃纤维，因为玻璃纤维容易制造和容易购得，而且价格低廉，并且其增强效果优良。

相对于树脂组合物的总量，增强纤维的含有比例必须为20～40重量％。

如果增强纤维的含有比例小于20重量％，则不能通过添加该增强纤维来获得提高尺寸稳定性或强度的效果。

另外，当增强纤维的含有比例超过40重量％时，容易对作为树脂皮带轮对方材料的皮带等造成损伤，存在所谓皮带损伤性变强的问题。

另外，在考虑要进一步提高树脂皮带轮的尺寸稳定性或强度时，增强纤维的含有比例即便在上述范围内也特别优选在20重量％以上。另外，在考虑要抑制树脂皮带轮对皮带的损伤性，增强纤维的含有比例即便在上述范围内也特别优选在30重量％以下。

作为润滑剂，优选使用具有润滑性的树脂粉末，作为这样的树脂粉末，优选是例如聚四氟乙烯(PTFE)粉末等润滑性优良的氟树脂粉末。

另外，作为氟树脂粉末，如上所述，优选是平均粒径在10μm以下。

平均粒径在10μm以下的微小氟树脂粉末可以更均匀地分散在树脂皮带轮的表面上。因此，只需添加少量的氟树脂粉末，就能向树脂皮带轮的表面赋予良好的润滑性。

应予说明，虽然氟树脂粉末的平均粒径越小越好，但是如果平均粒径过小，则容易导致分散性降低和产生凝聚等，并且有时不能均匀地分散在树脂皮带轮的表面上。因此有时不能向树脂皮带轮的表面赋予良好的润滑性。

因此，氟树脂粉末的平均粒径优选在1μm以上。

相对于树脂组合物的总量，氟树脂粉末等润滑剂的含有比例必须为1～5重量％。

当润滑剂的含有比例小于1重量％时，不能通过添加该润滑剂来获得向树脂皮带轮赋予良好润滑性的效果。

另外，当润滑剂的含有比例超过5重量％时，由于这些润滑剂多数都是上述的氟树脂粉末等，它们都是耐热性比酚醛树脂固化物差的成分，因此导致树脂皮带轮的耐热性降低。

另外，当考虑要向树脂皮带轮的表面赋予更良好的润滑性时，润滑剂的含有比例即便在上述范围内也特别优选在2重量％以上。另外，当考虑要提高树脂皮带轮的耐热性时，润滑剂的含有比例即便在上述范围内也特别优选在4重量％以下。

在树脂组合物中，除了上述各成分之外，还可以以公知的含有比例范围添加各种添加剂，例如颜料等的着色剂、用于使成型后的树脂皮带轮容易从模具脱离的脱模剂、上述的六亚甲基四胺等的固化剂等。

本发明的树脂皮带轮，为了提高其耐久性和强度，使该树脂皮带轮处于粉尘量为1kg/m³和粉尘流速为1m/s的粉尘气氛中，让树脂皮带轮按照旋转次数8000rpm的条件连续旋转1000小时后对其进行计测，所测得的以沟的摩擦面的磨损厚度(mm)表示的耐磨性优选小于0.4mm，更优选在0.38mm以下，特别优选在0.35mm以下。

实施例

下面根据实施例和比较例来说明本发明。

实施例1

将下述各成分置于亨舍尔混合机中混合，接着用加热至85℃的热辊混炼并使其薄片化，然后将其粉碎，从而制成了树脂组合物。

表1

※1：数均分子量800

※2：平均粒径20μm，莫氏硬度7～8

※3：平均纤维径13μm，平均纤维长度250μm

※4：平均粒径10μm，大金工业(株)制的LuburonL-2

应予说明，可溶型酚醛树脂的数均分子量是用高效液相色谱[东ソ-(株)制的HLC-802A]测定的，在该液相色谱中安装有由东ソ-(株)制的TSK-Gel柱G3000H8(×1根)、G2000H8(×2根)和G1000H8(×1根)作为色谱柱。

另外，准备了一个片门式的模具，该模具具有与图1所示树脂皮带轮1的皮带轮主体11的形状相对应的模腔，同时在该模腔内与皮带轮主体11的中心部对应的位置设置有用于保持转动轴承2的外轮21的保持部。

然后，将该模具设置到注射模塑成型机中并将其加热至170℃，同时将上述的树脂组合物供给到注射模塑成型机的漏斗中。

然后将外轮21设置到模具的保持部中并将模具合模，然后把料筒内熔融、混炼好的树脂组合物注射、填充入模腔内，同时使其固化，从而形成了皮带轮主体11而且与外轮21成为一体化。

然后把由皮带轮主体11和外轮21一体化而构成的嵌入成型品从模具中取出，待其冷却后，将其与转动体22、内轮23、保持器24和盖子25、26组装在一起，同时充入润滑脂，从而组装成转动轴承2，并制成了树脂皮带轮1。

实施例2、3、比较例1～4

除了使用通过将表2所示各成分配合而制成的树脂组合物以外，其余的通过与实施例1相同的方式制成了图1所示的树脂皮带轮1。

另外，在该表中，除了在上述实施例1中已说明的成分以外，其余各成分如下所述。

(无机粉末)

无定形的二氧化硅粉末：平均粒径100μm，莫氏硬度7～8

云母粉末：平均粒径50μm，莫氏硬度3

(增强纤维)

钛酸钾晶须：无机纤维，平均纤维径0.5μm，平均纤维长度15μm

棉纤维：有机纤维，平均纤维径15μm，平均纤维长度100μm

对于以上述各实施例、比较例制造的树脂皮带轮1，进行下述的各个试验，评价其特性。

耐磨性试验

在实施例、比较例的树脂皮带轮1与金属制的皮带轮之间挂上一条橡胶制的皮带。图中虽然没有示出皮带，但是在该皮带的内周侧具有与皮带轮主体11的外周的沟11a的凹凸形状对应的凹凸面。

然后，在粉尘量1kg/m³、粉尘流速1m/s的粉尘气氛中将树脂皮带轮1按照旋转数8000rpm的条件连续旋转1000小时，然后测定沟11a的斜面磨损的厚度(mm)，据此评价其耐磨性。

皮带损伤性试验

在进行上述连续旋转后，观察皮带与沟11a接触的凹凸面的损伤程度，按下述基准进行评价。

好：几乎无损伤。无皮带损伤性

差：剧烈损伤，不能再使用。有皮带损伤性。

耐热冲击性试验

为了评价实施例、比较例的树脂皮带轮1的尺寸稳定性，将该树脂皮带轮1在120℃下加热30分钟，然后在-40℃冷却30分钟，以此处理作为1个循环，将该操作进行1000个循环后，观察在皮带轮主体11上是否发生了裂纹。然后对不发生裂纹的皮带轮评价为好(耐热冲击性良好)，对发生裂纹的皮带轮评价为差(耐热冲击性不良)。

以上结果示于表2中。

表2

	实施例1	实施例2	实施例3	比较例1	比较例2	比较例3	比较例4
								可溶型酚醛树脂(重量％)	23	35	43	28	30	30	45
球形二氧化硅粉末(重量％)	40	33	20	-	-	-	-
								无定形二氧化硅粉末(重量％)	-	-	-	20		-	5
云母粉末(重量％)	-	-	-	-	40	-	-
								玻璃纤维(重量％)	30	25	30	45	25	25	40
钛酸钾晶须(重量％)	-	-	-	-	-	38	-
								棉纤维(重量％)	-	-	-	-	-	-	5
氟树脂粉末(重量％)	2	2	2	2	-	2	-
								颜料、脱模剂及其它(重量％)	5	5	5	5	5	5	5
耐磨性(磨损厚度)	0.20	0.24	0.33	0.52	0.58	0.48	0.40
								皮带损伤性	好	好	好	差	差	差	差
耐热冲击性	好	好	好	好	差	好	好

从表2可以看出，比较例1的树脂皮带轮虽然由于其玻璃纤维的含有比例多达45重量％而使得其耐热冲击性优良，并且尺寸稳定性良好，但是其磨损厚度高达0.52mm，因此其耐磨性差，而且具有皮带损伤性。

另外可以看出，比较例2的树脂皮带轮，由于使用软的云母粉末作为无机粉末，其磨损厚度高达0.58mm，故其耐磨性差。另外可以看出，比较例2的树脂皮带轮，由于省略了作为润滑剂的氟树脂粉末，因此不能获得赋予良好润滑性的效果，同时具有皮带损伤性。

进而还可看出，比较例2的树脂皮带轮，由于填充入大量的云母粉末，导致成型时树脂组合物的流动性降低，使得最弱部的熔接强度低下，因此容易受到耐热冲击并容易发生裂纹，也可认为其耐热冲击性差。

比较例3的树脂皮带轮不使用无机粉末而合并使用作为增强纤维的玻璃纤维和钛酸钾晶须，其总含有比例高达63重量％，因此其耐热冲击性优良，并且尺寸稳定性良好，但是其磨损厚度高达0.48mm，其耐磨性差，而且具有皮带损伤性。

进而，从上述的日本专利第3192082号公报的构成中省去弹性体的比较例4的树脂皮带轮，其无定形二氧化硅粉末的量少至5重量％，而且使用软的棉纤维作为增强纤维，因此其磨损厚度高达0.40mm，可以认为其耐磨性差。

与此相对照，可以确认，实施例1～3的树脂皮带轮，任一种的磨损厚度皆小，耐磨性优良，同时其耐热冲击性优良，而且不具有皮带损伤性。

另外，将各实施例进行比较，可以确认，球形二氧化硅粉末的含有比例越多，磨损厚度越小，因此可以提高其耐磨性。

Claims (5)

1.一种树脂皮带轮，由树脂组合物形成，其特征在于，上述树脂组合物含有可溶型酚醛树脂作为基础树脂，同时还含有球形二氧化硅粉末33～50重量％、玻璃纤维20～30重量％以及润滑剂1～5重量％。

2.如权利要求1所述的树脂皮带轮，其中，球形二氧化硅粉末的平均粒径在30μm以下。

3.如权利要求1所述的树脂皮带轮，其中，润滑剂是平均粒径在10μm以下的氟树脂粉末。

4.如权利要求1所述的树脂皮带轮，其中，可溶型酚醛树脂的数均分子量为600～900。

5.一种树脂皮带轮用树脂组合物，其中含有可溶型酚醛树脂作为基础树脂，同时还含有球形二氧化硅粉末33～50重量％、玻璃纤维20～30重量％以及润滑剂1～5重量％。

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