JP3906657B2

JP3906657B2 - フェノール樹脂成形材料及びプーリー

Info

Publication number: JP3906657B2
Application number: JP2001226687A
Authority: JP
Inventors: 正法三好
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2001-07-26
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2021-07-26
Also published as: JP2003041092A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フェノキシ樹脂で変性されたフェノール樹脂を主成分とするフェノール樹脂成形材料と、このフェノール樹脂成形材料を用いて加工したプーリーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、フェノール樹脂を主成分とする成形材料は、耐熱性、寸法安定性、成形性に優れているため、自動車分野等において長期の使用実績がある。そして最近では、自動車部品における鉄製やアルミニウム製などの金属部品は、ガラス繊維で強化した高強度のフェノール樹脂成形品に置換されている。これは、金属部品の代替品として、比較的安価で軽量のフェノール樹脂成形品を使用することで、コストダウンや自動車の軽量化を図ることが可能となるからである。従って、上記のような代替に関する検討は、現在活発に行われている。
【０００３】
例えば、自動車のエンジン部周辺に使用されるプーリーは、現在、金属製のボスの外周に樹脂製のプーリー本体を嵌め込んで形成されている。そしてこのプーリー本体としては、フェノール樹脂に充填材を配合したフェノール樹脂成形材料を用いて形成されるものが多く検討されており、これらのうち一部のものについては実際に使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、金属部品の代替品として樹脂製部品を使用する場合は、樹脂製部品には高温環境下での強度や寸法安定性が求められるものである。また、金属部品の代替品としては、上述したプーリー等のようにインサートを有する部品が多数あり、このような部品については特に、温度環境の変化（熱衝撃）に対する耐クラック性が求められるものである。さらに部品によっては、摺動特性など個々の部品に応じた特性が求められるものである。
【０００５】
しかしながら、今のところ、必要とされる上記のような特性の全てを同時に満足するような成形材料は少なく、金属部品から樹脂製部品への代替があまり進んでいない状況にある。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、高温環境下での静的強度に優れていると共に成形収縮率の小さいフェノール樹脂成形材料と、このフェノール樹脂成形材料を用いて加工したプーリーを提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るフェノール樹脂成形材料は、フェノキシ変性ノボラック型フェノール樹脂と充填材を含有するフェノール樹脂成形材料において、フェノキシ変性ノボラック型フェノール樹脂をフェノール樹脂成形材料全量に対して２０〜４０質量％含有して成ることを特徴とするものである。
【０００８】
また請求項１の発明は、フェノキシ変性ノボラック型フェノール樹脂として、全フェノール樹脂の５〜２０質量％がフェノキシ樹脂で変性されたものを用いて成ることを特徴とするものである。
【０００９】
また請求項１の発明は、充填材として、ガラス繊維、及び炭素繊維とグラファイト粉末とから選ばれるものを用いると共に、フェノール樹脂成形材料全量に対して、ガラス繊維を３０〜６０質量％、炭素繊維とグラファイト粉末とから選ばれるものを５〜２０質量％含有して成ることを特徴とするものである。
【００１０】
また請求項２に係るプーリーは、請求項１に記載のフェノール樹脂成形材料を用いて加熱プレスにより成形加工して成ることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
本発明に係るフェノール樹脂成形材料は、主成分として以下のようなフェノキシ変性ノボラック型フェノール樹脂と充填材を用いて調製されるものである。
【００１３】
すなわち、フェノキシ変性ノボラック型フェノール樹脂としては、ノボラック型のフェノール樹脂をフェノキシ樹脂で変性したものを用いるものであり、本発明においては、かかるフェノキシ変性ノボラック型フェノール樹脂をフェノール樹脂成形材料全量に対して２０〜４０質量％含有させるものである。フェノキシ樹脂は耐熱性に優れているので、このフェノキシ樹脂で変性されたノボラック型のフェノール樹脂、すなわちフェノキシ変性ノボラック型フェノール樹脂を、フェノール樹脂成形材料のベースとなる樹脂として使用すると、耐熱性を向上させることができ、従来のフェノール樹脂成形材料に比べ、高温度の雰囲気下において、引張強度、圧縮強度、曲げ強度、硬さなどの静的強度に優れたフェノール樹脂成形材料を得ることができるものである。また、フェノキシ樹脂は、収縮したりストレスを生じたりすることがないので、フェノキシ変性ノボラック型フェノール樹脂をベース樹脂として使用すると、従来のフェノール樹脂成形材料に比べ、成形収縮率を低減させることができ、寸法安定性を高く得ることもできる。しかも、フェノキシ樹脂を用いて変性する場合は、副生物を発生させるような化学反応が起こらないという利点があり、成形収縮への影響が少なくなるものである。なお、フェノキシ変性ノボラック型フェノール樹脂の配合量が２０質量％未満であると、上述したような効果を得るのが不可能となるばかりか、材料化も困難となり、逆に４０質量％を超えても、混練が不可能となるなど、材料化が困難となるものである。
【００１４】
フェノキシ変性ノボラック型フェノール樹脂としては、全フェノール樹脂の５〜２０質量％がフェノキシ樹脂で変性されたものを用いるものであり、これによって高温環境下における静的強度を向上させる効果と成形収縮率を低減し寸法安定性を向上させる効果とを一層高く得ることができるものである。しかし、ノボラック型フェノール樹脂のフェノキシ樹脂による変性率が５質量％未満であると、高温環境下での静的強度や寸法安定性を十分高く得ることができないおそれがあり、逆に２０質量％を超えると、フェノキシ変性ノボラック型フェノール樹脂の硬化特性がフェノール樹脂成形材料に適さなくなり、硬化速度が遅くなりすぎるおそれがある。
【００１５】
また充填剤としては、ガラス繊維、及び炭素繊維とグラファイト粉末とから選ばれるものを用いる。このような充填材の好ましい配合量は、フェノール樹脂全量に対して５５〜７５質量％であるが、フェノール樹脂成形材料全量に対して、ガラス繊維を３０〜６０質量％、炭素繊維とグラファイト粉末とから選ばれるもの、すなわち炭素繊維単体もしくはグラファイト粉末単体又はこれらの混合物を５〜２０質量％含有させるものである。このようにすると、ガラス繊維によって、フェノール樹脂成形材料の耐熱強度を向上させることができると共に、寸法安定性が高まることにより、熱衝撃に対する耐クラック性をも向上させることができ、また、炭素繊維とグラファイト粉末とから選ばれるものによって、フェノール樹脂成形材料の耐摩耗性などの摺動特性を向上させることができるものである。ここで、充填材として、上述したメラミン樹脂の硬化物を粉砕して得られる有機フィラーを用いても、耐摩耗性を向上させることができる。そして、上記のように、耐熱強度、熱衝撃に対する耐クラック性、耐摩耗性という特性の全てを同時に満足するフェノール樹脂成形材料は、特に車載用プーリーの材料として好適に用いることができるものである。なお、ガラス繊維が３０質量％未満であると、自動車の構造部品の用途では耐熱強度が不足となるおそれがあり、逆に６０質量％を超えると、混練などの材料化が困難となるおそれがある。また、炭素繊維とグラファイト粉末とから選ばれるものが５質量％未満であると、摺動特性を十分高く得ることができないおそれがあり、逆に２０質量％を超えると、摺動特性を向上させる効果が飽和して、それ以上の効果を得ることができないおそれがある。
【００１６】
そして、上述したフェノキシ変性ノボラック型フェノール樹脂をベース樹脂として使用すると共に各種充填材を混合し、また必要に応じて公知の硬化剤、ワックス、顔料等を添加し、これらのものを２軸のロールにて混練し粉砕することによって、フェノール樹脂成形材料を調製することができる。
【００１７】
ここで、一般に金属部品を樹脂化する際に特に懸念される項目として、機械的強度の温度依存性がある。例えば、自動車部品の場合は使用温度の範囲が広く、中でもエンジン部周辺の構造部品等は、様々な温度環境下において高い静的強度が必要とされるものである。しかし、上記のようにして調製したフェノール樹脂成形材料は、特に高温環境下での静的強度に優れたものであるため、自動車分野における金属部品の代替品として好適に用いることができるものである。例えば、インサートとして金属製のボスを用いると共に、上記のフェノール樹脂成形材料を用いて加熱プレスにより成形加工することによって、樹脂製のプーリーを作製することができる。
【００１８】
また、樹脂化が検討されている金属部品の中には、上記のプーリーのように大きなインサートを有する部品が多数存在するが、このような部品の場合は、上述した静的強度と同時に熱衝撃による耐クラック性が必要とされる場合がある。この熱衝撃によってクラックが発生する要因の一つとしては、成形加工時において成形収縮により発生する成形品内部の残留応力がある。しかし、上記のようにして調製したフェノール樹脂成形材料は、成形収縮率が小さいものであるため、このフェノール樹脂成形材料を用いて成形すると、残留応力を低減することができて熱衝撃に対する耐クラック性を高く得ることができるものである。
【００１９】
なお、熱衝撃によってクラックが発生する要因としては、押出成形や射出成形するとき、樹脂の２つ以上の流れが完全に融合しないときに生じる樹脂接合部にできる線状のむら、すなわちウェルド部（ウェルドライン、ウェルドマーク）への応力集中も考えられる。しかし、この点についても上記のようにして調製したフェノール樹脂成形材料を用いて成形すると、ウェルド部への応力集中を緩和し強度低下を防止することが可能となるため、熱衝撃に対する耐クラック性を向上させることができるものである。すなわち、従来のフェノール樹脂成形材料を金型内に注入すると、徐々に冷却されながら分流し再び融合するが、それまでの間に樹脂の温度低下や、それに伴い圧力の低下が有り、ウェルドラインが目立ったり、強度低下が著しくなるものである。これに対し、本発明においては、フェノキシ変性ノボラック型フェノール樹脂に、フェノキシ樹脂の特性である熱安定性が付加されているため、このフェノキシ変性ノボラック型フェノール樹脂をベース樹脂として使用するフェノール樹脂成形材料は、非常に溶融安定性に優れたものとなり、従って、射出成形等においてこのフェノール樹脂成形材料を溶融させると共に金型内へ注入した際に、成形品にウェルド部等が発生した場合であっても、このウェルド部における強度低下を防止することができるものである。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００２１】
（実施例１及び２並びに比較例１〜３）
フェノール樹脂として、ノボラック型フェノール樹脂である松下電工（株）製「フェノールノボラック樹脂」（分子量：２０００〜４０００）を用いた。
【００２２】
またフェノキシ変性ノボラック型フェノール樹脂として、昭和高分子（株）製「ＢＲＰ８１５２」（フェノキシ樹脂による変性率：１０質量％）を用いた。
【００２３】
またガラス繊維として、日本板硝子（株）製「ＲＥＳ０３ＢＭ９」（繊維径：平均φ１３μｍ、繊維長：３ｍｍ）を用いた。
【００２４】
また充填材として、有機充填材であるメラミン樹脂成形材料のリサイクル品（カル・ランナー）の粉砕品（１２０メッシュ以下）を用いた。
【００２５】
またグラファイト粉末として、オリエント工業製「ＡＴ−１８０」を用いた。
【００２６】
またその他の成分としては、次のものを用いた。すなわち、硬化剤としてヘキサミン（７質量％）、離型剤としてステアリン酸である堺化学工業（株）製「ＳＺ−Ｐ」（１質量％）、顔料としてカーボンブラックである三菱化成工業（株）製「＃４５」（２質量％）を用いた。
【００２７】
１．フェノール樹脂成形材料の調製及び試験片の成形加工
（１）フェノール樹脂成形材料の調製
▲１▼表１に示す配合量で上述した各成分を１分間混合した。
【００２８】
▲２▼上記混合物を温度：９０〜１００℃、混練時間：３分間として２軸混練機により混練した。
【００２９】
▲３▼上記混練物を粉砕すると共に造粒しフェノール樹脂成形材料を調製した。
【００３０】
（２）試験片の成形加工
▲１▼テーバー摩耗試験用テストピース
上記のフェノール樹脂成形材料を用い、金型温度：１７０〜１８０℃、硬化時間：３分間として直圧成形法により、直径φ１００ｍｍ×厚さ３ｍｍの円盤状の試験片を成形した。
【００３１】
▲２▼ＪＩＳ試験用テストピース
上記のフェノール樹脂成形材料を用い、金型温度：１７０〜１８０℃として射出成形法により、ＪＩＳによる成形収縮率試験用及び曲げ強度試験用の試験片をそれぞれ成形した。
【００３２】
▲３▼ウェルド強度保持率測定用テストピース
上記のフェノール樹脂成形材料を用い、金型温度：１７０〜１８０℃として射出成形法により、試験片としてＡＳＴＭによる引張試験用の（ｉ）片ゲート品及び（ii）両ゲート品を成形した。
【００３３】
２．フェノール樹脂成形材料の試験片による評価
（１）熱時強度保持率
ＪＩＳＫ６９１１に基づいて曲げ強度試験を行い、熱時強度保持率を測定し、静的強度の温度依存性を評価した。なお、測定時の雰囲気温度は、▲１▼常温、▲２▼２００℃とし、各雰囲気温度中における試験片の保持時間は２０分間とした。
【００３４】
（２）成形収縮率
ＪＩＳＫ６９１１に基づいて成形収縮率試験を行い、成形収縮率を測定し、寸法安定性を評価した。
【００３５】
（３）ウェルド強度保持率
ＡＳＴＭ規格に基づいて、静的引張試験を行い、（ｉ）片ゲート品及び（ii）両ゲート品についてウェルド強度保持率を測定し、ウェルド部の強度を評価した。
【００３６】
（４）耐摩耗性
ＪＩＳＫ６７３５に基づいてテーバー摩耗試験を行い、１０００回転後の試験片の摩耗量を測定し、耐摩耗性を評価した。なお、摩耗輪の種類はＣＳ１７とし、回転数は６０ｒｐｍとした。
【００３７】
表１に、実施例１及び２並びに比較例１〜３のフェノール樹脂成形材料にて成形加工した試験片の評価結果を示す。
【００３８】
【表１】

【００３９】
表１にみられるように、実施例１及び２と比較例１及び２とを比べると、実施例１及び２はいずれも、フェノキシ変性ノボラック型フェノール樹脂が含有されていない比較例１及び２よりも、熱時強度保持率が高く高温下において静的強度に優れていると共に、成形収縮率が低く寸法安定性にも優れていることが確認される。
【００４０】
しかも、充填材としてグラファイト粉末を配合した実施例１及び２のものは、耐摩耗性が著しく上昇し、摺動特性に優れていることが確認される。
【００４１】
さらに、充填材としてメラミン樹脂の硬化物の粉砕品を配合した実施例１のものは、ウェルド強度保持率が高くなり、熱衝撃によるクラック発生の防止に有効であると考えられる。
【００４２】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に係るフェノール樹脂成形材料は、フェノキシ変性ノボラック型フェノール樹脂と充填材を含有するフェノール樹脂成形材料において、フェノキシ変性ノボラック型フェノール樹脂をフェノール樹脂成形材料全量に対して２０〜４０質量％含有しているので、フェノキシ樹脂による変性によって、フェノキシ樹脂の特性である耐熱性や熱安定性がフェノール樹脂成形材料に付加され、自動車分野等における金属製の構造部品や機構部品を樹脂化する際に必要とされる、高温環境下での静的強度、寸法安定性、ウェルド部強度等の特性を同時に高く得ることができるものである。
【００４３】
また請求項１の発明は、フェノキシ変性ノボラック型フェノール樹脂として、全フェノール樹脂の５〜２０質量％がフェノキシ樹脂で変性されたものを用いているので、高温環境下における静的強度を向上させる効果と成形収縮率を低減し寸法安定性を向上させる効果とを一層高く得ることができるものである。
【００４４】
また請求項１の発明は、充填材として、ガラス繊維、及び炭素繊維とグラファイト粉末とから選ばれるものを用いると共に、フェノール樹脂成形材料全量に対して、ガラス繊維を３０〜６０質量％、炭素繊維とグラファイト粉末とから選ばれるものを５〜２０質量％含有しているので、ガラス繊維によって、耐熱性及び熱衝撃に対する耐クラック性を向上させることができると共に、炭素繊維とグラファイト粉末とから選ばれるものによって、耐摩耗性などの摺動特性を向上させることができ、特に車載用のプーリーの材料として好適に用いることができるものである。
【００４５】
また請求項２に係るプーリーは、請求項１に記載のフェノール樹脂成形材料を用いて加熱プレスにより成形加工しているので、高温環境下での静的強度、寸法安定性、ウェルド部強度等の特性に優れているものである。

Claims

フェノキシ変性ノボラック型フェノール樹脂と充填材を含有するフェノール樹脂成形材料において、フェノキシ変性ノボラック型フェノール樹脂として、全フェノール樹脂の５〜２０質量％がフェノキシ樹脂で変性されたものを用い、充填材として、ガラス繊維、及び炭素繊維とグラファイト粉末とから選ばれるものを用いると共に、フェノール樹脂成形材料全量に対して、前記フェノキシ変性ノボラック型フェノール樹脂を２０〜４０質量％、ガラス繊維を３０〜６０質量％、炭素繊維とグラファイト粉末とから選ばれるものを５〜２０質量％含有して成ることを特徴とするフェノール樹脂成形材料。
請求項１に記載のフェノール樹脂成形材料を用いて加熱プレスにより成形加工して成ることを特徴とするプーリー。