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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Phenolharzzusammensetzung zur Herstellung von Riemenscheiben zur Verwendung in Kraftfahrzeugen, aus der eine Harzriemenscheibe hergestellt werden kann, die bei einer erhöhten Temperatur von 250°C und darüber nicht aufquillt und frei von Rissen in der Außenfläche ist und sich durch hohe mechanische Festigkeit und überragende Temperaturwechselbeständigkeit auszeichnet, und sie betrifft eine aus diesem Harz hergestellte Phenolharzriemenscheibe für Kraftfahrzeuge.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine Phenolharzriemenscheibe ist leicht und geräuschlos im Vergleich zu Metallriemenscheiben, und verglichen mit Harzriemenscheiben aus thermoplastischen Harzen, wie beispielsweise Nylon und Polyphenylsulfid, zeichnet sich die Phenolharzriemenscheibe durch Maßgenauigkeit aus und schmilzt und verformt sich auch nicht, wenn die Riemenscheibe in Extremsituationen überhitzt wird. Aus diesem Grund ist die Phenolharzriemenscheibe für die Verwendung in Kraftfahrzeugen geeignet, bei denen Leichtigkeit, geräuschloser Lauf, hohe Zuverlässigkeit und dergleichen erforderlich sind. Herkömmliche Phenolharzriemenscheiben, bei denen organische Fasern, z. B. Zellulose, als Hauptsubstrat Verwendung finden, werden häufig benutzt, um den Anforderungen bezüglich Leichtigkeit und Riemenfestigkeitseigenschaften, die für solche Riemenscheiben erforderlich sind, zu genügen.
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Eine Phenolharzriemenscheibe, für deren Hauptsubstrat organische Fasern verwendet werden, quillt jedoch manchmal auf oder reißt an der Oberfläche ein, weil sich die organischen Fasern zersetzen, wenn die Scheibe übergangslos auf 250°C oder mehr durch das Abrutschen des Riemens überhitzt wird. Dadurch können Absplitterungen in der V-förmigen Rille der Riemenscheibe verursacht und die Qualitätsminderung des Riemens beschleunigt werden.
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Eine Phenolharzriemenscheibe mit Aramidfasern als organische Fasern, die eine höhere Hitzebeständigkeit aufweisen als Zellulose, ist als Phenolharzriemenscheibe bekannt, bei der ein solches Aufquellen und Risse in der Außenfläche unterdrückt werden. Aramidfasern sind jedoch nicht nur extrem teuer, sondern lassen sich auch nur sehr schwer in Phenolharzen und dergleichen dispergieren, so dass es zu einer geringen Ergiebigkeit kommt, wenn eine Harzzusammensetzung durch Kneten mit Phenolharzen und dergleichen hergestellt wird. Außerdem weist die dabei entstehende Harzzusammensetzung nur eine geringe Formbarkeit auf. Aus diesen Gründen ist es schwierig, Aramidfasern als Allzweckwerkstoff zu verwenden.
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Eine Phenolharzformmasse für Riemenscheiben benutzt ein Phenolaralkylharz als Phenolharzkomponente. Ein Phenolaralkylharz ist ein Harz vom Novolak-Typ, bei dem Hexamethylentetramin als Härtungsmittel verwendet wird. Deshalb besteht die Möglichkeit, dass bei der Reaktion nicht verbrauchtes Hexamethylentetramin in Phenolharzriemenscheiben verbleibt. Da Hexamethylentetramin bei einer Temperatur von 200°C oder darunter verdampft, kann die Oberfläche einer Riemenscheibe aufquellen, wenn die Temperatur, wie oben beschrieben, auf über 250°C ansteigt.
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Eine Phenolharzriemenscheibe muss nicht nur frei von Aufquellungen und Rissen in der Außenfläche sein, sondern zusätzlich eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen. Als eine Phenolharzriemenscheibe mit einer verbesserten mechanischen Festigkeit ist eine Phenolharzriemenscheibe mit darin integrierten Glasfasern aus dem Stand der Technik bekannt. Trotz der Verbesserung der mechanischen Festigkeit und einer Verringerung des linearen Ausdehnungskoeffizienten weist diese Riemenscheibe einen erhöhten Elastizitätsmodul und verringerte Zugdehnung auf, wodurch die Riemenscheibe leicht bei einem Hitzeschock zerstört wird.
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US 5 797 819 A offenbart eine Riemenscheibe auf Basis einer Phenolharzzusammensetzung, welche eine hohe Verschleißfestigkeit und gute Temperaturwechselbeständigkeit zeigt. Die Phenolharzzusammensetzung kann ein Phenolharz vom Resoltyp oder vom Novolaktyp sein, oder kann auch eine Kombination von beiden Typen umfassen. Weiter enthält diese Phenolharzzusammensetzung 25–45 Gew.-% anorganische Fasern, insbesondere Glasfasern, 3–7 Gew.-% anorganische Pulver wie Kieselsäurepulver oder Kalziumkarbonat, 3–7 Gew.-% organische Fasern, insbesondere Baumwollgewebefasern und 3–10 Gew.-% eines Elastomers wie Nitrilkautschuk.
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DE 693 13 224 T2 offenbart Phenolharzmassen mit guten mechanischen Eigenschaften wie Biegefestigkeit, Schlagbiegefestigkeit, Flexibilität und Hitzebeständigkeit. Sie bestehen aus 25–55 Gewichtsteilen (GT) eines Phenolharzes vom Resoltyp, 2–8 GT eines teilweise quervernetzten Acryl-Butadien-Kautschuks und 40–70 GT eines anorganischen Füllstoffs, bezogen auf 100 GT der Komponenten. Die anorganischen Füllstoffe umfassen u. a. Kalziumkarbonat, Ton, Wollastonit, Siliciumdioxid und Glasfasern, wobei diese Stoffe einzeln oder in Kombination verwendet werden können. Der Anteil der Glasfasern beträgt mindestens 50–60% des Füllstoffs. Diese Formmassen können für Teile im Motorraum von Automobilen verwendet werden, welche eine hohe Hitzebeständigkeit aufweisen müssen, beispielsweise Startermotorteile.
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JP 04372645 A offenbart eine Phenolharzformmasse, mit der sich Formteile mit verbesserter Oberflächenglätte herstellen lassen. Dies wird durch Zumischen von Polyvinylbutyral zu einer Zusammensetzung aus Phenolharz und Füllstoffen erreicht. Als Füllstoffe können beispielsweise Glasfasern verwendet werden.
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Die Veröffentlichung der
japanischen Patentanmeldung Nr. 217818/1997 offenbart eine Phenolharzriemenscheibe, die aus einer Harzzusammensetzung hergestellt ist, die ein Phenolharz, anorganische Fasern, anorganische Stoffe in Pulverform, organische Fasern und Elastomere enthält. Diese Art von Riemenscheibe soll eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit und Hitzeschockbeständigkeit aufweisen.
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Diese Riemenscheibe beginnt jedoch sich bei einer Temperatur unterhalb von 250°C aufzulösen, weil die Riemenscheibe neben den Glasfasern, die einen anorganischen Werkstoff darstellen, auch organische Werkstoffe wie z. B. organische Fasern und Elastomere enthält. Bei einer Temperatur von 250°C oder mehr quillt die Riemenscheibe aus diesem Grund auf, bekommt Risse in der Außenfläche oder weist eine Verringerung der mechanischen Festigkeit auf.
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Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Phenolharzformmasse für eine Riemenscheibe zur Verwendung in Kraftfahrzeugen bereitzustellen, die bei einer erhöhten Temperatur von 250°C oder darüber nicht aufquillt oder Risse in der Außenfläche bekommt und die eine hohe mechanische Festigkeit und eine hervorragende Temperaturwechselbeständigkeit aufweist.
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Offenbarung der Erfindung
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Im Hinblick auf die vorgenannte Situation haben der Erfinder umfangreiche Studien betrieben und als Ergebnis herausgefunden, daß aus einer Phenolharzzusammensetzung, die Resol, Glasfasern, spezifische anorganische Stoffe in Pulverform sowie Polyvinylbutyral in einem bestimmten Verhältnis enthält, eine Riemenscheibe für Kraftfahrzeuge hergestellt werden kann, die bei einer erhöhten Temperatur von 250°C oder mehr nahezu nicht aufquillt oder Risse in der Außenfläche zeigt sowie eine hohe mechanische Festigkeit und eine hervorragende Temperaturwechselbeständigkeit aufweist. Diese Erkenntnis hat zu der vorliegenden Erfindung geführt.
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Insbesondere schlägt die vorliegende Erfindung eine Phenolharzzusammensetzung zur Herstellung von Riemenscheiben zur Verwendung in Kraftfahrzeugen vor, die 35 bis 45 Gew.-% Resol, 35 bis 45 Gew.-% Glasfasern, 5 bis 15 Gew.-% einer oder mehrerer anorganischer Stoffe in Pulverform aus der Gruppe Kalziumkarbonat, Ton und Wollastonit, sowie 1 bis 3 Gew.-% Polyvinylbutyral umfasst.
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Die vorliegende Erfindung stellt auch eine Riemenscheibe für Kraftfahrzeuge bereit, die aus der Phenolharzzusammensetzung hergestellt ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Vorderansicht der erfindungsgemäßen Phenolharzriemenscheibe für Kraftfahrzeuge; und
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2 ist ein Querschnitt entlang der Linie A-A in 1.
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Detaillierte Beschreibung
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In der erfindungsgemäßen Phenolharzzusammensetzung zur Herstellung von Riemenscheiben zur Verwendung in Kraftfahrzeugen wird Resol als Phenolharzkomponente eingesetzt. Ein Resol unterscheidet sich von einem Novolak durch die Eigenschaft der Selbsthärtung, d. h. Resol kann gehärtet werden, ohne ein Härtungsmittel, wie z. B. Hexamethylentetramin und dergleichen, zuzusetzen, wie dies bei Novolaken der Fall ist. Aus diesem Grund verbleibt in der daraus entstehenden Phenolharzriemenscheibe kein bei der Reaktion unverbrauchtes Härtungsmittel und deshalb quillt sie nicht durch die Verdunstung des Härtungsmittels auf. Es kann entweder nur eine Resolart allein oder zwei oder mehrere Resole in Kombination verwendet werden.
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Die Resole sind in einer Menge von 35 bis 45 Gew.-% in der Phenolharzzusammensetzung enthalten. Beträgt die Resolmenge weniger als 35 Gew.-%, so weist die daraus hergestellte Phenolharzriemenscheibe einen extrem hohen Elastizitätsmodul und eine übermäßig verringerte Zugdehnung auf. Als Folge davon wird die Temperaturwechselbeständigkeit der Phenolharzriemenscheibe stark beeinträchtigt. Die Temperaturwechselbeständigkeit wird bei dieser Erfindung beispielsweise durch die Hitzeschockprobe bestimmt, wobei ein Zyklus darin besteht, die Probe für 30 Minuten einer Temperatur von –40°C und anschließend für 30 Minuten einer Temperatur von 120°C auszusetzen. Dieser Zyklus wird wiederholt, bis ein Riss in der Probe entsteht. Je größer die Anzahl der Zyklen, um so größer die Temperaturwechselbeständigkeit. Bei einer Resolmenge von mehr als 45 Gew.-% wird nicht nur die Temperaturwechselbeständigkeit aufgrund einer Verringerung der mechanischen Festigkeit und einer Erhöhung des linearen Ausdehnungskoeffizienten verschlechtert, es kommt zudem zu einer Vergrößerung der Maßänderungen der Phenolharzriemenscheibe durch Verarbeitungsschwindung und Nachschwindung. Wenn die Maßänderungen der Phenolharzriemenscheibe zu groß sind, kann die vorgeschriebene Größe des geformten Produktes nicht eingehalten werden. Dadurch kann ein übermäßiges Vibrieren der Riemenscheibe verursacht werden oder eine anormale Belastung des Riemens während des Antriebs auftreten, wodurch die Phenolharzriemenscheibe oder der Riemen zerstört werden können.
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In der vorliegenden Erfindung werden Glasfasern und anorganische Stoffe in Pulverform als Substratwerkstoffe verwendet und mit dem Resol vermischt. Da Glasfasern und anorganische Stoffe in Pulverform eine Zersetzungstemperatur von mehr als 600°C haben, verursachen diese Werkstoffe kein Aufquellen oder Risse in der Außenfläche der Phenolharzriemenscheibe, selbst wenn die Riemenscheibe übergangslos durch Abrutschen des Riemens auf über 250°C überhitzt wird. Da Glasfasern und anorganische Stoffe in Pulverform eine geringere Schrumpfung und Hitzeausdehnung als organische Werkstoffe haben, weisen die entstehenden Phenolharzriemenscheiben einen kleineren linearen Ausdehnungskoeffizienten auf. Dadurch kann die Temperaturwechselbeständigkeit der Phenolharzriemenscheibe verbessert werden.
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Zu den Glasfasern, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, gehören u. a. C-Glasfasern, A-Glasfasern, E-Glasfasern, S-Glasfasern, ARG-Fasern und E-CR-Fasern. Der durchschnittliche Durchmesser der Glasfasern beträgt gewöhnlich 1 bis 50 μm. Die Durchschnittslänge der Glasfasern liegt üblicherweise bei 1 μm bis 10 mm, vorzugsweise bei 10 μm bis 10 mm. In der vorliegenden Erfindung kann entweder eine der vorgenannten Glasfaserarten einzeln verwendet werden oder aber zwei oder mehrere Arten in Kombination.
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Glasfasern werden in der vorliegenden Erfindung zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit der Phenolharzriemenscheibe benutzt. Aus diesem Grund liegt der Glasfaseranteil der Phenolharzzusammensetzung bei 35 bis 45 Gew.-%, vorzugsweise 40 bis 45 Gew.-%. Bei einem Glasfaseranteil unter 35 Gew.-% ist eine ausreichende mechanische Festigkeit nicht sichergestellt. Bei einem Glasfaseranteil über 45 Gew.-% wird der Elastizitätsmodul zu groß, um eine angemessene Temperaturwechselbeständigkeit aufrechtzuerhalten, obwohl die mechanische Festigkeit verbessert wird.
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Die anorganischen Stoffe in Pulverform, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, werden aus der Gruppe ausgewählt, die aus Kalziumkarbonat, Ton und Wollastonit besteht. Diese anorganischen Stoffe lassen sich gut in Phenolharzen dispergieren, können zu einer Harzzusammensetzung mit einer ausgezeichneten Ergiebigkeit führen und gut zu Riemenscheiben verarbeitet werden, sie verbessern wesentlich die Hitzebeständigkeit und die mechanische Festigkeit, und sie verringern den Abrieb der Riemenscheiben. Sinterton, der durch Sintern entstanden ist, um Kristallwasser zu entfernen, quillt nicht auf und bekommt keine Risse in der Außenfläche, da kein Kristallwasser in einem solchen Ton in der Phenolharzriemenscheibe entsteht, wenn sie durch Abrutschen des Riemens oder dergleichen überhitzt wird.
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Der durchschnittliche Durchmesser der anorganischen Stoffe in Pulverform liegt zwischen 0,1 und 100 μm. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser im vorgenannten Bereich dient vorzugsweise dazu, die anorganischen Stoffe in Pulverform fein zwischen den Glasfasern zu verteilen und die Hitzebeständigkeit und die mechanische Festigkeit zu erhöhen. In der vorliegenden Erfindung kann entweder eine der vorgenannten anorganischen Stoffe in Pulverform einzeln verwendet werden oder aber zwei oder mehrere Stoffe in Kombination.
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Da die anorganischen Stoffe in Pulverform fein zwischen den Glasfasern verteilt sind, werden sie in der vorliegenden Erfindung benutzt, um die Hitzebeständigkeit und die mechanische Festigkeit der Phenolharzriemenscheibe zu erhöhen. Die anorganischen Stoffe in Pulverform liegen in einer Menge von 5 bis 15 Gew.-% in der Phenolharzzusammensetzung vor. Bei einem Gehalt an anorganischen Stoffen in Pulverform von weniger als 5 Gew.-% sind eine ausreichende Hitzebeständigkeit und mechanische Festigkeit nicht gewährleistet. Bei einem Gehalt an anorganischen Stoffen in Pulverform von mehr als 15 Gew.-% wird die verstärkende Wirkung der Glasfasern beeinträchtigt, wodurch die mechanische Festigkeit verringert wird.
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Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Polyvinylbutyral ist ein Polyvinylbutyral mit einem Acetalisierungsgrad von 60 bis 95 Molprozent und einem Polymerisationsgrad von 200 bis 3000. Bei der Phenolharzriemenscheibe reagieren die in einem Teil des Polyvinylbutyrals enthaltenen Hydroxylgruppen mit den Hydroxylgruppen in den verzweigten Ketten des Benzolringes des Resols. Das Polyvinylbutyral wird auf diese Weise in die Vernetzungsstruktur des Resols eingebaut. Dadurch bindet sich Polyvinylbutyral fester an das Resol im Phenolharz als herkömmliche organische Zusätze, die in Phenolharzriemenscheiben verwendet werden, wie z. B. Vinylacetat-Elastomere, Nitril-Butadien-Kautschuk, Chloropren-Kautschuk und dergleichen, die unabhängig und inselförmig im Phenolharz vorliegen. Aus diesem Grund kommt es bei den erfindungsgemäßen Phenolharzriemenscheiben sehr selten vor, dass sie aufgrund einer Trennung von Resol und Polyvinylbutyral an den Grenzflächen eine Verschlechterung ihrer physikalischen Eigenschaften erfahren. Dadurch ergibt sich auch eine bessere Temperaturwechselbeständigkeit der erfindungsgemäßen Phenolharzriemenscheibe. In der vorliegenden Erfindung kann entweder eine Art von Polyvinylbutyral einzeln verwendet werden oder aber zwei oder mehrere Arten in Kombination.
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Polyvinylbutyrale werden in der vorliegenden Erfindung zur Verbesserung der Temperaturwechselbeständigkeit benutzt. Der Anteil der Polyvinylbutyrale in der Phenolharzzusammensetzung beträgt 1 bis 3 Gew.-%. Bei einem Polyvinylbutyralanteil unter 1 Gew.-% ist eine ausreichende Temperaturwechselbeständigkeit nicht sichergestellt. Bei einem Polyvinylbutyralanteil über 3 Gew.-% kann die Phenolharzriemenscheibe bei hohen Temperaturen aufquellen, wodurch die mechanische Festigkeit verringert wird.
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Die Phenolharzformmasse für erfindungsgemäße Riemenscheiben zur Verwendung in Kraftfahrzeugen kann durch Kneten einer Mischung aus Resolen, Glasfasern, anorganischen Stoffen in Pulverform und Polyvinylbutyralen in den oben beschriebenen Mengenverhältnissen in Heizwalzvorrichtungen, Abkühlen und Pulverisierung des gekneteten Produktes als Granulate hergestellt werden.
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Die erfindungsgemäße Phenolharzriemenscheibe zur Verwendung in Kraftfahrzeugen kann durch Formen der vorbezeichneten Phenolharzformmasse zu Kraftfahrzeug-Riemenscheiben hergestellt werden. Als Formverfahren kommen Formpressen, Spritzpressen, Spritzgießen und dergleichen in Betracht.
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Die Phenolharzriemenscheibe weist üblicherweise eine V-förmige Rille für einen Riemen auf und hat einen Hauptkörper, dessen Teil, der keine Nabe in der Mitte hat, mit einer Nabe aus der Phenolharzformmasse im Eingriff ist. Ein spezifisches Beispiel einer solchen Phenolharzriemenscheibe hat den in den 1 und 2 gezeigten Aufbau. In den 1 und 2 umfasst die Phenolharzriemenscheibe 1 eine metallische Nabe 7, mit der der Hauptkörper 2 der Riemenscheibe im Eingriff ist. Der Hauptkörper 2 wird von einem Eingriffsabschnitt 3 gebildet, der mit der Metallnabe 7 im Eingriff ist, einem Außenteil 5 mit einer V-förmigen Rille 6 und einer Rippe 4, die den Eingriffsabschnitt 3 und das Außenteil 5 miteinander verbindet. Jedwede Phenolharzriemenscheibe für Kraftfahrzeuge fällt in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung, sofern eine solche Riemenscheibe zumindest ein Außenteil 5 mit einer V-förmigen Rille aus der oben beschriebenen Phenolharzformmasse umfasst.
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BEISPIELE
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend genauer anhand von Beispielen beschrieben, die jedoch nicht als Beschränkung der vorliegenden Erfindung aufgefaßt werden sollen.
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Die folgenden Komponenten wurden in den Beispielen und Vergleichsbeispielen verwendet.
- • Resol: PR-5150B (Hersteller: Sumitomo Durez Co., Ltd.)
- • Novolak: PR-50716 (Hersteller: Sumitomo Durez Co., Ltd.)
- • Glasfaser: E-Glasfaser, durchschnittlicher Faserdurchmesser 10 μm, durchschnittliche Faserlänge 2 μm
- • Zellulose: durchschnittlicher Faserdurchmesser 15 μm, durchschnittliche Faserlänge 80 μm, maximale Faserlänge 150 μm
- • Kalziumkarbonat: durchschnittlicher Partikeldurchmesser 3 μm
- • Ton: Sinterton (Hauptbestandteil: Aluminiumsilikat), durchschnittlicher Partikeldurchmesser 3 μm
- • Wollastonit: durchschnittlicher Partikeldurchmesser 10 μm
- • Polyvinylbutyral: S-LEC (Hersteller: Sekisui Chemical Co., Ltd.)
- • Farbstoff: Ruß
- • Trennmittel: Stearinsäure
- • Härtemittel: gelöschter Kalk
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Beispiel 1
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Die Stoffe wurden in den in Tabelle 1 gezeigten Verhältnissen gemischt. Die Mischung wurde in einer Heizwalzvorrichtung geknetet und in Form eines Bleches daraus entfernt, gekühlt und pulverisiert, um ein Granulat der Phenolharzformmasse A zu erhalten.
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Diese Phenolharzformmasse A wurde in eine auf 175°C erhitzte Form verbracht, für 3 Minuten bei 300 kgf/cm2 formgepresst, um ein Harzformteil {(4 mm dick) × (10 mm breit) × (80 mm lang)} herzustellen, bei dem es sich um ein Prüfmuster handelt, das dem Faltversuch nach JIS K6911 entspricht.
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Es wurden die Zugfestigkeit, der Zugelastizitätsmodul, die Zugdehnung, der lineare Ausdehnungskoeffizient sowie die Hitzebeständigkeit des Prüfmusters in einem thermostatisch geregelten Ofen und in einem Lötbad bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zu finden. Die folgenden Verfahren wurden zur Bestimmung der verschiedenen Eigenschaften benutzt:
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(Zugfestigkeit, Zugelastizitätsmodul und Zugdehnung)
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Die vorgenannten Harzformteile wurden nach den allgemeinen Testmethoden für warmhärtende Kunststoffe nach JIS K6911 bewertet.
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(Linearer Ausdehnungskoeffizient)
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Die vorgenannten Harzformteile wurden gemäß dem „Testverfahren für den linearen Ausdehnungskoeffizienten von warmhärtenden Kunststoffen” nach JIS K7197 beurteilt.
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Bewertung der Hitzebeständigkeit in einem thermostatisch geregelten Ofen)
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Die vorgenannten Harzformteile verblieben für 30 Minuten in einem thermostatisch geregelten Ofen bei einer Temperatur von 250°C, für 30 Minuten bei 300°C oder für 30 Minuten bei 350°C, um herauszufinden, ob ein Aufquellen eintritt oder ob Risse in der Außenfläche entstehen oder nicht.
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(Bewertung der Hitzebeständigkeit in Lot)
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Endspitzenabschnitte der oben genannten Harzformteile, deren Länge ein Zentimeter betrug, wurden für 10 Sekunden in geschmolzenes Lot mit einer Temperatur von 300°C getaucht. Nach dem Entfernen aus dem Lot wurden die Prüfmuster auf oberflächliches Aufquellen und Risse in der Außenfläche untersucht. (Tabelle 1)
* Die in der Tabelle verwendete Einheit ist „Gewichtsteile”. Tabelle 2
| | Beispiel |
| | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Phenolharzformmasse | A | B | C | D | E |
| Zugfestigkeit (Mpa) | 115 | 110 | 115 | 115 | 120 |
| Zugelastizitätsmodul (Gpa) | 13,1 | 12,2 | 14,0 | 12,0 | 13,6 |
| Zugdehnung (%) | 1,1 | 1,0 | 1,0 | 1,1 | 1,2 |
| Linearer Ausdehnungskoeffizient (1/°C × 10–5) | 2,8 | 2,5 | 2,3 | 2,5 | 2,4 |
| Hitzebeständigkeit im thermostatisch geregelten Ofen | | | | | |
| 250°C für 30 Minuten | gut | gut | gut | gut | gut |
| 300°C für 30 Minuten | gut | gut | gut | gut | gut |
| 350°C für 30 Minuten | gut | gut | gut | gut | gut |
| Hitzebeständigkeit in Lot
300°C für 10 Sekunden |
gut |
gut |
gut |
gut |
gut |
* Das Bewertungskriterium in der Tabelle war wie folgt: gut: weder Aufquellen noch Auftreten von Rissen
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Beispiele 2–5 und Vergleichsbeispiele 1–5
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Die Phenolharzformmassen B–J wurden auf die gleiche Weise hergestellt wie in Beispiel 1, mit Ausnahme der geänderten Zusammensetzungen der Ausgangsmaterialien, wie sie in Tabelle 1 gezeigt werden. Es wurden Harzformteile {(4 mm dick) × (10 mm breit) × (80 mm lang)}, (d. h.) Prüfmuster, die dem JIS K6911-Test entsprechen, aus den Phenolharzformmassen hergestellt. Die Zugfestigkeit, der Zugelastizitätsmodul, die Zugdehnung, der lineare Ausdehnungskoeffizient sowie die Hitzebeständigkeit des Prüfmusters wurden in einem thermostatisch geregelten Ofen und in einem Lötbad bewertet. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 2 und 3 zu sehen. Tabelle 3
| | Vergleichsbeispiel |
| | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Phenolharzformmasse | F | G | H | I | J |
| Zugfestigkeit (Mpa) | 120 | 100 | 110 | 80 | 85 |
| Zugelastizitätsmodul (Gpa) | 12,8 | 12,4 | 19,0 | 11,5 | 10,9 |
| Zugdehnung (%) | 0,8 | 0,9 | 0,7 | 0,7 | 1,1 |
| Linearer Ausdehnungskoeffizient (1/°C × 10–5) | 2,6 | 3,0 | 1,8 | 3,2 | 3,6 |
| Hitzebeständigkeit im thermostatisch geregelten Ofen | | | | | |
| 250°C für 30 Minuten | B | B | gut | gut | gut |
| 300°C für 30 Minuten | B, C | B, C | gut | gut | B |
| 350°C für 30 Minuten | B, C | B, C | gut | gut | B, C |
| Hitzebeständigkeit in Lot
300°C für 10 Sekunden |
B, C |
B, C |
gut |
gut |
B, C |
* Die Bewertungskriterien der Hitzebeständigkeit in der Tabelle waren wie folgt:
Gut: weder Aufquellen noch Auftreten von Rissen
B: aufgequellt
C: Außenfläche gerissen
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Beispiel 6
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Die Phenolharzformmasse A wurde in eine Form verbracht, um eine Riemenscheibe herzustellen, auf 180°C erhitzt und für 5 Minuten bei 300 kgf/cm2 formgepreßt, um eine Phenolharzriemenscheibe zu erhalten, wie sie in den 1 und 2 gezeigt ist. Der Hauptkörper der Riemenscheibe hatte einen Außendurchmesser von 120 mm, eine Dicke von 28 mm, die V-förmige Rille hatte eine Hohe von 3 mm, eine Weite von 20 mm und eine Teilung (pitch) von 3 mm.
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Es wurden die Kälteschockbeständigkeit und die Riemenrutschfestigkeit bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 zu sehen.
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Folgende Verfahren wurden verwendet, um die verschiedenen Eigenschaften zu bestimmen.
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(Kälteschock)
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Die Phenolharzriemenscheibe wurde mehreren Kälteschockprüfdurchläufen unterworfen, wobei ein Zyklus darin bestand, eine Probe für 30 Minuten einer Atmosphäre von –40°C auszusetzen und dann für 30 Minuten bei 120°C zu halten, um die Anzahl der Zyklen zu bestimmen, bei der Risse in der Phenolharzriemenscheibe entstehen.
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(Riemenrutschtest)
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Eine Metallriemenscheibe wurde an der Antriebsseite und eine Phenolharzriemenscheibe an der Abtriebsseite angeordnet. Die Metallriemenscheibe wurde mit 3000 bis 4000 U/min angetrieben, wobei in dieser Zeit Wasser auf die V-förmige Rille der Phenolharzriemenscheibe gespritzt wurde, um den Riemen zum Abrutschen zu bringen. Das äußere Erscheinungsbild der V-förmigen Rille der Phenolharzriemenscheibe wurde nach dem Abrutschen begutachtet. Tabelle 4
| | Beispiel |
| | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Phenolharzformmasse | A | B | C | D | E |
| Kälteschockbeständigkeit –40°C bis 120°C (Zyklus) | 1000 < | 1000 < | 1000 < | 1000 < | 1000 < |
| Riemenrutschfestigkeit | gut* | gut* | gut* | gut* | gut* |
* Aussehen
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Beispiele 7–10 und Vergleichsbeispiele 6–10
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Es wurden Phenolharzriemenscheiben auf die gleiche Art hergestellt wie in Beispiel 6, wobei jedoch die Phenolharzformmassen B–J anstelle der Phenolharzformmasse A verwendet wurden. Die Kälteschockbeständigkeit und Riemenrutschfestigkeit der Phenolharzriemenscheiben wurden bewertet. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 4 und 5 dargestellt. Tabelle 5
| | Vergleichsbeispiel |
| | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Phenolharzformmasse | F | G | H | I | J |
| Kälteschockbeständigkeit –40°C bis 120°C (Zyklus) | 100 | 500 | 300 | 200 | 700 |
| Riemenrutschfestigkeit |
B, C |
B, C | Aussehen
gut | Aussehen
gut* |
B |
* Die Bewertungskriterien bei dem Riemenrutschfestigkeitstest in der Tabelle waren wie folgt:
B: angeschwollen
C: Risse in der Außenfläche
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Die folgenden Erkenntnisse wurden aus den in den Tabellen 2 und 3 dargestellten Ergebnissen gezogen. Gegenüber den Phenolharzformmassen der Vergleichsbeispiele 4 und 5, die eine größere Harzmenge und eine geringere Glasfasermenge enthalten, verfügen die Phenolharzformmassen der Beispiele 1–5 über eine viel größere Zugfestigkeit und einen geringeren linearen Ausdehnungskoeffizienten. Gegenüber der Phenolharzformmasse des Vergleichsbeispiels 3, die eine größere Glasfasermenge enthält, weisen die Produkte der Beispiele 1–5 einen kleineren Elastizitätsmodul und eine größere Zugdehnung auf. Die Produkte der Beispiele 1–5 haben eine größere Zugfestigkeit als das Produkt des Vergleichsbeispiels 2, das Zellulose enthält. Abschließend ist zu sagen, daß die Produkte der Beispiele 1–5 eine größere mechanische Festigkeit, einen kleineren Elastizitätsmodul und eine größere Dehnung aufweisen.
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Zusätzlich sind die Produkte der Beispiele 1–5 frei von Aufquellungen und Rissen in der Außenfläche, während ein Aufquellen und Risse in der Außenfläche des Produktes des Vergleichsbeispiels 1, bei dem Novolak als Harzkomponente verwendet wurde, des Produktes des Vergleichsbeispiels 2, dem Vinylacetat und Zellulose beigemengt wurde und der Produkte des Vergleichsbeispiels 5 auftraten, die eine größere Polyvinylbutyralmenge enthielten. Insbesondere zeichnen sich die Produkte der Beispiele 1–5 durch eine hervorragende Hitzebeständigkeit bei Temperaturen von 250°C und darüber aus.
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Die folgenden Erkenntnisse wurden aus den Resultaten gezogen, die in den Tabellen 4 und 5 aufgeführt sind. Die Phenolharzriemenscheiben der Beispiele 6–10 zeigten eine ausgezeichnete Kälteschockbeständigkeit und Riemenrutschfestigkeit, während jene der Vergleichsbeispiele 6–10 nur eine geringe Kälteschockbeständigkeit und Drehlebensdauer aufwiesen und jene der Vergleichsbeispiele 6, 7 und 10 aufquollen und bei ihnen Risse in der Außenfläche bei der Riemenrutschfestigkeitsprüfung auftraten. Insbesondere wurde für die Produkte der Beispiele 6–10 gezeigt, daß sie eine ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit und Hitzebeständigkeit haben.
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Industrielle Anwendung
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Aus der erfindungsgemäßen Phenolharzformmasse kann eine Phenolharzriemenscheibe für Kraftfahrzeuge hergestellt werden, die über eine hohe mechanische Festigkeit und eine überragende Temperaturwechselbeständigkeit verfügt und die bei einer Temperatur von 250°C und darüber nahezu frei von Aufquellungen und Rissen in der Außenfläche ist. Die erfindungsgemäße Phenolharzriemenscheibe für Kraftfahrzeuge weist nicht nur eine hohe mechanische Festigkeit und überragende Temperaturwechselbeständigkeit auf, sondern ist bei einer Temperatur von 250°C und darüber nahezu frei von Aufquellungen und Rissen in der Außenfläche.
