CN1759263A - 用于滑轮的酚树脂成型材料、树脂滑轮以及树脂成型材料的使用方法 - Google Patents

用于滑轮的酚树脂成型材料、树脂滑轮以及树脂成型材料的使用方法 Download PDF

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Abstract

一种用于滑轮的成型树脂材料，其包括必要成分酚醛树脂、玻璃纤维、非玻璃纤维的无机基体，以及一种弹性体。酚醛树脂的含量、玻璃纤维和非玻璃纤维的无机基体的总含量以及弹性体的含量分别占成型材料总重的25－45wt％、45－65wt％和0.5－5wt％。非玻璃纤维的无机基体的一个实例为碳酸钙。弹性体的一个实例为NBR。用于滑轮的成型酚树脂材料成型后得到树脂滑轮。

Description

用于滑轮的酚树脂成型材料、树脂滑轮以及树脂成型材料的使用方法
技术领域
本发明涉及用于滑轮的酚树脂成型材料、树脂滑轮以及树脂成型材料的使用方法。
背景技术
与金属滑轮相比，树脂滑轮具有轻质、低噪音和低成本优势，因而是工业机械或汽车的常用部件。树脂滑轮中，由于酚树脂制成的滑轮的尺寸准确性得到改进、且不易变形，从而使酚树脂制成的滑轮比以尼纶为代表的热塑性树脂制成的滑轮更常用。
酚树脂制成的滑轮需要具备机械强度、尺寸尺寸稳定性和耐热冲击性。酚树脂制成的滑轮还需要具备与固定方式相适应的特点。当用螺栓固定滑轮时，从防止螺栓变松的角度而言，要求滑轮具有良好的应力松弛特征。另外，当滑轮通过引入滑轮内部的插件固定时，由于插件和树脂之间的热膨胀差异会造成在插件周边发生断裂。出于此原因，需要滑轮具有良好的耐热冲击性。因此，酚树脂制成的滑轮应在所要求的各种高水平性能之间达到良好平衡。
常规地，经常采用将插件导入酚树脂制成的滑轮内部的固定方法。此时，如上所述，需要良好耐热冲击性。出于此目的，将玻璃纤维混入用于滑轮酚树脂成型材料中的酚树脂中以改善耐热冲击性、机械强度和尺寸尺寸稳定性。专利文献1描述了将酚树脂、弹性体、无机纤维、玻璃纤维和粉状二氧化硅进行混合而使耐热冲击性得到改善。
专利文献1：日本专利申请特开号2001-187958。
发明内容
上述现有技术强调耐热冲击性得到改善，但在应力松弛方面还仍需改善。因此，本发明的所要解决的问题是：在由酚树脂制造的滑轮中，尤其是可通过螺栓固定的酚树脂滑轮中使高水平的机械强度、尺寸稳定性、应力松弛以及耐热冲击性之间达到良好平衡，该树脂滑轮可被用作工业机械或汽车中的部件。
本发明的设计是从上述情况考虑，本发明的目的在于提供一种用于树脂滑轮的酚树脂成型材料，该材料具有良好的机械强度、应力松弛性、耐热冲击性，本发明还提供一种该树脂成型而得的树脂滑轮。
本发明提供一种用于滑轮的酚树脂成型材料，其通过将各成分混合而制得，所述成分包括：(A)酚醛型酚树脂、(B)玻璃纤维、(C)无机基体(非玻璃纤维)和(D)弹性体，其中各成分相对于全部树脂成型材料的比例为：(A)25wt％-45wt％、(B)与(C)的总和为45wt％-65wt％、(D)0.5wt％-5wt％。
由于本发明的树脂成型材料包括酚醛型酚树脂，因而足以保证应力松弛性能。由于包括玻璃纤维，可保证机械强度。由于必须包括弹性体和非玻璃纤维的无机基体，其耐热冲击性可得到改善。按照上述比例将这些材料混合可使树脂成型材料实现机械强度、耐热冲击性和应力松弛之间的良好平衡。
本发明的树脂成型材料中，(C)无机基体可至少包括碳酸钙。将碳酸钙用作(C)无机基体，通过碳酸钙和弹性体的协同作用可进一步改善耐热冲击性。
本发明的树脂成型材料中，(C)非玻璃纤维的无机基体可基本由碳酸钙组成。说明书中的术语“无机基体基本由碳酸钙组成”是指如碳酸钙占无机基体总重量的比例不低于90wt％。这将进一步改善耐热冲击性。
本发明的树脂成型材料中，(D)弹性体可包括二烯橡胶。本发明的二烯橡胶可为丙烯腈丁二烯橡胶。
本发明的树脂成型材料中，(D)弹性体可包括聚乙烯醇缩醛。本发明的聚乙烯醇缩醛可以是聚乙烯醇缩丁醛。
本发明的树脂成型材料中，(C)无机基体可基本由碳酸钙组成，(D)弹性体可基本由丙烯腈丁二烯橡胶组成，这些成分占树脂成型材料总重的比例为：(A)25wt％-33wt％、(B)25wt％-35wt％、(C)25wt％-35wt％、(D)0.5wt％-2wt％。添加碳酸钙将确保应力松弛性得到改善。因此，其被用作主要为了改善应力松弛性能的树脂成型材料。
本发明的树脂成型材料中，(C)无机基体可基本由碳酸钙组成，(D)弹性体可基本由丙烯腈丁二烯橡胶组成，这些成分占树脂成型材料总重的比例为：(A)33wt％-42wt％、(B)45wt％-55wt％、(C)2wt％-12wt％、(D)1wt％-3wt％。其被用作主要为了改善热循环性的树脂成型材料。
本发明还提供了一种由树脂成型材料成型而得到的树脂滑轮。本发明的树脂滑轮具有优良的机械强度、耐热冲击性和应力松弛性。
本发明还提供一种树脂成型材料的使用方法，该方法在树脂滑轮的成型过程中采用了该树脂成型材料。与常规滑轮用酚树脂成型材料相比，本发明的滑轮用树脂成型材料是一种机械强度、耐热冲击性和应力松弛性更优良的成型材料。这将使其可被用于作为工业机械部件和汽车部件等各种滑轮中。
附图说明
参照下述优选实施例和附图，本发明的上述目的、其它目的、特征和优点将更明确、清晰。
图1为本发明实施例的酚树脂制成的滑轮结构的正视图。
图2为图1所示的酚树脂制得的滑轮的侧视图。
本发明的最佳实施方式
本发明用于滑轮的酚树脂成型材料主要包括：
(A)酚醛型酚树脂、
(B)玻璃纤维、
(C)无机基体(非玻璃纤维)以及
(D)弹性体。
以用于滑轮的酚树脂成型材料总重为基准，成分(A)至(D)的含量为：(A)25wt％-45wt％、(B)+(C)45wt％-65wt％、(D)0.5wt％-5wt％。
下面将对组成本发明用于滑轮的酚树脂成型材料的各种成分进行描述。
本发明中，将酚醛型酚树脂用作(A)酚树脂。采用酚醛型酚树脂的原因在于它具有高交联密度，且具有优良的应力松弛性和低成本特点。酚醛型酚树脂的加入量占整个成型材料总重的25wt％-45wt％，优选为27wt％-37wt％。如果加入量太少，则弹性增加，可拉伸率降低，导致耐热冲击性降低，且由于树脂含量的减少而使可成型性变差。如果加入量过高，则应力松弛性降低，热膨胀系数增加，耐热冲击性降低，且由于成型收缩增大而导致尺寸产生变化。结果是使很难获得满足树脂滑轮的性能。
本发明用于滑轮的酚树脂成型材料中，可含有固化(A)酚醛型酚树脂的固化剂。固化剂可以是常用于酚醛型酚树脂的固化剂。固化剂的实例包括六亚甲基四胺、甲酚型酚树脂等。当使用六亚甲基四胺为固化剂时，其含量可例如为占100重量份酚醛型酚树脂的14重量份-20重量份。
本发明用于滑轮的酚树脂成型材料必定包括纤维性无机填充剂。该纤维性无机填充剂不包含有机纤维。纤维性无机填充剂例如为(B)玻璃纤维。(B)玻璃纤维的加入使成型产品获得了机械强度。(B)玻璃纤维的特征例如为但不限定为，纤维直径10μm-15μm，纤维长度1mm-3mm。结果是，可获得制造成型材料所需的可操作性，以及成型产品所需的机械强度。
(B)玻璃纤维的加入量可以例如为占成型材料总重的20wt％或更多，从而保证足够的机械强度。因此，可能改善滑轮在高负荷时的强度。还能得到厚度减小、重量减小的滑轮。
本发明所采用的(C)无机基体的实例包括但不限于：煅烧的粘土、未煅烧的粘土、硅灰石、滑石粉、碳酸钙、云母和钛酸钾须。其中，碳酸钙或硅灰石，尤其是碳酸钙被优选采用。作为(C)无机基体，也可仅含有碳酸钙。从而，使用于树脂滑轮的酚树脂成型材料具有优良的机械强度、应力松弛性、更稳定的耐热冲击性。当采用碳酸钙时，其平均粒度例如为0.5μm-20μm，优选为1μm-10μm。
(C)无机基体的加入量可以例如为不低于整个成型材料总重的1wt％，优选不低于3wt％，从而保证了机械强度、应力松弛性和耐热冲击性之间的平衡得到改善。加入量可以是相对于整个成型材料总重的50wt％而言，如不超过50wt％，优选不超过40wt％，从而保证足够的机械强度。
(B)玻璃纤维+(C)无机基体的加入量相对于整个成型材料总重例如可以为不低于45wt％，优选不低于50wt％，从而保证足够的应力松弛性，并防止固定滑轮的螺栓松动。还能防止热膨胀系数的增加从而改善了耐热冲击性。
(B)玻璃纤维+(C)无机基体的加入量相对于整个成型材料总重，可以例如为不低于65wt％，优选不低于62wt％，从而使弹性降低而增加可拉伸率。因此，保证了足够的坚硬度，并改善了耐热冲击性。还改善了成型材料在捏合过程的可操作性。
(D)弹性体的加入可改善耐热冲击性。对弹性体的种类不作具体限定，弹性体的实例可包括二烯橡胶，如丙烯腈丁二烯橡胶(NBR)、改性的NBR、氯丁二烯橡胶和苯乙烯丁二烯橡胶；非二烯类橡胶，如乙丙橡胶；聚乙烯醇缩醛，如聚乙烯醇缩丁醛(以下指“PVB”)；羧酸乙烯酯，如乙酸乙烯酯；等等，上述物质可单独使用也可混合使用。其中，优选使用丁腈橡胶，如NBR和羧酸改性的NBR。这些材料与酚树脂具有良好的相容性。因此，采用这些材料可使弹性体均匀分散在酚树脂中，从而实现优良的坚硬度，并进一步改善树脂成型材料的耐热冲击性。
利用丁腈橡胶，如NBR和羧酸改性的NBR或PVB以及酚醛型酚树脂可进一步改善机械强度、耐热冲击性以及应力松弛之间的平衡。
(D)弹性体的加入量是获得机械强度、耐热冲击性以及应力松弛之间的平衡得到改善的树脂成型材料的一个重要因素。弹性体加入量相对于整个成型材料总重，可以为不低于0.5wt％，优选不低于1wt％，从而保证足够的可拉伸率。因此，可能在保证足够的坚硬度的同时改善耐热冲击性。
(D)弹性体的加入量可以不超过整个成型材料总重的5wt％，优选不超过3wt％。这将防止应力松弛性和机械强度变差，减低了热膨胀系数，因而改善了耐热冲击性。
在本发明中，必要时也可加入除上述物质以外的其它填充剂。
本发明的酚树脂成型材料的组成可以依据具体应用进行调整。例如，主要是为了改善应力松弛性的树脂成型材料可以下述组成为例。此时的各成分加入量基于酚树脂成型材料的总重量。
酚醛型酚树脂：25wt％-33wt％，
六亚甲基四胺：3wt％-7wt％，
玻璃纤维：25wt％-35wt％，
碳酸钙：25wt％-35wt％，
NBR：0.5wt％-2wt％。
主要是为了改善热循环性的树脂成型材料则可以下述组成为例。此时的各成分加入量基于酚树脂成型材料的总重量。
酚醛型酚树脂：33wt％-42wt％，
六亚甲基四胺：3wt％-7wt％，
玻璃纤维：45wt％-55wt％，
碳酸钙：2wt％-12wt％，
NBR：1wt％-3wt％。
利用这样的混合比例，通过玻璃纤维和丙烯腈丁二烯橡胶的协同作用而进一步改善热循环性。
本发明的酚树脂成型材料通过本领域的已知技术制得。例如，除上述成分外，必要时可添加固化辅助剂、脱模剂、颜料、偶联剂等，并均匀混合，然后利用单捏合机如辊、共捏合机或双螺杆挤出机等手段，或利用辊和其它捏合机的组合在加热下进行熔融捏合，再制粒或碾磨得到目标材料。
以下将对本发明的酚树脂制得的滑轮进行描述。本发明的树脂滑轮是利用前述成型材料经过成型而制得的。
图1和图2是本发明酚树脂制得的滑轮结构的一个实例。图1为酚树脂制得的滑轮的正视图。图2是图1所示酚树脂制得的滑轮的侧视图。在图1和图2所示酚树脂制得的滑轮中，插入金属件2被装配到滑轮中。滑轮1由其中装配有插入金属件2的装配部件、具有V-型凹槽的外层圆柱形部件以及连接固定部件和外层圆柱形部件的梁所构成。
本发明酚树脂制得的滑轮通常是利用前述配方的成型材料，其中放入一金属插件，通过压缩模塑、传递模塑、注塑成型或压注成型而制得。进行成型的成型条件为：当采用缩模塑时，成型温度为170-190℃，成型压力为100-150kg/cm2，固化时间为1-5分钟。然而，成型条件并不局限于此。
由于本发明的滑轮是利用前述酚树脂成型材料而制得的，因而在机械强度、耐热冲击性和应力松弛性之间达到了良好平衡。
实施例
本发明将通过实施例和比较实施例进行描述。将表1和表2所示的配方混合物用不同旋转速度的热辊进行捏合，然后制成片材并冷却。将这些片材粉碎成为颗粒状酚树脂成型材料。
实施例和比较实施例中所用的混合成分如下所述。
(1)根据以下配方制备甲酚型酚树脂。
将苯酚(P)和甲醛(F)按摩尔比(F/P)1∶7加到带有回流冷凝管、搅拌器、加热装置和真空脱水器的反应瓶中，然后加入乙酸锌，每100重量份苯酚中加入0.5重量份的乙酸锌。调节反应体系的pH值至5.5，回流3个小时。然后在真空度为100Torr、温度为100℃的条件下蒸馏反应液2个小时，以去除未反应的苯酚。然后，使反应在真空度为100Torr、温度为115℃的条件下反应1个小时，得到固态的二甲基醚型甲酚型酚树脂，数均分子量为800。
(2)酚醛型酚树脂：数均分子量为700(A-1082，Sumitomo BakeliteCompany Limited制造)。
(3)六亚甲基四胺：Mitsubishi Gas Chemical Company Inc.制造。
(4)玻璃纤维：玻璃纤维碎团，纤维长度为3mm，纤维直径为11μm，Nippon Sheet Glass Co.，Ltd.制造。
(5)碳酸钙：平均粒径为2.6μm的SS 80，Nitto Funka Kogyo K.K.制造。
(6)粘土：Insulite，Mizusawa Industrial Chemicals，Ltd.制造。
(7)固化辅助剂：氧化镁。
(8)脱模剂：硬脂酸钙。
(9)着色剂：炭黑。
(10)PVB：S-LEC BX-5，Sekisui Chemical Co.，Ltd.制造。
(11)NBR：PNC-38，JSR Corporation制造。
表1
 实施例1  实施例2  实施例3  实施例4  实施例5  实施例6
  配方(wt％)   酚醛型酚树脂  31  30  29  31  31  35
  六亚甲基四胺  5  5  5  5  5  5
  玻璃纤维  30  27  31  50  30  50
  碳酸钙  30  33  31  10  -  5
  粘土  -  -  -  -  30  -
  NBR  1  2  -  1  1  2
  PVB  -  -  1  -  -  -
  固化辅助剂  1  1  1  1  1  1
  着色剂  1  1  1  1  1  1
  脱模剂  1  1  1  1  1  1
  性能   弯曲强度(MPa)  145  140  140  160  135  180
  线性膨胀系数(ppm)  24  25  24  22  24  24
  应力松弛性(％)  85.0  82.0  85.0  84.0  87.0  82.0
  冷热冲击性  150  175  150  200  50  200
表2
比较实施例1 比较实施例2 比较实施例3 比较实施例4
  配方(wt％)  甲酚型酚树脂  36  -  -  -
 酚醛型酚树脂  -  31  26  47
 六亚甲基四胺  -  5  4  8
 玻璃纤维  30  30  30  20
 碳酸钙  30  30  30  20
 粘土  -  -  -  -
 NBR  1  -  7  2
 PVB  -  -  -  -
 固化辅助剂  1  1  1  1
 着色剂  1  1  1  1
 脱模剂  1  1  1  1
  性能  弯曲强度(MPa)  140  150  110  130
 线性膨胀系数(ppm)  28  24  35  45
 应力松弛性(％)  68.0  86.0  70.0  65.0
 冷热冲击性  200＜  25  100  100
用于评价性能的测试样本的成型方法以及评价方法如下所述。(i)弯曲强度的测试按照JIS K6911的规定。
(ii)耐冷热冲击性：用直径为50mm、厚度为5mm的圆盘为金属插件，其上具有两处切口，所述切口用树脂覆盖，树脂的厚度为2mm，由此成型为测试样。将该测试样经受热循环测试200轮，每次循环为经历30分钟从-40℃至140℃的温度变化。每25个循环检查一次是否出现裂纹。裂纹数见表1。
(iii)应力松弛性：根据ASTE F38B进行应力松弛性测试。测试样在100℃的温度、11.8MPa的夹持压力下进行，测试开始后的100个小时测定剩余片段的百分数。
(iv)热膨胀系数：根据TMA测定80℃至120℃的线性热膨胀系数。
实施例1-6任意之一都是成型材料，其中酚醛型酚树脂、玻璃纤维、无机基体和弹性体以预定量进行混合。表1和表2的结果表明利用成型材料经过成型而制得的成型产品表现出在较高水平的机械强度、耐热冲击性和应力松弛性之间实现了良好平衡，这是树脂滑轮所需要的。
相反，比较实施例1由于使用了甲酚型酚树脂，尽管耐热冲击性优良，但应力松弛性很低。比较实施例2由于缺少弹性体，耐热冲击性差。比较实施例3由于弹性体含量大，应力松弛性差。弹性体的加入量对于获得机械强度、耐热冲击性和应力松弛性之间平衡良好的树脂成型材料很重要，加入量过大并不利。优选地，弹性体的加入量不超过5wt％，加入量不超过2wt％将使树脂成型材料呈现的性能更稳定。比较实施例4由于树脂成分的含量高而导致应力松弛性差。

Claims (9)

1.一种各成分按照配方制得的用于滑轮的酚树脂成型材料，所述成分包括：
(A)酚醛型酚树脂、
(B)玻璃纤维、
(C)无机基体(非玻璃纤维)以及
(D)弹性体，
其中，基于整个树脂成型材料的各成分比例为：
(A)25wt％-45wt％；
(B)+(C)45wt％-65wt％，以及
(D)0.5wt％-5wt％。
2.根据权利要求1所述的树脂成型材料，其中(C)无机基体至少包括碳酸钙。
3.根据权利要求1所述的树脂成型材料，其中(C)无机基体基本由碳酸钙构成。
4.根据权利要求1所述的树脂成型材料，其中(D)弹性体包括二烯橡胶。
5.根据权利要求1所述的树脂成型材料，其中(D)弹性体包括聚乙烯醇缩醛。
6.根据权利要求1所述的树脂成型材料，其中
(C)无机基体基本由碳酸钙构成，
(D)弹性体主要包括丙烯腈丁二烯橡胶，以及
基于整个树脂成型材料总重，成分(A)至(D)的比例为：
(A)25wt％-33wt％；
(B)25wt％-35wt％；
(C)25wt％-35wt％；以及
(D)0.5wt％-2wt％。
7.根据权利要求1所述的树脂成型材料，其中
(C)无机基体基本由碳酸钙构成，
(D)弹性体基本由丙烯腈丁二烯橡胶构成，以及
基于树脂成型材料总重，成分(A)至(D)的比例为：
(A)33wt％-42wt％；
(B)45wt％-55wt％；
(C)2wt％-12wt％；以及
(D)1wt％-3wt％。
8.由权利要求1所述的树脂成型材料经过成型而制得的树脂滑轮。
9.树脂成型材料的使用方法，所述方法包括采用权利要求1所述的树脂成型材料经过成型而制成树脂滑轮。
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