CN101223071A - 用于电力转向装置的齿轮 - Google Patents

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Abstract

用于降低带有减速齿轮机置的转向辅助装置的电动机转速并将旋转传送给转向机置的电力转向装置的齿轮，该齿轮并入并用在减速齿轮机置中，其中齿轮的至少轮齿由非增强型树脂组合物形成，该组合物包含：(a)至少在末端具有羧基的聚酰胺树脂；(b)0.5至5重量％的聚碳二酰亚胺化合物，和(c)3至15重量％的用反应性官能团改性的弹性材料。

Description

用于电力转向装置的齿轮
发明领域
本发明涉及聚酰胺树脂组合物。更特别地，本发明涉及包含抗冲改性剂、聚碳二酰亚胺、和任选酚醛树脂的聚酰胺树脂组合物。该聚酰胺组合物具有良好的抗冲击性和劲度。
本发明的组合物优选用于电力转向装置的齿轮，其用于降低转速并增加汽车的电力转向装置中电动机的功率输出。
发明背景
聚酰胺组合物由于其优异的物理性质、耐化学性和加工性能而用于多种用途。常见应用包括汽车部件以及电和电子部件。尽管聚酰胺具有良好的固有韧性，但通常使用低弹性橡胶抗冲改性剂提高聚酰胺组合物的韧性。但是，这些抗冲改性剂的添加可能降低所得树脂的劲度。通过添加增强剂和填料，特别是无机增强剂(例如玻璃纤维)和矿物填料，可以改进劲度，但这种措施可能导致与加工设备上的磨损、各向异性、提高的熔体粘度和降低的抗水解性有关的其它问题。因此，不需要添加附加增强剂和填料就可以具有良好劲度的含抗冲改性剂的聚酰胺组合物是合意的。
下列公开可能与本发明的各个方面有关，并可以简要概括如下：
已知的是，通过在聚酰胺树脂中添加用反应性官能团改性的弹性体材料，可以显著改进冲击强度。例如，在美国专利4,346,194中公开了增韧的聚酰胺掺合物，其含有a)60至97重量％聚酰胺(66尼龙与6尼龙的混合物)和b)3至40重量％的聚合增韧剂，其选自(i)具有羧基或羧酸酯官能度的弹性体烯烃共聚物，或(ii)至少一种α-烯烃和至少一种α，β-不饱和羧酸的离子共聚物，其可以含有可三元共聚的单体，且其通过用金属碱性盐中和其酸性成分来至少部分离子化。
已经公开了通过添加聚碳二酰亚胺来改进熔体粘度和抗水解性的聚酰胺组合物。例如，在美国专利4,128,599中公开了具有独特的流变性和改进的剪切性的聚碳二酰亚胺改性的易加工聚酰胺产品。其公开了，聚碳二酰亚胺充当桥连剂，其中碳二酰亚胺基团桥接聚酰胺中的末端COOH和NH2基团。
美国专利5,360,888公开了含有0.1至5重量％芳族聚碳二酰亚胺的聚酰胺树脂组合物，其对高温水解稳定化。
美国专利申请公开2004/0010094公开了以0.10比3.5摩尔当量的聚酰胺中的碳二酰亚胺基团比酸端基的比率包含芳族或脂族聚碳二酰亚胺的聚酰胺树脂组合物。
聚酰胺组合物的应用包括如上所述的汽车部件。在柱型电力转向装置中，例如，使用小齿轮(例如蜗杆(worm))，和大齿轮(例如蜗轮(worm wheel))作为减速齿轮机置(mechanism)，并在电动机的转速已经降低并通过从小齿轮到大齿轮的传动来增大功率输出后，对转向轴施以旋转，由此施加辅助转向操作的扭矩。在轻型四轮汽车或在普通客车，特别是相对小型的客车中所用的电力转向装置中，通常对小齿轮和大齿轮中的至少一个齿轮，特别是对大齿轮，使用所谓的树脂齿轮，其中至少其轮齿(tooth)是由树脂而非传统金属制成的，其目的通过降低减速齿轮机置中的轮齿冲击噪音、降低重量和降低滑动阻力来降低噪声级别。
更具体地，具有环形金属芯(其连接到转向轴上以便能够与其整体旋转)和由树脂制成的环形齿轮体(在其外周上具有轮齿，并围绕芯的外周形成)的复合结构的树脂齿轮已经广泛用作电力转向装置的齿轮减速机置的大齿轮。此外，通常使用聚酰胺树脂，例如MC(单体浇铸)尼龙、聚酰胺6、聚酰胺66、和聚酰胺46作为形成齿轮体的基础树脂。近年来，与之前相比更多地研究了使用树脂齿轮作为更大型汽车的电力转向装置中的减速齿轮机置的大齿轮的可能性。此外，最近对尺寸和重量小于传统装置的电力转向装置产生需求，无论汽车尺寸如何，目的是生产造成更少环境污染的具有更好燃料效率的汽车。
但是，与这类传统树脂齿轮有关的问题在于，当它们加入大型汽车的电力转向装置或尺寸降低的电力转向装置以降低燃料消耗时，不能充分确保所需耐久性且齿轮在相对较短的时间间隔内破裂(fracture)。这是因为，电动机的功率输出不得不提高且传送到减速齿轮机置中的扭矩随汽车尺寸变大而提高。此外，随着电力转向装置的尺寸降低，变得难以采用这类措施提高模量和降低大齿轮中的表面压力，且从小齿轮传送到大齿轮的表面压力倾向于提高。目前，传统的树脂齿轮不能充分满足提高减速齿轮机置的功率输出的要求。
相应地，需要提供既具有与传送到减速齿轮机置的更高功率输出对应的高刚度，特别是在电力转向装置的高温使用环境中保持高强度所必须的刚度，又具有防止树脂齿轮在外加应力下容易破裂的高韧度的树脂齿轮。公知的是，通过将玻璃纤维之类的增强纤维与充当基础树脂的聚酰胺树脂掺合，可以提高树脂组合物的刚度。但是，所产生的问题在于，树脂组合物的韧度显著降低。再一问题在于，由这种树脂组合物形成的树脂齿轮具有所谓的冲击能力(attack ability)，且与其组装在一起的金属齿轮的齿容易损坏或耗旧。此外，由损坏和耗旧的金属齿轮产生的细金属粉末(磨损粉末)容易切割或损坏轮齿本身。为此，不含增强纤维的非增强型树脂组合物优选用于形成树脂齿轮。已经进行了各种研究以改进非增强型树脂组合物的性质。
例如，已知的是，通过将弹性材料与充当基础树脂的聚酰胺树脂掺合，可以提高树脂组合物的韧度。但是，由于刚性降低，使用这种树脂组合物形成的树脂齿轮容易变形。所产生的问题在于，例如，当使用该树脂齿轮作为大齿轮并通过电动机的旋转经由小齿轮施加扭矩时，大齿轮变形，来自小齿轮的扭矩传送率降低，或旋转延迟，且与小齿轮的咬合容易变差。再一问题在于，除了这类树脂齿轮对瞬时形变的易感性外，也容易在其中产生蠕变，且蠕变容易降低尺寸稳定性并造成与小齿轮的咬合中的齿隙波动。
同样已知的是，提高聚酰胺树脂的分子量可以提高韧度，同时防止刚度降低。但是，例如，当各种添加剂与聚酰胺树脂掺合并在将树脂加热至等于或高于聚酰胺树脂的熔点并熔融的状态下捏和后制造用于注射成型的模制材料(丸粒，等等)时，或当通过将制成的模制材料再加热至等于或高于其熔点的温度并在注射成型装置的圆筒中熔融然后将树脂注入与注射成型装置相连的金属模具，例如在复杂结构的树脂齿轮的情况下注入与齿轮体的形状相对应的成型膜腔内来制造树脂齿轮时，在聚酰胺树脂吸收的湿气和熔融过程中的热的作用下，聚酰胺树脂的分解增加且其分子量降低。所产生的问题在于，即使使用具有提高的分子量的聚酰胺树脂，也不能提高通过上述方法制成的树脂齿轮的韧度。
已知的是，通过将聚碳二酰亚胺化合物与聚酰胺树脂掺合，可以改进树脂组合物的各种性质。例如，日本专利申请公开No.H6-16933(权利要求1，段落No.0001，0004-0007)描述了如果聚合物芳族聚碳二酰亚胺以0.1至5重量％的比率与聚酰胺树脂掺合，则可以改进树脂组合物对水解的稳定性，特别是在酸性介质中。此外，日本专利申请公开No.H9-194719(权利要求1，段落No.0005-0008，0031，0062)描述了，如果将1-300重量份至少一种选自聚酰胺弹性体、聚酯弹性体、丙烯酸橡胶、硅橡胶、和含氟橡胶、改性聚烯烃橡胶和改性橡胶的弹性材料与总共100重量份的30至99重量％热塑性树脂，例如聚酰胺树脂和70至1重量％聚碳二酰亚胺掺合，可以改进树脂组合物的耐热性和抗冲击性。此外，日本专利申请公开No.H11-343408(权利要求1，段落No.0002-0003，0006-0007，0012-0014)描述了，如果将脂族碳二酰亚胺化合物与聚酰胺树脂掺合，则可以提高树脂组合物对水解的稳定性、耐油性、和耐金属卤化物性。
发明概述
用于降低带有减速齿轮机置的转向辅助装置的电动机转速并将旋转传送给转向机置的电力转向装置的齿轮，该齿轮并入并用在减速齿轮机置中，其中齿轮的至少轮齿由非增强型树脂组合物形成，该组合物包含：
(a)至少在末端具有羧基的聚酰胺树脂；
(b)0.5至5重量％的聚碳二酰亚胺化合物，和
(c)3至15重量％的用反应性官能团改性的弹性材料。
附图简述
图1是表明具有减速齿轮机置的电力转向装置的例子的截面示意图，该减速齿轮机置包含根据本发明的用于电力转向装置的齿轮；
图2是沿图1中的II-II线段的截面图；
图3是显示在本发明的实施例和对比例中制成的用于电力转向装置的齿轮的树脂组合物的弹性弯曲模量(GPa)与切口却贝(Charpy)冲击强度(kJ/m2)之间的关系的图；
图4是显示在本发明的实施例和对比例中制成的树脂组合物的吸水率变化的图；
图5是显示使用在本发明的实施例和对比例中制成的树脂组合物形成的电力转向装置的齿轮的疲劳比。
发明详述
本发明的组合物包含聚酰胺、抗冲改性剂、聚碳二酰亚胺、和任选酚醛清漆树脂。
聚酰胺
本发明的组合物的聚酰胺是至少一种热塑性聚酰胺。聚酰胺可以是均聚物、共聚物、三元共聚物或更高级的聚合物。可以使用两种或更多聚酰胺的掺合物。合适的聚酰胺可以是二羧酸或其衍生物与二胺的缩合产物、和/或氨基羧酸、和/或内酰胺的开环聚合产物。合适的二羧酸包括己二酸、壬二酸、癸二酸、十二烷二酸、间苯二甲酸和对苯二甲酸。合适的二胺包括四亚甲基二胺、六亚甲基二胺、八亚甲基二胺、九亚甲基二胺、十二亚甲基二胺、2-甲基五亚甲基二胺、2-甲基八亚甲基二胺、三甲基六亚甲基二胺、双(对氨基环己基)甲烷、间苯二甲胺和对苯二甲胺。合适的氨基羧酸是11-氨基十二烷酸。合适的内酰胺包括己内酰胺和十二内酰胺(laurolactam)。
优选的脂族聚酰胺包括聚酰胺6；聚酰胺66；聚酰胺46；聚酰胺69；聚酰胺610；聚酰胺612；聚酰胺1010；聚酰胺11；聚酰胺12；半芳族聚酰胺，例如聚(间苯二甲基己二酰胺(m-xylylene adipamide))(聚酰胺MXD6)、聚(十二亚甲基对苯二酰胺)(聚酰胺12T)、聚(十亚甲基对苯二酰胺)(聚酰胺10T)、聚(九亚甲基对苯二酰胺)(聚酰胺9T)、六亚甲基对苯二酰胺和六亚甲基己二酰胺的聚酰胺(聚酰胺6T/66)；六亚甲基对苯二酰胺和2-甲基五亚甲基对苯二酰胺的聚酰胺(聚酰胺6T/DT)；六亚甲基间苯二酰胺和六亚甲基己二酰胺的聚酰胺(聚酰胺6I/66)；六亚甲基对苯二酰胺、六亚甲基间苯二酰胺和六亚甲基己二酰胺的聚酰胺(聚酰胺6T/6I/66)以及这些聚合物的共聚物和混合物。
合适的脂族聚酰胺的例子包括聚酰胺66/6共聚物；聚酰胺66/68共聚物；聚酰胺66/610共聚物；聚酰胺66/612共聚物；聚酰胺66/10共聚物；聚酰胺66/12共聚物；聚酰胺6/68共聚物；聚酰胺6/610共聚物；聚酰胺6/612共聚物；聚酰胺6/10共聚物；聚酰胺6/12共聚物；聚酰胺6/66/610三元共聚物；聚酰胺6/66/69三元共聚物；聚酰胺6/66/11三元共聚物；聚酰胺6/66/12三元共聚物；聚酰胺6/610/11三元共聚物；聚酰胺6/610/12三元共聚物；和聚酰胺6/66/PACM(双-对-{氨基环己基}甲烷)三元共聚物。
优选的聚酰胺是聚酰胺66。可以使用聚酰胺与其它热塑性聚合物的掺合物。聚酰胺的存在量为组合物总重量的大约77至大约96.9重量％，或优选大约83至大约94.5重量％。
抗冲改性剂
抗冲改性剂是适合将聚酰胺树脂增韧的任何抗冲改性剂。在美国专利4,174,358中给出了合适的抗冲改性剂的例子，其经此引用并入本文。优选的抗冲改性剂是羧基取代的聚烯烃，其是具有连接到其上(在聚烯烃主链本身上或在侧链上)的羧酸部分的聚烯烃。“羧酸部分”是指羧基，例如一种或多种二羧酸、二酯、二羧酸单酯、酸酐、单羧酸和酯以及盐。羧酸盐是中和的羧酸。可用的抗冲改性剂是二羧基取代的聚烯烃，其是具有连接到其上(在聚烯烃主链本身上或在侧链上)的二羧酸部分的聚烯烃。“二羧酸部分”是指二羧基，例如一种或多种二羧酸、二酯、二羧酸单酯和酸酐。优选的聚烯烃是乙烯和一种或多种其它烯烃的共聚物，其中其它烯烃是烃。
抗冲改性剂优选基于烯烃共聚物，例如乙烯/α-烯烃聚烯烃。适于制备该烯烃共聚物的烯烃的例子包括具有2至8个碳原子的链烯，例如乙烯、丙烯、1-丁烯、1-庚烯或1-己烯。可以任选在聚烯烃的制备中使用1，4-己二烯、2，5-降冰片二烯、1，7-辛二烯和/或二环戊二烯之类的二烯单体。优选的烯烃共聚物是衍生自乙烯、至少一种具有3至6个碳原子的α-烯烃和至少一种非共轭二烯的聚合物。特别优选的聚烯烃是由1，4-己二烯和/或二环戊二烯制成的乙烯-丙烯-二烯(EPDM)聚合物和乙烯/丙烯共聚物。
羧基部分可以在聚烯烃制备过程中通过与不饱和的含羧基的单体共聚来引入烯烃共聚物中以形成抗冲改性剂。羧基部分也可以通过用含有羧基部分的不饱和接枝剂，例如酸、酯、二酸、二酯、酸酯或酐将聚烯烃接枝来引入。
合适的不饱和的含羧基的共聚单体或接枝剂的例子包括马来酸、马来酸酐、马来酸单酯、马来酸单乙酯的金属盐、富马酸、富马酸单乙酯、衣康酸、乙烯基苯甲酸、乙烯基苯二甲酸、富马酸单乙酯的金属盐、以及马来酸、富马酸或衣康酸的甲基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、己基、环己基、辛基、2-乙基己基、癸基、硬脂酰基、甲氧基乙基、乙氧基乙基、羟基或乙基单酯和二酯、等等。马来酸酐是优选的。
优选的抗冲改性剂是EPDM聚合物或乙烯/丙烯共聚物，其用马来酸酐接枝。聚烯烃，例如聚乙烯、聚丙烯和含有已经用含羧基部分的不饱和化合物接枝的聚烯烃的EPDM聚合物的掺合物可以用作抗冲改性剂。
其它优选的抗冲改性剂是离子交联聚合物，其是已经用二价金属阳离子，例如锌、锰、镁或类似物部分中和的含羧基的聚合物。优选的离子交联聚合物是已经用锌部分中和的乙烯/丙烯酸和乙烯/甲基丙烯酸共聚物。离子交联聚合物可以以Surlyn商标购自E.I.DuPont deNemours & Co.，Inc.，Wilmington，DE。
抗冲改性剂在组合物中以该组合物总重量的大约2至大约20重量％，或优选大约5至大约14重量％存在。
聚碳二酰亚胺
聚碳二酰亚胺可以是脂族、脂环族、或芳族聚碳二酰亚胺，并可以表示为下列化学式：
N＝C＝N-Rn
其中R基团代表脂族、脂环族或芳族基团。
合适的R基团的例子包括但不限于源自2，6-二异丙基苯、萘、3，5-二乙基甲苯、4，4’-亚甲基-双(2，6-二亚乙基苯基)、4，4’-亚甲基-双(2-乙基-6-甲基苯基)、4，4’-亚甲基-双(2，6-二异丙基苯基)、4，4’-亚甲基-双-(2-乙基-5-甲基环己基)、2，4，6-三异丙基苯基、正己烷、环己烷、二环己基甲烷、和甲基环己烷及类似物的二价基团。
聚碳二酰亚胺可以通过本领域技术人员已知的多种方法制造。在美国专利US2,941,956或日本Kokoku专利申请S47-33279、J.Org.Chem.，28，2069-2075(1963)、Chemical Reviews，81，619-621(1981)中描述了传统的制造方法。通常，它们通过缩合反应制备，该反应伴随着有机二异氰酸酯的脱羧基化。这种方法产生异氰酸酯封端的聚碳二酰亚胺。
可以使用例如芳族二异氰酸酯、脂族二异氰酸酯和脂环族二异氰酸酯或其混合物来制备聚碳二酰亚胺。合适的例子包括1，5-萘二异氰酸酯、4，4’-二苯甲烷二异氰酸酯、4，4′-二苯基二甲基甲烷二异氰酸酯、1，3-苯二异氰酸酯、1，4-苯二异氰酸酯、2，4-三氯乙烯二异氰酸酯、2，6-三氯乙烯二异氰酸酯、2，4-三氯乙烯二异氰酸酯和2，6-三氯乙烯二异氰酸酯的混合物、1，6-己二异氰酸酯、环己烷-1，4-二异氰酸酯、二异氰酸二甲苯酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷-4，4′-二异氰酸酯、甲基环己烷二异氰酸酯、四甲代苯二亚甲基二异氰酸酯、2，6-二异丙基苯基异氰酸酯和1，3，5-三异丙基苯-2，4-二异氰酸酯、和类似物。
可以使用链终止剂控制聚合并产生具有异氰酸酯基以外的端基的聚碳二酰亚胺。合适的链终止剂的例子包括单异氰酸酯。合适的单异氰酸酯包括异氰酸苯酯、异氰酸甲苯酯、异氰酸二甲基苯酯、异氰酸环己酯、异氰酸丁酯和异氰酸萘酯等。
其它合适的链终止剂包括醇、胺、亚胺、羧酸、硫醇、醚和环氧化物。例子包括甲醇、乙醇、苯酚、环己醇、N-甲基乙醇胺、聚(乙二醇)单甲醚、聚(丙二醇)单甲醚、二乙胺、二环己胺、丁胺、环己胺、柠檬酸、苯甲酸、环己酸、1，2-乙二硫醇、芳基硫醇(arylmercaptan)和苯硫酚。
有机二异氰酸酯形成聚碳二酰亚胺的反应在碳二酰亚胺化催化剂，例如1-苯基-2-环磷烯(phospholene)-1-氧化物、3-甲基-1-苯基-2-环磷烯-1-氧化物、1-乙基-2-环磷烯-1-氧化物、3-甲基-e-环磷烯-1-氧化物和前述氧化物的3-环磷烯异构体存在下进行。其中，3-甲基-1-苯基-2-环磷烯-1-氧化物特别具有反应性。
聚碳二酰亚胺在组合物中以该组合物总重量的大约0.1至大约5重量％，或优选大于0.5至大约3重量％，或更优选大于0.5至大约2重量％存在。
在本发明的组合物中，在聚酰胺树脂与聚碳二酰亚胺之间和在聚碳二酰亚胺与抗冲改性剂之间可以具有相互作用。这些相互作用可以呈现反应形式以在末端聚酰胺羧基和聚碳二酰亚胺的碳二酰亚胺基团之间形成共价键，以及在抗冲改性剂的羧基部分和聚碳二酰亚胺的碳二酰亚胺基团之间形成共价键。形成任何共价键的反应在一些或所有情况下可以是可逆的。这些可能的相互作用意味着，组合物中的一些或所有聚碳二酰亚胺与聚酰胺和/或抗冲改性剂键合或经由非键合相互作用缔合。这些相互作用被认为有助于本发明的组合物的韧度和劲度。
酚-醛树脂
热塑性酚-醛树脂，也称作酚醛清漆树脂，可以表示为下列结构，其中R在每种情况下代表一个或更多取代基。每一取代基可以选自H、烷基、脂环基团、和芳基。每个芳环可以含有一个以上的非H取代基，且所有的非H取代基可以相同或不同。
Figure S2006800163731D00091
酚-醛树脂可以通过使至少一种醛与至少一种酚或取代酚在酸或其它催化剂存在下反应来制备，以存在摩尔过量的酚或取代酚。合适的酚和取代酚包括苯酚、邻甲酚、间甲酚、对甲酚、百里酚、乙基酚、丙基酚、对丁基酚、叔丁基邻苯二酚、戊基酚、己基酚、八酚(octaphenol)、庚基酚、壬基酚、双酚A、羟基萘、间苯二酚、双酚A、异丁子香酚、邻甲氧基酚、4，4′-二羟基苯基-2，2-丙烷、水杨酸异戊酯、水杨酸苄酯、水杨酸甲酯、2，6-二叔丁基-对甲酚及类似物。合适的醛和醛前体包括甲醛、低聚甲醛、聚甲醛、三氧杂环己烷及类似物。在酚醛清漆的制备中可以使用一种以上的醛和/或酚。也可以使用两种更多不同的酚-醛的掺合物。可用于传统塑料模制的任何热塑性酚-醛是合适的，但数均分子量为500至1500的酚-醛可以提供最小的翘曲和最佳机械性能。
优选的酚-醛包括酚-醛树脂、甲酚-甲醛树脂、间苯二酚-甲醛树脂、和丁基酚-甲醛树脂。当使用时，酚-醛树脂以组合物总重量的大约0.5至大约10重量％，或优选大约2至大约6重量％，或更优选大约2至大约5重量％存在。
本发明的组合物可以进一步包含其它添加剂，例如阻燃剂、润滑剂、脱模剂、染料和颜料、抗氧化剂、和无机填料。
在本发明的一个实施方案中，本发明的组合物不含任何增强剂，例如无机增强剂(包括玻璃和玻璃纤维)或无机填料。
本发明的组合物是熔融混合的掺合物，其中所有聚合组分彼此充分分散且所有非聚合成分分散在其中并通过聚合物基质结合，从而使该掺合物形成统一的整体。可以使用任何熔融混合法来合并本发明的聚合组分和非聚合成分。
例如，聚合组分和非聚合成分可以一次性通过单个添加步骤或以逐步方式添加到熔融混合机，例如单螺杆或双螺杆挤出机；掺合机；捏和机；班伯里密炼机中，然后熔融混合。当以逐步方式添加聚合组分和非聚合成分时，首先添加部分聚合组分和/或非聚合成分并熔融混合，随后加入其余聚合组分和非聚合成分并进一步熔融混合，直至获得充分混合的组合物。
本发明的组合物可以使用本领域技术人员已知的方法，例如注射成型、吹塑、挤出、热成型、熔体浇铸、真空模塑和旋转模塑来制成制品。该组合物可以套模(overmolded)到由不同材料制成的制品上。该组合物可以挤出成薄膜或片材。该组合物可以成型成单丝。
所得制品可用在各种应用中，包括外壳、汽车部件、电制品、电子部件和建筑材料。
本发明的第二方面涉及电力转向装置的用于降低转速和增大汽车的电力转向装置中的电动机的功率输出的齿轮。
本发明人进行的研究证明，将少量聚碳二酰亚胺化合物与聚酰胺树脂掺合不仅可以改进上述各种性能，还可以提高韧度，同时防止树脂齿轮的刚度降低。这是因为，通过羧基(其是聚酰胺树脂的末端官能团)与聚碳二酰亚胺化合物中存在的碳二酰亚胺基团的相互作用(推测是由加成反应引起的交联)，提高了聚酰胺树脂的表观粘性阻力。当通过粘弹性体表示树脂在其固态下的表现时，本文所述的粘性阻力是粘性组分。此外，这种相互作用是可逆的，且尽管其在用于制造丸粒或进行注射成型的熔融方法中临时取消，但这种相互作用在冷却过程中再次出现且聚酰胺树脂的表观粘性阻力提高。因此，可以提高韧度，同时在经由上述方法制造树脂齿轮时防止其刚度降低。
但是，仅在这两种组分之间的相互作用仍然不足，且韧度有时仍然不够高。为此，已经研究了如日本专利申请公开No.H9-194719中所述的掺入产生提高韧度的作用的弹性材料，但是问题在于，仅掺入弹性材料如现有技术中证实的那样降低了刚度并促成了树脂齿轮的变形。此外，当聚碳二酰亚胺化合物的量太高时，如日本专利申请公开No.H9-194719的实施方案中那样，过量的聚碳二酰亚胺交联，由此不能获得提高聚酰胺树脂的表观粘性阻力的效果。此外，在树脂组合物中表现出交联聚碳二酰亚胺化合物的结块，由此降低了树脂组合物的连续性。所产生的问题在于韧度极大降低。
本发明的第二方面提供了用于电力转向装置的齿轮，其是至少一部分轮齿由包含聚酰胺树脂作为基础树脂并不含增强纤维的非增强树脂组合物形成的树脂齿轮，且其具有优于传统树脂齿轮的刚度和韧度。
具体而言，本发明的用于电力转向装置的齿轮是电力转向装置的用于降低带有减速齿轮机置的转向辅助装置的电动机转速并将旋转传送给转向机置的齿轮，该齿轮并入并用在减速齿轮机置中，其中齿轮的至少轮齿由非增强型树脂组合物形成，该组合物包含：
(a)至少在末端具有羧基的聚酰胺树脂；
(b)0.5至5重量％的聚碳二酰亚胺化合物，和
(c)3至15重量％的用反应性官能团改性的弹性材料。
该树脂组合物优选进一步包含：
(d)1至10重量％的热塑性苯氧基树脂。
此外，弹性材料(c)的反应性官能团优选为选自羧基和羧酸根的至少一种，且弹性材料(c)优选为用反应性官能团改性的乙烯-丙烯-二烯共聚物。
本发明不仅利用羧基(其是聚酰胺树脂的末端官能团)与聚碳二酰亚胺化合物中存在的碳二酰亚胺基团的相互作用，还利用了将弹性材料改性的反应性官能团与前述任一基团的相互作用。此外，这种相互作用是可逆的，且尽管其在用于制造丸粒之类的模制材料或使用由此制成的模制材料进行注射成型的熔融方法中临时取消，但这种相互作用在冷却过程中再次出现。结果，聚酰胺树脂的表观粘性阻力提高。
在发生这种相互作用的情况下，可以有效抑制刚度的降低，同时保持弹性材料的提高韧度的作用。其原因尚不清楚，但可以提供下列解释。当掺入没有用反应性官能团改性并因此不与聚酰胺树脂或聚碳二酰亚胺化合物相互作用的传统弹性材料时，由于聚酰胺树脂的表观粘性阻力降低和在树脂组合物内部以分离状态存在的弹性材料引起的塑性形变的增强，刚度明显降低。使用用反应性官能团改性的弹性材料，可以产生相反作用。
此外，根据本发明的第二方面，由于聚碳二酰亚胺化合物以整个树脂组合物的0.5至5重量％的比率掺合，可以防止过量聚碳二酰亚胺组合物的交联。其所有量与聚酰胺树脂和弹性材料相互作用，聚酰胺树脂的表观粘性阻力提高，并可以使弹性材料与聚酰胺树脂一起整体发挥作用，而不会在树脂组合物中分离。因此，本发明的第二方面可以提供具有优于传统齿轮的刚度和韧度的用于电力转向装置的齿轮。
此外，如上所述，由于吸附的湿气引起的分解容易降低聚酰胺树脂的分子量，要求严格控制树脂组合物中的含湿量。使用本发明的第二方面，优点在于不需要严格控制湿度，因为由于聚酰胺树脂、聚碳二酰亚胺化合物和弹性材料的相互作用，可以保持表观粘性阻力。
热塑性苯氧基树脂用于抑制聚酰胺树脂的吸水。为此，当用于形成根据本发明的第二方面的用于电力转向装置的树脂的树脂组合物包含热塑性苯氧基树脂时，由聚酰胺树脂的吸水引起的电力转向装置的齿轮的尺寸变化降低，并可以抑制例如吸水和溶胀引起的与其它齿轮的齿隙的降低和由其引起的咬合劣化。此外，热塑性苯氧基树脂降低了聚酰胺树脂的韧度，但由于这种降低可以通过组分之间的上述相互作用来补偿，电力转向装置的齿轮即使包含热塑性苯氧基树脂也可以保持高刚度和良好的韧度。
当弹性材料的反应性官能团是羧基和羧酸根中的至少一种时，其有效地与聚碳二酰亚胺化合物中存在的碳二酰亚胺基团相互作用，由此进一步提高电力转向装置的齿轮的刚度和韧度。此外，当弹性材料是用反应性官能团改性的乙烯-丙烯-二烯共聚物(EPDM)时，由于EPDM与聚酰胺树脂和聚碳二酰亚胺化合物具有良好的互溶性，可以进一步提高电力转向装置的齿轮的刚度和韧度。此外，由于EPDM对润滑油和类似物具有良好的耐受性，可以提高电力转向装置的齿轮的耐久性。
在本发明的电力转向装置的齿轮中，至少轮齿是由非增强型树脂组合物形成的，该组合物包含：
(a)至少在末端具有羧基的聚酰胺树脂；
(b)0.5至5重量％聚碳二酰亚胺化合物，和
(c)3至15重量％用反应性官能团改性的弹性材料。
上面描述了这种树脂组合物仅限于不含增强纤维的非增强型的原因。电力转向装置的齿轮的具体例子具有位于转向轴上的金属芯和由树脂组合物形成的环形齿轮体的复合结构，该环形齿轮体在其外周上具有轮齿，并环绕芯的外周。
这类复合结构的电力转向装置的齿轮可以例如通过嵌入模制法制造，其中将芯保留在金属模具的定位器(retainer)中，该模具具有用于保持芯的定位器和与齿轮体的形状相对应的模腔，该金属模具与注射成型装置相连，并在这种状态下将在注射成型装置中熔融的树脂组合物注入模腔，然后冷却以形成与芯整合的树脂体。由于要求齿轮体的轮齿具有高尺寸精确度，优选形成形状调节表面，例如作为可以通过后加工形成轮齿的圆筒，而非上述方法中所用的在模腔中与轮齿形状对应的形状，并在嵌入模制的齿轮体外周上通过后加工，例如切割形成与形状调节表面相对应的轮齿。
(聚酰胺树脂)
可以使用大量传统公知聚酰胺树脂的任一种作为聚酰胺树脂(a)，但考虑到形成具有优异刚度和韧度的用于电力转向装置的齿轮，可以考虑聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺12、聚酰胺612、聚酰胺6/66共聚物、或其混合物。其中，聚酰胺66是优选的。聚酰胺树脂必须至少在末端具有羧基以能够与聚碳二酰亚胺化合物的碳二酰亚胺基团相互作用。在通过末端处理从中去除了羧基的聚酰胺树脂中，不能获得预期效果。
(聚碳二酰亚胺化合物)
具有下式(1)所示的重复单元的各种聚碳二酰亚胺化合物可以用作聚碳二酰亚胺化合物(b)。
-N＝C＝N-R1-    (1)
式(1)中R1的例子包括各种二价有机基团，但下列基团尤其优选。聚碳二酰亚胺化合物可以是由包含下述基团之一的单种重复单元构成的均聚物，或可以是由具有两个或更多不同基团的重复单元构成的共聚物。
衍生自二异丙苯的二价基团，例如2，5-二异丙基-1，3-亚苯基、2，6-二异丙基-1，3-亚苯基、4，6-二异丙基-1，3-亚苯基、2，5-二异丙基-1，4-亚苯基和2，6-二异丙基-1，4-亚苯基。衍生自二乙基甲苯的二价基团，例如3，5-二乙基-2，4-亚甲苯基、3，4-二乙基-2，5-亚甲苯基、3，4-二乙基-2，6-亚甲苯基、3，5-二乙基-2，6-亚甲苯基、2，4-二乙基-3，5-亚甲苯基、2，6-二乙基-3，5-亚甲苯基、2，4-二乙基-3，6-亚甲苯基、2，5-二乙基-3，6-亚甲苯基和2，3-二乙基-4，6-亚甲苯基。
衍生自萘的二价基团，例如1，3-亚萘基、1，4-亚萘基、1，5-亚萘基和1，6-亚萘基。衍生自环己烷的二价基团，例如1，3-亚环己基和1，4-亚环己基。衍生自甲基环己烷的二价基团，例如2-甲基-1，3-亚环己基、4-甲基-1，3-亚环己基、5-甲基-1，3-亚环己基和2-甲基-1，4-亚环己基。衍生自三异丙基苯的二价基团，例如2，4，6-三异丙基-1，3-亚苯基、2，3，5-三异丙基-1，4-亚苯基和2，3，4-三异丙基-1，5-亚苯基。具有1至6个碳原子的亚烷基，例如1，6-亚己基。
式(2)所示的二价基团
Figure S2006800163731D00141
其中R2、R3、R4和R5，可以相同或不同，代表具有1至3个碳原子的烷基，例如4，4′-亚甲基-双(2，6-二乙基苯基)、4，4′-亚甲基-双(2-乙基-6-甲基苯基)和4，4′-亚甲基-双(2，6-二异丙基苯基)。
式(3)所示的二价基团
其中R6、R7、R8和R9，可以相同或不同，代表氢原子或具有1至3个碳原子的烷基，例如4，4′-亚甲基-双(环己基)和4，4′-亚甲基-双(2-乙基-6-甲基环己基)。
可以例如通过进行一种、两种或更多包含两个上述例子的基团的有机二异氰酸酯在增强异氰酸酯基团的碳二酰亚胺化反应的催化剂存在下的碳二酰亚胺化反应来合成聚碳二酰亚胺化合物(b)。合适的催化剂的例子包括环磷烯氧化物和金属催化剂。环磷烯氧化物的例子包括1-苯基-2-环磷烯-1-氧化物、3-甲基-1-苯基-2-环磷烯-1-氧化物、1-乙基-2-环磷烯-1-氧化物、3-甲基-2-环磷烯-1-氧化物、1-苯基-3-环磷烯-1-氧化物、3-甲基-1-苯基-3-环磷烯-1-氧化物、1-乙基-3-环磷烯-1-氧化物和3-甲基-3-环磷烯-1-氧化物。
金属催化剂的例子包括金属羰基络合物，例如五羰基铁、九羰基铁、四羰基镍、六羰基钨和六羰基铬，诸如铍、铝、锆、铬和铁之类的金属的乙酰基丙酮络合物，磷酸酯，例如磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三异丙酯、磷酸三叔丁酯和磷酸三苯酯，以及钛酸四丁酯。优选在合成过程中控制具有式(1)所示的重复单元的聚碳二酰亚胺化合物的聚合程度，其中使有机二异氰酸酯在前述催化剂存在下通过掺合醇、胺、或单异氰酸酯来进行碳二酰亚胺化，从而在从反应开始到结束的适当时间点将异氰酸酯封端。
聚碳二酰亚胺化合物(b)的聚合程度，即式(1)所示的重复单元的数量优选为3至10。此外，由对聚苯乙烯计算的并通过凝胶渗透色谱法得出的数均分子量Mn表示的聚碳二酰亚胺化合物的分子量优选为500-3000。当聚合程度或分子量低于该范围时，即使引发聚酰胺树脂(a)和弹性材料(c)的相互作用，也可能不能获得提高聚酰胺树脂的表观粘性阻力的足够效果。相反，如果聚合程度或分子量高于该范围，则聚碳二酰亚胺化合物的分子变得太大且聚酰胺树脂(a)与弹性材料(c)的相互作用变难。结果，在任一情况下，都可能不能获得提高电力转向装置的齿轮的韧度而不降低其弹性的足够效果。
聚碳二酰亚胺化合物(b)在整个树脂组合物中的含量比率限制为0.5至5重量％。在聚碳二酰亚胺化合物(b)的含量比率小于0.5重量％时遇到的问题是，不能获得通过聚碳二酰亚胺化合物与聚酰胺树脂(a)和弹性材料(c)的相互作用来提高电力转向装置的齿轮的韧度而不降低其弹性的效果。另一方面，如果含量比率超过如上所述5重量％，则过多聚碳二酰亚胺化合物交联且不能获得提高聚酰胺树脂的表观粘性阻力的效果。此外在树脂组合物中出现交联聚碳二酰亚胺化合物的团块，且树脂组合物的连续性降低，由此极大降低韧度。
再一问题在于，由于交联的聚碳二酰亚胺化合物的比率提高且聚碳二酰亚胺化合物与聚酰胺树脂或弹性材料的相互作用变得太剧烈，在由树脂组合物制造模制材料，例如丸粒的过程中的熔融法中或在使用制成的模制材料进行注射成型的过程中，熔体粘度变得太高。特别地，不能有效地且在注射成型过程中没有模制缺陷的情况下模制电力转向装置的齿轮。
此外，从进一步增强由聚碳二酰亚胺化合物(b)产生的提高电力转向装置的齿轮的韧度而不降低其弹性的效果以及降低树脂组合物的熔体粘度以能够有效模制电力转向装置的齿轮的角度看，聚碳二酰亚胺化合物(b)在整个树脂组合物中的含量比率优选为0.5-3.0重量％，更尤其是上述范围内的1.5-2.5重量％。
(弹性材料)
弹性材料(c)的例子包括包含各种弹性材料，例如橡胶、软树脂和热塑性弹性体作为基础骨架并具有用可以与聚酰胺树脂(a)的末端羧基或聚碳二酰亚胺化合物(b)中所含的碳二酰亚胺基团相互作用的各种反应性官能团改性的基础骨架主链或侧链的化合物。此外，可以与聚碳二酰亚胺化合物(b)中所含的碳二酰亚胺基团相互作用的选自羧基和羧酸根(羧基的金属盐或羧基和有机基团的酯)的至少一种类型的基团优选作为反应性官能团。当反应性官能团为至少一种类型的基团时，它们可以有效地与聚碳二酰亚胺化合物中所含的碳二酰亚胺基团相互作用，并可以进一步改进电力转向装置的齿轮的刚度和韧度。
作为具有2至8个碳原子的至少两种烯烃(乙烯、丙烯，等等)的共聚物并具有优异的耐润滑油性和与聚酰胺树脂(a)或聚碳二酰亚胺化合物(b)的互溶性的烯烃共聚物优选作为形成基础骨架的弹性材料。此外，烯烃共聚物也可以包含非共轭二烯。其中，乙烯、具有3至6个碳原子的α-烯烃、和二烯的共聚物，特别是乙烯-丙烯-二烯共聚物是优选的。其基础骨架是乙烯-丙烯-二烯共聚物且基础骨架用羧基通过将马来酸酐接枝来改性的化合物是满足上述要求的优选弹性材料的例子。
弹性材料(c)在整个树脂组合物中的含量比率限制为3至15重量％。当弹性材料(c)的含量比率小于3重量％时，不能获得通过弹性材料与聚酰胺树脂(a)和聚碳二酰亚胺化合物(c)的相互作用来提高电力转向装置的齿轮的韧度而不降低其弹性的效果。此外，如果含量比率超过15重量％，则在由树脂组合物制造模制材料(例如丸粒)的过程中的熔融法中或在使用制成的模制材料进行注射成型的过程中，熔体粘度变得太高。结果，不能有效地并特别在注射成型过程中没有模制缺陷的情况下模制电力转向装置的齿轮。
此外，从进一步增强由弹性化合物(c)产生的提高电力转向装置的齿轮的韧度而不降低其弹性的效果，以及降低树脂组合物的熔体粘度以能够有效模制电力转向装置的齿轮的角度看，弹性化合物(c)在整个树脂组合物中的含量比率优选为5-12重量％，更尤其是上述范围内的8-10重量％。
(热塑性苯氧基树脂)
树脂组合物也可以包含热塑性苯氧基树脂(d)。热塑性苯氧基树脂是式(4)所示的化合物。
Figure S2006800163731D00181
其中R10、R11和R12可以相同或不同，代表氢原子、烷基、环酰基、或芳基。该树脂也称作酚醛清漆树脂。如果混入热塑性苯氧基树脂(d)，则聚酰胺树脂的吸水受到抑制，聚酰胺树脂的吸水引起的电力转向装置的齿轮的尺寸变化降低，且例如，可以抑制由吸水和溶胀引起的与其它齿轮的齿隙降低和所产生的咬合障碍。
此外，热塑性苯氧基树脂(d)会降低聚酰胺树脂的韧度，但由于这种降低可以通过上述组分(a)至(c)的相互作用进行补偿，电力转向装置的齿轮即使含有热塑性苯氧基树脂也可以保持高刚度和良好的韧度。热塑性苯氧基树脂(d)的分子量优选为500-1500，因为在此范围内，可以为树脂组合物提供抑制聚酰胺树脂的吸水的效果，可以降低树脂组合物的熔体粘度，由此能够有效模制电力转向装置的齿轮，并可以不受抑制地表现出由组分(a)至(c)的相互作用带来的提高电力转向装置的齿轮的韧度而不降低其弹性的效果。优选调节式(4)中n的值以使分子量落在此范围内。
此外，热塑性苯氧基树脂(d)在整个树脂组合物中的含量比率优选为1至10重量％。如果热塑性苯氧基树脂(d)的含量比率低于1重量％，则可能不能获得抑制聚酰胺树脂的吸水的足够效果。此外，如果含量比率超过10重量％，则热塑性苯氧基树脂表现出的降低聚酰胺树脂韧度的作用加强。结果，这种作用不能通过组分(a)至(c)的相互作用充分补偿，电力转向装置的齿轮的韧度可能降低。为了进一步增强由热塑性苯氧基树脂(d)产生的抑制聚酰胺树脂的吸水的效果以及为了抑制电力转向装置的齿轮的韧度降低，热塑性苯氧基树脂(d)在整个树脂组合物中的含量比率为1.5至8重量％，优选在上述范围内的2至6重量％。
除了上述组分外，树脂组合物可以进一步包含用于提高耐热性的热稳定剂、高密度聚乙烯(HDPE)粉末、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)粉末、二硫化钼、或作为提高耐磨性的固体润滑剂的含氟润滑剂。在树脂组合物中引入这些组分能够进一步提高电力转向装置的齿轮的耐久性。
但是，所述添加剂中的一些可以优先与聚碳二酰亚胺化合物反应，由此阻碍聚碳二酰亚胺化合物与聚酰胺树脂或弹性材料之间的相互作用。由于在这些情况下不能获得提高韧度的预期效果，选择性使用不与聚碳二酰亚胺化合物相互作用的这类添加剂是重要的。
(减速齿轮机置和电力转向装置)
图1是显示具有减速齿轮机置的电力转向装置的例子的截面示意图，该减速齿轮机置包含根据本发明的用于电力转向装置的齿轮。图2是沿图1中的II-II线段的截面图；
参看图1，在电力转向装置中，第一转向轴2(充当输入轴，其上装有转向轮1)和第二转向轴3(充当传动轴，可操作地连接到转向机置(图中未显示)，例如齿条和小齿轮机置上)经由扭杆4同轴连接。
支承第一和第二转向轴2、3的外壳5例如由铝合金制成并安装在车体上(图中未显示)。外壳5包含连接在一起的传感器外壳6和齿轮箱(gear housing)7。更具体地，齿轮箱7具有圆柱形状，且其上端处的环形边缘部分7a连接到在传感器外壳6下端的外周上的环形阶梯部分(step section)6a上。齿轮箱7容纳充当减速机置的蜗轮机置8，且传感器外壳6容纳扭矩传感器9、控制板10和类似物。
蜗轮机置8包含蜗轮(大齿轮)12(其可以与第二转向轴3的中间部分在其轴向上以轴向受控运动方式整体旋转，并充当根据本发明的用于电力转向装置的齿轮)和蜗轴11(小齿轮，见图2)(其与蜗轮12咬合并经由花键联接件33连接到电动机M的转轴32上)。
蜗轮12包含连接到第二转向轴3上以便与其整体旋转的环形芯子12a和由树脂组合物制成的围绕芯子12a的外周并在自己的外周上具有轮齿的齿轮体12b。蜗轮12如上所述通过连接和整合芯子12a和齿轮体12b，例如通过嵌入模制来形成。
第二转向轴3由设置成从轴向的上方和下方将蜗轮12夹在中间的第一和第二滚动轴承13、14旋转支撑。
第一滚动轴承13的外环15装配到并保持在位于传感器外壳6底端的管状凸起6b内的轴承承托孔16内。外环15的上端表面紧邻环形阶梯部分17，并防止其相对于传感器外壳6轴向向上移动。
另一方面，第一滚动轴承13的内环18通过外部压紧而连接到第二转向轴3上。内环18的下端表面紧邻蜗轮12的芯子12a的上端表面。
第二滚动轴承14的外环19装配到并保持在齿轮箱7的轴承承托孔20内。外环19的下端表面紧邻环形阶梯部分21，并防止其相对于齿轮箱7轴向向下移动。
另一方面，第二滚动轴承14的内环22安装在第二转向轴3上以使它们整体旋转并防止它们在轴向上相对移动。此外，内环22夹在第二转向轴3的阶梯部分23和紧固在第二转向轴3的螺纹部分上的螺母24之间。
扭杆4穿过第一和第二转向轴2、3。扭杆4的上端4a用联杆销25整体可旋转地连接到第一转向轴2上，且下端4b用联杆销26整体可旋转地连接到第二转向轴3上。第二转向轴3的下端如上所述经由中间轴(图中未显示)连接到转向装置，例如齿条和小齿轮机置上。
联杆销25连接第三转向轴27，其与第一转向轴2同轴设置，从而使其可以与第一转向轴2整体旋转。第三转向轴27穿过构成转向柱的管28内部。
第一转向轴2的上部经由第三滚动轴承29(例如滚针轴承)可旋转地支撑在传感器外壳6上。通过在旋转方向上提供预定齿隙，连接第一转向轴2下部的小直径部分30和第二转向轴3上部的孔31，从而将第一和第二转向轴2、3的相对旋转限制在指定范围内。
此外，参照图2，蜗轴11用保持在齿轮箱7内的第四和第五滚动轴承34、35可旋转地支撑。
第四和第五滚动轴承34、35的内环36、37和对应于蜗轴11的缩颈(necking)部分连接。此外，外环38、39分别保持在齿轮箱7的轴承承托孔40、41内。
齿轮箱7包含在径向上面向蜗杆11的部分圆周表面的部分7b。
此外，支撑蜗轴11的一个末端部分11a的第四滚动轴承34的外环38通过紧邻齿轮箱7的阶梯部分42来对齐。另一方面，内环36朝另一末端部分11b的移动由于其与蜗轴11的对齐的阶梯部分43紧邻而受到限制。
支撑蜗轴11另一末端部分11b(在连接侧的末端)附近的区域的第五滚动轴承35的内环37朝一个末端部分11a的移动由于其与蜗轴11的对齐的阶梯部分44的紧邻而受到限制。此外，通过螺杆元件45，将外环39推向第四滚动轴承34以初步调节压力。当螺杆元件45旋进在齿轮箱7中形成的螺纹孔46中时，其对一对滚动轴承34，35施加初步压力，并同时在轴向上与蜗轴11对齐。附图标记47代表了与螺杆元件45咬合的锁紧螺母以终止和固定螺杆元件45，从而初步调节压力。
在齿轮箱7内部，在包含蜗轴11和蜗轮12的至少咬合部分A的区域中填充有润滑剂组合物。由此，可以只在咬合部分A，或咬合部分A和蜗轴11的整个外周，或齿轮箱7的整个内部填充润滑剂组合物。
本发明不限于上述实施方式。例如，根据本发明的用于电力转向装置的齿轮不限于与蜗轴11结合构成蜗轮机置8的蜗轮12，且本发明的构造也可用在构成减速齿轮机置的各种齿轮中，例如扁平齿轮、伞齿轮、准双曲面齿轮、斜齿轮、和齿条，特别是大齿轮。此外，可以在本发明的权利要求中所述的特征范围内作出各种修改。
实施例
实施例1-12和对比例1-6的制备
将表1-3中所示的组分在双轴捏和机中熔融混合，挤出，凝固并切成丸粒。成分的量以占组合物总重量的重量百分比给出。
熔体粘度测量
使用所得丸粒样品，用Kayness Capillary Reometer(YasudaSeisakusho，LCR系列)测量熔体粘度。测量在280℃的熔融温度和1,000sec-1的剪切速率下对具有0.13±0.01％含湿量的丸粒下进行。所有试验均重复5次，且结果作为平均值表示。
试样的制备
由上述所得丸粒，使用用于非增强尼龙树脂的普通模制条件，形成4.0毫米高×175毫米长×20毫米宽ISO试样。
物理性质的测量
使用上述试样测量物理性质。根据ISO 527-1/-2测量拉伸伸长。根据ISO 178测量弹性模量。根据ISO 179/1eA测量却贝冲击强度。初始冲击能设定在2J，但对于没有破坏的样品，用进一步提高至15J的冲击能重复冲击。表2中的“未破坏”是指样品在2J或15J的冲击能下没有破坏。
尺寸稳定性
将实施例7、11和12的组合物模制成60×60×2毫米板。测量流动方向上的板长度并将板在50℃和95％相对湿度下调节500小时。然后再测量板在流动方向上的长度，并计算变化百分比。其对于实施例7为2.32％；对于实施例11为1.55％；且对于实施例12为1.27％。
使用下列材料作为实施例和对比例的组合物中的成分。
聚酰胺树脂A(聚酰胺6，6)：Zytel101，可获自DuPont。
聚酰胺树脂B(固相聚合的聚酰胺6，6)：ZytelE50，可获自DuPont。
抗冲改性剂：用马来酸酐接枝的EPDM橡胶。
聚碳二酰亚胺：Stabaxol P，可获自Bayer的芳族聚碳二酰亚胺。
酚-醛树脂：SumiliteresinPR-NMD-202，软化点为118℃并可获自Sumitomo Bakelite Co.Ltd.的酚醛清漆树脂。
热稳定剂：铜热稳定剂。
表1
   对比例1     对比例2     对比例3     对比例4
聚酰胺A     99.75     --     98.8     98.25
聚酰胺B     --     99.75     --     --
热稳定剂     0.25     0.25     0.25     0.25
聚碳二酰亚胺     0     0     0.95     1.50
抗冲改性剂     0     0     0     0
熔体粘度(Pa-s)     137.8     375.7     274.3     298.5
拉伸伸长(％)     35.6     71.8     67.8     64.6
弹性模量(MPa)     2681     2800     2686     2688
却贝冲击强度(KJ/m2)     4.7     7.5     5.9     6.9
可塑性     没问题     没问题     没问题     没问题
表2
    对比例5     实施例1     实施例2     实施例3     实施例4
聚酰胺A     94.46     94.26     93.46     92.96     92.46
热稳定剂     0.54     0.54     0.54     0.54     0.54
聚碳二酰亚胺     0     0.20     1.00     1.50     2.00
抗冲改性剂     5.0     5.0     5.0     5.0     5.0
熔体粘度(Pa-s)     167.4     193.1     318.2     363     390.7
拉伸伸长(％)     23.6     27.7     39.1     56.0     55.2
弹性模量(MPa)     2703     2625     253 5     253 8     2444
却贝冲击强度(KJ/m2)     9.3     11.7     13.4     15.9     18.4
可塑性     没问题     没问题     没问题     没问题     没问题
表3
    对比例6     实施例5     实施例6     实施例7   实施例8   实施例9   实施例10
聚酰胺A     89.46     89.26     88.46     87.96   87.46   84.46   77.96
热稳定剂     0.54     0.54     0.54     0.54   0.54   0.54   0.54
聚碳二酰亚胺     0     0.20     1.00     1.50   2.00   5.00   1.50
抗冲改性剂     10.0     10.0     10.0     10.0   10.0   10.0   20.0
熔体粘度(Pa-s) 258.6 273.9 413.7 487.5   未熔融，不能测量   未熔融，不能测量   未熔融，不能测量
拉伸伸长(％)     32.9     41.1     42.9     84.8   n.m.   n.m.   n.m.
弹性模量(MPa)     2260     2242     21 86     2133   n.m.   n.m.   n.m.
却贝冲击强度(KJ/m2)     20.8     22.6     31.7     未破坏   n.m.   n.m.   n.m.
可塑性 没问题 没问题 没问题 没问题   因高粘度难以模塑   因高粘度难以模塑   因高粘度难以模塑
n.m.＝无法测量
表4
    实施例11     实施例12
聚酰胺A     83.96     79.96
热稳定剂     0.54     0.54
聚碳二酰亚胺     1.5     1.5
抗冲改性剂     10     10
酚醛树脂     4     8
熔体粘度(Pa-s)     404     329
拉伸伸长(％)     54.5     33.6
弹性模量(MPa)     2209     2311
却贝冲击强度(KJ/m2)     30.6     20.0
可塑性     没问题     没问题
从实施例1-10和对比例1-6中清楚看出，与不含聚碳二酰亚胺和抗冲改性剂的聚酰胺组合物相比，含有抗冲改性剂和聚碳二酰亚胺的聚酰胺组合物已经提高了冲击强度，同时保持高劲度。
实施例11和12表明，酚-醛树脂在含有抗冲改性剂和聚碳二酰亚胺的聚酰胺组合物中的存在导致具有良好的劲度和冲击强度的组合物，其在暴露在湿气中时也具有良好的尺寸稳定性。
因此明显看出，根据本发明提供了充分满足前述目标和优点的聚酰胺树脂组合物和制品。在已经联系其具体实施方案描述本发明的同时，许多替代方案、修改和变动对于本领域技术人员是显而易见的。相应地，旨在包括落在所附权利要求的精神和宽范围内的所有这类替代方案、修改和变动。
[实施例13至17，对比例7、8]
通过以表5和6中所示的比率初步混合组分(a)至(d)，制造用于注射成型的非增强型丸粒，使用双螺杆(40毫米直径)捏和挤出机在熔融状态下捏和，挤出模塑成线状并压丸。捏和过程中的树脂温度为280至320℃。
(a)聚酰胺树脂：聚酰胺66(Zytel101，Du Pont Corp.制造，RV＝49.5)
(b)芳族聚碳二酰亚胺化合物：StabaxolP(软化点70℃，RheinChemie Co.制造)
(c)弹性材料：在羧基上通过接枝马来酸酐而改性的乙烯-丙烯-二烯共聚物(Du Pont Corp.)
(d)热塑性苯氧基树脂：Sumilite ResinPR-NMD-202(软化点118℃)由Sumitomo Bakelite Co.，Ltd.制造。
[对比例9至13]
按照与实施例13至17和对比例7和8中相同的方式制造非增强丸粒，只是独立地使用下述聚酰胺树脂。
(i)用于注射成型的标准粘度66尼龙(Zytel103HS，Du Pont Corp.制造)
(ii)用于挤出模塑的高粘度66尼龙(Zytel42A，Du Pont Corp.制造)
(iii)用于挤出模塑的超高冲击66尼龙(ZytelST801，Du PontCorp.制造)
(iv)用于注射成型的低粘度(高循环)6尼龙(UBE Nylon 1013B，Ube Industries Ltd.制造)
(v)用于注射成型的抗冲击6尼龙(UBE Nylon 1018I，UbeIndustries Ltd.制造)
[试样制造]
在用于非增强尼龙树脂的普通模制条件下，通过使用在实施例和对比例中制成的丸粒，注射成型厚度4.0毫米，长度175毫米且宽度20毫米的试样。通过进行下列试验评测试样的性质。
[拉伸破裂(fracture)应变的测量]
按照下列ISO标准规定的试验方法，测量试样的拉伸破裂应变(％)。
ISO 527-1：1993“Plastics-Determination of tensile properties-Part 1：General Principles(塑料-拉伸性能测定-第1部分：普遍原理)”。
ISO 527-2：1993“Plastics-Determination of tensile properties-Part 2：Test conditions for moulding and extrusion plastics(塑料-拉伸性能测定-第2部分：模制和挤出塑料的试验条件)”。
[弹性弯曲模量的测量]
按照下列ISO标准规定的试验方法，测量试样的弹性弯曲模量(GPa)。
ISO 178：2001“Plastics-Determination of flexural properties(塑料-弯曲性能的测定)”。
[切口却贝冲击强度的测量]
按照下列ISO标准规定的试样方法，测量通过在每一试样中切割形成单个切口而得的切口试样的相对于平放(flatwise)冲击的却贝冲击强度(kJ/m2)。
ISO 179-1：2000“Plastics-Determination of Charpy impact properties-Part 1：Non-instrumented impact test(塑料-却贝冲击性能的测定-第1部分：非仪器化冲击试验)”。
[熔体粘度的测量]
使用毛细管流变仪在280℃的测量温度和1000s-1的剪切速率下测量试样的熔体粘度。(Kayeness Capillary Rheometer，LSR系列，由Yasuda Ltd.制造)
将用于测量的所有试样的吸水比率调节至0.13％+/-0.001％。测量进行5次并得出平均值。结果显示在表5至7和图3中。
表5
  对比例7   实施例13  实施例14  实施例15
重量份数 (a)聚酰胺树脂     94.8     93.5     93     88.5
(b)聚碳化二酰亚胺化合物     0.2     1.5     2     1.5
(c)弹性材料     5     5     5     10
(d)热塑性苯氧基树脂     -     -     -     -
熔体粘度(Pa-s)     193     363     391     488
拉伸破裂应变(％)     28     56     55     64
弹性弯曲模量(Gpa)     2.7     2.7     2.4     2.1
切口却贝冲击强度(KJ/m2)     12     16     19     72
表6
  对比例8   实施例16   实施例17
重量份数 (a)聚酰胺树脂   78.5     84.5     80.5
(b)聚碳二酰亚胺化合物   1.5     1.5     1.5
(c)弹性材料   20     10     10
(d)热塑性苯氧基树脂   -     4     8
熔体粘度(Pa-s)   570     404     329
拉伸破裂应变(％)   不能测量     55     34
弹性弯曲模量(Gpa)   不能测量     2.2     2.3
切口却贝冲击强度(KJ/m2)   不能测量     31     20
表7
    对比例9     对比例10     对比例11     对比例12     对比例13
重量份数 聚酰胺树脂(i)     100     -     -     -     -
聚酰胺树脂(ii)     -     100     -     -     -
聚酰胺树脂(iii)     -     -     100     -     -
聚酰胺树脂(iv)     -     -     -     100     -
聚酰胺树脂(v)     -     -     -     -     100
熔体粘度(Pa-s)     140     -     -     -     -
拉伸破裂应变(％)     83     86     50     80     45
弹性弯曲模量(Gpa)     2.8     2.8     1.7     3     1.6
切口却贝冲击强度(KJ/m2)     5     6     80     2.7     150
表和图中所示的数据表明，使用传统聚酰胺树脂并具有高弹性弯曲模量和优异刚度(对比例9、10、12)的试样具有低冲击强度和低韧度。相反，具有高冲击强度和优异韧度(对比例11和13)的试样具有小的弹性弯曲模量和低刚度。此外，由包含组分(a)至(c)但含有少于0.5重量％的聚碳二酰亚胺化合物的树脂组合物制成的对比例13的试样具有高弹性弯曲模量和优异刚度，但具有低冲击强度和低韧度。使用由含有组分(a)至(c)但含有超过15重量％的弹性材料的树脂组合物制成的对比例14的组合物，熔体粘度太高且试样难以通过注射成型模制。结果，放弃拉伸破裂应变、弹性弯曲模量和切口却贝冲击强度的测量。
相反，使用实施例的树脂组合物形成的所有试样都具有优异的韧度以及优异的刚度，也就是说，它们结合了高刚度与高韧度。此外，实施例的对比证实，弹性材料(c)的含量越高，韧度可能越高，并且当掺入热塑性苯氧基树脂(d)时，尽管刚度降低，但这种刚度的降低可以通过组分(a)至(c)的功能补偿且刚度和韧度可以保持在适合实际应用的水平。
[吸水率的测量]
使用对比例9以及实施例16和17形成的试样通过在23℃和50％RH相对湿度的恒温恒湿条件下放置48小时来干燥，然后测量其重量。然后使试样在50℃和95％相对湿度的高温高湿度条件下放置来使它们吸水，并与干燥状态下相比，通过重量增加率找出停留时间与吸水率之间的关系。结果显示在图4中。该图表明，混入热塑性苯氧基树脂可以抑制吸水。
[耐久性研究]
使用对比例9以及实施例13、15和16的树脂组合物，通过嵌入模制法制造如图1和2中所示整合了芯子12a和齿轮体12b的蜗轮12。每一蜗轮12与钢蜗轴11装配在图1和2中所示的电力转向装置中。在与汽车前轮的静态转向模式相等的载荷下在正向和反向旋转过程中测量直至齿轮体12b破裂之前的周期数，并以对比例7的结果作为1，将所得周期数的比率作为疲劳比。结果显示在图5中。该图表明对于所有实施例，与对比例7相比，耐久性均提高。特别地，在实施例15中，进行测量直至5倍于对比例7的耐久性的周期数，但是齿轮体12b没有破裂并可以证实高耐久性。

Claims (4)

1.用于降低带有减速齿轮机置的转向辅助装置的电动机转速并将旋转传送给转向机置的电力转向装置的齿轮，该齿轮并入并用在减速齿轮机置中，其中齿轮的至少轮齿由非增强型树脂组合物形成，该组合物包含：
(a)至少在末端具有羧基的聚酰胺树脂；
(b)0.5至5重量％的聚碳二酰亚胺化合物，和
(c)3至15重量％的用反应性官能团改性的弹性材料。
2.根据权利要求1所述的电力转向装置的齿轮，其中所述树脂组合物还包含(d)1-10重量％的热塑性苯氧树脂。
3.根据权利要求1所述的电力转向装置的齿轮，其中弹性材料(c)的反应性官能团是选自羧基和羧酸根的至少一种。
4.根据权利要求1所述的电力转向装置的齿轮，其中弹性材料(c)是由反应性官能团改性的乙烯-丙烯-二烯共聚物。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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