CN1118735A - 生产酚醛树脂制的滑轮的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种生产其中嵌入了金属嵌件的用酚醛树脂制成的滑轮的方法。同时还提出了一种对模塑其圆盘部上具有孔洞的酚醛树脂制成的滑轮特别有效的方法。本发明还提供了适用于上述滑轮生产方法的酚醛树脂组合物。

Description

生产酚醛树脂制的滑轮的方法
本发明涉及生产其中嵌入了金属嵌件的用酚醛树脂制成的滑轮的方法，还涉及用于所述方法中的酚醛树脂组合物。
为实现节省燃料消耗等方面的原因，在车辆中使用较小和重量较轻的零件正处于发展之中。机械零件例如活塞、齿轮、滑轮以及类似的零件也同样要求重量较轻和性能较好；用树脂制成的零件取代金属制成的零件(例如用模铸件、金属板和烧结材料制成的零件)正处于研究之中。
目前，对具有抗皮带磨损、尺寸精确和耐热性要求的车辆用滑轮，例如含有以玻璃纤维作为填料的聚酰胺树脂或酚醛树脂制成的滑轮以及含有以棉布作为填料的酚醛树脂制成的滑轮已进行了研究(例如，JP—A—64—87968)。
然而，这些树脂制成的滑轮有如下问题。含有以玻璃纤维作为填料的聚酰胺树脂滑轮，当滑轮和皮带之间打滑而异常发热时往往导致熔化和脱开，因而可靠性不够。含有以玻璃纤维作为填料的酚醛树脂滑轮，其有害的缺陷在于容易导致皮带磨损。
含有以棉布作为填料的酚醛树脂制成的滑轮，其抗皮带磨损性能较为优越，但是，当使用固体或粉状树脂并进行干法捏和时，由于不可能使树脂浸透填料，因而强度不够。
在这种情况下，已有必要开发一种具有耐热性、强度和耐磨性极好的酚醛树脂制成的滑轮。
树脂制成的滑轮通常采用压塑法或注塑法生产。采用压塑法时，压塑的滑轮在实际应用中强度等性能没有问题；然而，由于压塑时间较长，不可能大批生产滑轮从而导致生产率低。
注塑法的生产率虽然较高，但是，通常是通过利用延伸到被注塑滑轮圆盘部的针孔浇口进行滑轮的注塑。图3A所示为采用针孔浇口法注塑的树脂制成的滑轮。这种滑轮在金属嵌件(21)附近的熔接部(22)上的强度很低，因此，当其用作车辆等的重要机械部件时其性能不能充分满足要求。如图3B所示，在滑轮圆盘部上有孔洞(23)的情况下，必然要把针孔浇口(20)设置在金属嵌件—树脂的界面附近，致使该滑轮的强度更低。
在采用注塑法时，可考虑使用边浇口法。然而，在该方法中，在正对浇口的滑轮部位会形成熔接部，该熔接部的强度甚至比针孔浇口法所得到的强度更低。特别是在滑轮有孔洞的情况下，通常装配了用来形成孔洞的销钉，作为模腔中的一个部件，在模腔的整个长度上延伸；因此，在将模塑材料供入模腔时，这些销钉会妨碍模塑材料流畅地进料，从而在正对浇口的滑轮部位产生突变现象，导致熔接部的强度更低。无论按任何标准衡量，采用注塑法生产的酚醛树脂滑轮，在熔接部上的强度必然很低，因此已证实这种滑轮作为车辆等的机械零件没有实用价值。
如上所述，采用注塑常规酚醛树脂模塑材料生产的酚醛树脂滑轮，在强度等性能上是很差的，因而不能满足所需的要求。本发明旨在提供一种没有上述问题且具有极高生产率的酚醛树脂滑轮。
本发明提供了一种生产其中嵌入了金属嵌件的用酚醛树脂制成的滑轮的方法，该方法包括：
在具有可移动模、固定模和模腔的模具的模腔中装配圆筒形或圆实体轴形的金属嵌件，
当要生产的滑轮具有最终的形状时，在该可移动模的一部分或全部已从其预先占据的位置向后移动到给定距离的状态下，关闭该模具，
将酚醛树脂模塑材料注入模腔，使该模塑材料充满模腔，
优选采用浇口密封销钉密封模具的浇口，然后，基本上同时或在浇口密封后，
将向后移动的一部分或全部可移动模向前移动到所述预先确定的位置，以模塑酚醛树脂滑轮。
这种方法对于模塑其圆盘部上具有孔洞的酚醛树脂滑轮特别有效。所述滑轮可以根据上述方法生产，例如通过
在用来形成所述孔洞的销钉已处于从其预先占据的位置向后移动的状态时，关闭该模具，此后，
将酚醛树脂模塑材料注入模腔，使该模塑材料充满模腔，
优选采用浇口密封销钉密封模具的浇口，然后，基本上同时或在浇口密封后，
将这些销钉向前移动到所述预定位置，以模塑所述的滑轮。
图1A—1C和图2A—2D所示为按照本发明方法采用注塑法生产酚醛树脂滑轮所用模具的实施例的剖视图。图3A—3B是分别示出用常规注塑法生产树脂滑轮的平面图，其中标明了浇口和熔接部的位置。在这些图中，(1)是可移动模；(2)是固定模；(3)是金属嵌件—握持销钉；(4)是圆筒形金属嵌件；(5)是金属嵌件—固定销钉；(6)是用来形成孔洞的销钉；和(7)是浇口—密封销钉。
在图1A中，金属嵌件(4)被固定模(2)的销钉(3)握持，并被销钉(5)固定。图1A表示可移动模(1)已从其预定位置向后移动且模塑材料已注满模腔的状态。图1B表示浇口密封销钉(7)已向前移动达到密封模具浇口的位置，然后可移动模(1)已向前移动到所述预定位置的状态。此后，将模具打开取出模塑的树脂制成的滑轮。图1C表示模具已经打开的状态。在上述顺序操作中，可以省略浇口密封。然而，在没有进行浇口密封时，当可移动模向前移动且没有形成足够的增压(即，在该模腔中没有获得足够的压力增加)时，模塑材料将流回而进入注塑机的圆筒中；结果，所得滑轮的强度往往很低。因此，优选进行浇口密封。
图2A表示模具已经关闭、用来形成孔洞的销钉(6)和浇口密封销钉(7)已经向后移动且模塑材料已充满模腔的状态。图2B表示浇口密封销钉(7)已经向前移动且浇口已密封的状态。图2C表示用来形成孔洞的销钉(6)已向前移动到预定位置的状态。图2D表示为了取出模塑的滑轮已将模具打开的状态。
兹将采用上述模具模塑树脂滑轮的方法的典型实施例叙述如下。
当采用图1A—1C中所示的模具时，在可移动模已从其预定位置向后移动到给定距离且模塑材料充满模腔的状态下，该模具关闭〔图1A〕。然后，用浇口密封销钉迅速密封浇口，可移动模接着向前移动到预定位置，从而使模腔中模塑材料的堆积密度增加，因此，图3A中所示的相当于常规滑轮的熔接部(22)的滑轮部位的强度增加〔图1B〕。此后，当模腔中的模塑材料已充分熟化或固化时，将该模具打开〔图1C〕，取出模塑的树脂制成的滑轮。
当采用图2A—2D中所示的模具时，在用来形成孔洞的销钉(6)已向后移动且模塑材料充满模腔〔图2A〕的状态下，该模具关闭。然后，用浇口密封销钉〔图2B〕迅速密封浇口。其后，销钉(6)向前移动到预定位置以便在模腔内的模塑材料中形成孔洞，从而使模腔中模塑材料的堆积密度增加，因此，图3B中所示的相当于常规滑轮的熔接部(22)的滑轮部位的强度增加〔图2C〕。此后，当模腔中的模塑材料已充分熟化或固化时，将该模具打开〔图2D〕，取出模塑的树脂制成的滑轮。
如上所述，在可移动模(1)上装配了用来形成孔洞的销钉(6)，但是，它们也可以装配在固定模(2)上。销钉(6)可通过外力向前或向后移动。在销钉(6)向前移动到预定位置之前，用浇口密封销钉密封浇口，但是，浇口密封和销钉向前移动基本上可以同时进行。
关于金属嵌件为圆筒形的情况已作了上述说明。在金属嵌件呈圆实体轴形式的情况下，不装配金属嵌件—握持销钉，但是在固定模上的金属嵌件—握持销钉部位提供了一个凹坑。呈圆实体轴形式的金属嵌件被置于该凹坑中并用金属嵌件—固定销钉加以固定，然后可按上述类似的处理步骤进行，以生产酚醛树脂滑轮。
如上所述，在采用常规注塑法生产的常规树脂制成的滑轮中，熔接部的强度很低。相反，在本发明中，通过事先将销钉(用于形成孔洞)从预定位置向后移动，以至它基本上不在模腔内即可将模塑材料流畅地注入模腔(如图2A所示)；然后，通过使用外力将销钉向前移动到模腔内以形成孔洞；因此，增加了注入模腔中模塑材料的堆积密度，从而可使熔接部具有足够的强度。
在本发明的滑轮模塑方法中，可以采用边浇口法、多针孔浇口法等方法。边浇口法比多针孔浇口法更可取，因为在边浇口法中浇口附近的剩余压力较低，其结果使浇口附近几乎不发生膨胀，从而可以缩短模塑周期，使大批生产滑轮成为可能。此外，在边浇口法中，可以在注入模塑材料后通过使用浇口密封销钉密封浇口，因此，模腔内的压力可以恒定保持在峰值级，从而使熔接部具有更高的强度。
用于模塑树脂制成的滑轮的典型材料包括酚醛树脂模塑材料。在本发明生产树脂滑轮的方法中，采用酚醛树脂模塑材料，特别是含有通过将棉布(例如针织品、绉纱、粗斜纹布或类似棉布)粉化而得的粉化棉布作为主要填料的酚醛树脂模塑材料。
在本发明中，用于酚醛树脂中的基体树脂是酚醛树脂。热塑性树脂(属于工程塑料)例如聚酰胺和类似的树脂耐热性较差，不适宜用作遭受高温的机械零件。特别是当它们用于滑轮中时，当滑轮和皮带之间打滑而异常发热时往往导致熔化和脱开。相反，酚醛树脂(属于热固性树脂)却没有上述问题，因而最适宜作为基体树脂用于车辆的机械零件(例如滑轮和类似的零件)。用于本发明的酚醛树脂是任一种酚醛清漆类的酚醛树脂，甲阶酚醛树脂和改性酚醛树脂。
在本发明中，用于酚醛树脂模塑材料的主要填料是粉化的棉布或粉化棉布加粉状有机纤维例如木屑、纸浆或类似的物质。当把酚醛树脂模塑材料做成滑轮时，单就抗皮带磨损性而言，含有作为填料的碎布(例如棉布)是足够的；然而，用这种酚醛树脂模塑材料制成的滑轮往往导致：(1)由于它与该材料的浸透性很差，因而局部的强度低和(2)产生毛刺时，光洁度很差。
相反，用含有粉化棉布作为填料的酚醛树脂模塑材料制成的滑轮，不仅具有极好的抗皮带磨损性而且其耐冲击性能也很强。
在本文中，滑轮的″耐冲击性″指的是当滑轮例如在装卸过程中掉落在地板上时的耐冲击性。该耐冲击性根据落球试验法测试；即，将滑轮放在45°的斜面上，将直径为50毫米的钢球从给定高度降落以便击中该滑轮的顶部，从而可检测到形成例如破裂或类似的缺陷。用于本发明的粉化棉布是粉化的绉纱、粉化的针织品、粉化的粗斜纹布或类似棉布，并可以是两种或多种这类材料的组合物。
粉化棉布的尺寸最好是经过筛分达到5—140目。当采用通过大于5目粗筛的粉化棉布时，所得的酚醛树脂模塑材料可使滑轮获得较高的耐降落冲击性和较高的耐落球冲击性，但是，在许多情况下该滑轮没有光滑的表面，且往往是低光泽和粗糙的表面。当采用通过小于140目细筛的粉化棉布时，所得的酚醛树脂模塑材料将导致滑轮的耐降落冲击性和耐落球冲击性降低。粉化棉布的尺寸更优选经过筛分达到10—60目。
在酚醛树脂模塑材料中，通常可采用尺寸小于80—100目的粉状有机纤维例如木屑、纸浆或类似的材料。考虑到耐磨性，应避免使用玻璃纤维。如果对所得酚醛树脂模塑材料的耐磨性不会产生有害影响，在酚醛树脂模塑材料中，通常可以采用粉状无机填料。粉状无机填料的典型实例是粘土、碳酸钙、云母和氢氧化铝，其中每种均可与主要的填料配合使用。二氧化硅是很硬的物质最好不使用。
所用填料的总量优选为每100份所用酚醛树脂(以重量计)使用50—200份(以重量计)。当其用量小于50份(以重量计)时，所得酚醛树脂模塑材料不能提供足够的强度。当其用量大于200份(以重量计)时，所得酚醛树脂模塑材料的可塑性很差，在某些情况下不可能实际应用。填料的总量中粉化棉布的用量X(wt％)和粉状有机填料(例如木屑或纸浆)的用量Y(wt％)优选如下。
        15≤X≤100
        60≤X＋Y≤100当X＜15时，不可能获得足够的强度。当(X＋Y)＜60时，造成可塑性低，特别是注塑中的充填率很差。粉化棉布的用量更优选为15≤X≤50。当15≤X≤50时，可以采用普通的方法(即，在加热和研磨的条件下捏和)制备酚醛树脂模塑材料。当X＞50时，粉化棉布占据较大的体积，成为注塑中的障碍物；因此，宜于采用粒化法，其中，在适量的溶剂存在下，在加热、高速搅拌的条件下进行。
本发明提供了一种生产酚醛树脂滑轮方法，该方法几乎完全不会由于熔接而造成强度降低，且能保持极好的耐热性、耐磨性以及所用组分提供的强度。此外，在本发明中，当采用边浇口法时，可以缩短模塑周期并可大批生产滑轮、有利于提高生产率以及减少熔渣和流道结块(熔渣和流道结块是废物)。因此，本发明可以提供一种成本低、工业价值很高可用作车辆零件的树脂制成的滑轮。
在下文中，将参照实施例和对比例对本发明作详细说明。下面的″份数″指的是″重量份数″。关于组分的配方和采用的模塑方法归纳在表1中。组分均采用热轧机捏和或采用Henschel混合器热—捏和，以制得酚醛树脂模塑材料。实施例1
根据表1所示的配方和捏和装置制备酚醛树脂模塑材料。采用图1A—1C中所示的模具〔模腔尺寸为：直径100毫米和70立方厘米(体积)〕在模塑温度为160℃、圆筒温度为90℃(前)和50℃(后)、固化时间为50秒和模塑周期为70秒的条件下，将该模塑材料进行注塑，以制得在其中心具有圆筒形金属嵌件的滑轮产品。在上述操作中，事先将可移动模从预定位置向后移动2毫米，从模塑材料完全注入3秒后，将可移动模向前移动到预定位置，以制得符合要求形状的滑轮产品。实施例2
根据表1所示的配方和捏和装置制备酚醛树脂模塑材料。采用图1A—1C中所示的模具在模塑温度为170℃、圆筒温度为90℃(前)和50℃(后)、固化时间为40秒和模塑周期为60秒的条件下，将该模塑材料进行注塑，以制得在其中心具有圆筒形金属嵌件的滑轮产品。在上述操作中，事先将可移动模从预定位置向后移动2毫米，从模塑材料完全注入3秒后，将可移动模向前移动到预定位置，以制得符合要求形状的滑轮产品。实施例3
根据表1所示的配方和捏和装置制备酚醛树脂模塑材料。采用图2A—2D中所示的模具(具有与图1A—1C中所示模具相同的尺寸)，在模塑温度为170℃、圆筒温度为80℃(前)和40℃(后)、固化时间为50秒和模塑周期为70秒的条件下，将该模塑材料进行注塑，以制得在其中心具有圆筒形金属嵌件的滑轮产品。在上述操作中，事先将用来形成孔洞的销钉向后移动到将形成孔洞的顶端，从模塑材料完全注入5秒后，将销钉向前移动到预定位置，以制得具有孔洞的符合要求形状的滑轮产品。实施例4
采用图2A—2D中所示的模具，在模塑温度为170℃、圆筒温度为80℃(前)和40℃(后)、固化时间为45秒和模塑周期为65秒的条件下，将与实施例3中所用的相同酚醛树脂模塑材料进行注塑，以制得在其中心具有圆筒形金属嵌件的滑轮产品。在上述操作中，事先将用来形成孔洞的销钉向后移动到将形成孔洞的顶端，从模塑材料完全注入2秒后，将浇口密封销钉向前移动达到密封浇口的位置；密封1秒钟后，将该销钉向前移动到预定位置，以制得具有孔洞的符合要求形状的滑轮产品。对比例1
采用图1A—1C中所示的具有相同模腔形状、用于压塑法的模具，在片剂预处理温度为95℃、模具温度为160℃、固化时间为3分钟和模塑周期为5分钟的条件下，将与实施例1中所用的相同酚醛树脂模塑材料进行压塑，以制得在其中心具有圆筒形金属嵌件的滑轮产品。对比例2
除了没有进行浇口密封之外，采用图1B中所示的固定在相同状态的模具，在模具温度为170℃、圆筒温度为90℃(前)和50℃(后)、固化时间为40秒和模塑周期为60秒的条件下，将与实施例2中所用的相同酚醛树脂模塑材料进行注塑，以制得在其中心具有圆筒形金属嵌件的滑轮产品。对比例3
除了没有进行浇口密封之外，采用图2C中所示的固定在相同状态的模具，在模具温度为170℃、圆筒温度为80℃(前)和40℃(后)、固化时间为50秒和模塑周期为70秒的条件下，将与实施例3和4中所用的相同酚醛树脂模塑材料进行注塑，以制得在其中心具有圆筒形金属嵌件和在圆盘部具有孔洞的滑轮产品。对比例4
除了没有进行浇口密封之外，采用图2C中所示的固定在相同状态的模具，在模具温度为170℃、圆筒温度为90℃(前)和50℃(后)、固化时间为40秒和模塑周期为60秒的条件下，将根据表1所示的配方和捏和装置制备的酚醛树脂模塑材料进行注塑，以制得在其中心具有圆筒形金属嵌件和在圆盘部具有孔洞的滑轮产品。
有关采用实施例1—4和对比例1—4的方法制成的酚醛树脂滑轮的生产率(模塑周期)和性能列于表2中。从表2中的评价可以看出，在本发明的注塑法中，在注塑完成后，可移动模的一部分或全部向前移动，所得的酚醛树脂制成的滑轮不仅具有极高的生产率而且具有极好的机械性能(例如极好的抗热冲击性)。当所用的酚醛树脂模塑材料如实施例3和4含有大量的有机填料(例如粉化棉布)时，制成的滑轮能很好地保持用于模塑材料中的组分提供的固有性能。而通过常规注塑法生产的滑轮却不能保持这些性能，压塑法生产的滑轮具有良好的特性，但是生产率很低。
                表1组分配方、组分—捏和装置及模塑方法
 实施例1  实施例2
组分配方(重量份数)     酚醛清漆树脂     100     100
    甲阶酚醛树脂
    六亚甲基四胺     15     15
    木屑     70     30
    纸浆     30
    粉化棉布(纤维长度＝约1毫米) 40
    碳酸钙     30
    玻璃纤维(13μ×3毫米)
其它(固化助剂、润滑剂等)     15     15
    甲醇
组分捏和装置   轧辊   轧辊
模塑方法 注塑法，其中注入模塑材料后可移动模向前移动     ○     ○
    普通注塑法
    压塑法
    浇口密封 未进行 未进行
                                                       —待续—
                                                               —接上表—
实施例3 实施例4 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4
实施例1 同实施例2 同实施例3和4 100
    100
15
100
50
120
    10 10
    40
Henschel混合器 轧辊 轧辊 Henschel混合器 轧辊
○ ○
○ ○ ○
○
未进行 进行 未进行 未进行 未进行
                   表2滑轮的生产率和特性
实施例1 实施例2
生产率     模塑周期(秒)     70     60
特性     推出金属嵌件所需的强度(kN) 12 14
    热冲击(周期)     13     20＜
          皮带磨损     小     小
落球冲击 从20厘米高度降落     ○     ○
从35厘米高度降落     △     △
                                                       —待续—
                                                     —接上表—
实施例3  实施例4   对比例1   对比例2   对比例3 对比例4
    70     65     300     60     70     60
    13     13     12     9     10     17
   20＜    20＜     15     7     12     5
   很小    很小     小     小     小     大
    ○     ○     ○     △     ○     △
    ○     ○     △     ×     △     ×
注  热冲击的试验条件：
无负载施加在样品滑轮上，-40℃(1小时)和130℃(1小时)
皮带磨损试验条件：
张力＝1.5千牛顿，每分钟8,000转，100小时

Claims (8)

1.一种生产其中嵌入了金属嵌件的用酚醛树脂制成的滑轮的方法，该方法包括：
在具有可移动模、固定模和模腔的模具的模腔中装配了圆筒形或圆实体轴形的金属嵌件，
当所生产的滑轮具有最终的形状时，在该可移动模的一部分或全部已从其预先占据的位置向后移动到给定距离的状态下，关闭该模具，
将酚醛树脂模塑材料注入模腔，使该模塑材料充满模腔，然后，
将向后移动了的一部分或全部可移动模向前移动到所述预定位置，以模塑所述滑轮。
2.一种生产其中嵌入了金属嵌件的用酚醛树脂制成的滑轮的方法，该方法包括：
在具有可移动模、固定模和模腔的模具的模腔中装配了圆筒形或圆实体轴形的金属嵌件，
当所生产的滑轮具有最终的形状时，在该可移动模的一部分或全部已从其预先占据的位置向后移动到给定距离的状态下，关闭该模具，
将酚醛树脂模塑材料注入模腔，使该模塑材料充满模腔，
用浇口密封销钉密封模具的浇口，基本上同时或在浇口密封后，
将向后移动的一部分或全部可移动模向前移动到所述预定位置，以模塑所述的滑轮。
3.一种生产其中嵌入了金属嵌件且在其圆盘部上形成孔洞的酚醛树脂滑轮的方法，该方法包括：
在具有可移动模、固定模和模腔的模具的模腔中装配了圆筒形或圆实体轴形的金属嵌件，
在用来形成所述孔洞的销钉已处于从其预先占据的位置向后移动的状态时，关闭该模具，此后，
将酚醛树脂模塑材料注入模腔，使该模塑材料充满模腔，然后
将这些销钉向前移动到所述预定位置，以模塑所述的滑轮。
4.一种生产其中嵌入了金属嵌件且在其圆盘部上形成孔洞的酚醛树脂滑轮的方法，该方法包括：
在具有可移动模、固定模和模腔的模具的模腔中装配了圆筒形或圆实体轴形的金属嵌件，
在用来形成所述孔洞的销钉已处于从其预先占据的位置向后移动的状态时，关闭该模具，此后，
将酚醛树脂模塑材料注入模腔，使该模塑材料充满模腔，
用浇口密封销钉密封模具的浇口，然后，基本上同时或在浇口密封后，
将这些销钉向前移动到所述预定位置，以模塑所述的滑轮。
5.一种用于权利要求1方法中的酚醛树脂组合物，其中用于该组合物中的填料包括分别按所用的每100份(以重量计)填料总量X份(以重量计)粉化棉布和选自木屑和纸浆的Y份(以重量计)粉状有机纤维，假定X和Y满足下式(1)和(2)
        60≤X＋Y≤100    (1)
        15≤X≤100       (2)。
6.一种用于权利要求2方法中的酚醛树脂组合物，其中用于该组合物中的填料包括分别按所用的每100份(以重量计)填料总量X份(以重量计)粉化棉布和选自木屑和纸浆的Y份(以重量计)粉状有机纤维，假定X和Y满足下式(1)和(2)
        60≤X＋Y≤100    (1)
        15≤X≤100       (2)。
7.一种用于权利要求3方法中的酚醛树脂组合物，其中用于该组合物中的填料包括分别按所用的每100份(以重量计)填料总量X份(以重量计)粉化棉布和选自木屑和纸浆的Y份(以重量计)粉状有机纤维，假定X和Y满足下式(1)和(2)
        60≤X＋Y≤100    (1)
        15≤X≤100       (2)。
8.一种用于权利要求4方法中的酚醛树脂组合物，其中用于该组合物中的填料包括分别按所用的每100份(以重量计)填料总量X份(以重量计)粉化棉布和选自木屑和纸浆的Y份(以重量计)粉状有机纤维，假定X和Y满足下式(1)和(2)
        60≤X＋Y≤100    (1)
    15≤X≤100    (2)。
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