JP5540542B2

JP5540542B2 - フェノール樹脂成形材料及び樹脂プーリー

Info

Publication number: JP5540542B2
Application number: JP2009084076A
Authority: JP
Inventors: 大輔井ノ川
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: JP2010235724A

Description

本発明は、フェノール樹脂成形材料、及び当該フェノール樹脂成形材料を用いた樹脂プーリーに関するものである。

樹脂プーリーは、金属製のプーリーに比べ、軽量であり、低騒音化、低コスト化も可能であるため、産業機械部品や自動車部品等に用いられている。この中で、フェノール樹脂製プーリーは、ナイロンなどに代表される熱可塑性樹脂製プーリーに比べて寸法精度が優れ、変形しにくいという特徴を有するため、多く利用されている。
フェノール樹脂製プーリーには、機械的強度とともに、その固定方法に応じた特性が要求される。例えば、プーリー内部に金属製のインサート部品を導入することにより固定する場合には、インサート部品と樹脂との熱膨張率の違いからインサート部品周辺にワレが生じる恐れがある。このため、優れた冷熱衝撃性が要求される。

従来、フェノール樹脂製プーリーの内部にインサート部品を導入することによる固定方法が多く採用されている。この場合、上述のように優れた冷熱衝撃性が必要とされる。
そこで、プーリー用のフェノール樹脂成形材料において、フェノール樹脂にガラス繊維を配合することにより、冷熱衝撃性、機械的強度の向上が図られている。また、フェノール樹脂、エラストマー、有機繊維、ガラス繊維、および粉末シリカを配合することにより、耐熱衝撃性改善の効果を得ることが記載されている。（例えば、特許文献１参照。）。
このように、産業機械部品や自動車部品等に用いられるフェノール樹脂製プーリーは、機械的強度と冷熱衝撃性をより高次元でバランスさせることが課題となっている。

特開２００１−１８７９５８号公報

本発明は、機械的強度と冷熱衝撃性に優れた成形品を得られるフェノール樹脂成形材料及びそれにより成形された樹脂プーリーを提供するものである。

このような目的は、下記の本発明［１］〜［５］により達成される。
［１］（Ａ）ノボラック型フェノール樹脂、（Ｂ）レゾール型フェノール樹脂、（Ｃ）ガラス繊維、（Ｄ）エラストマー、及び、（Ｅ）多価アルコール、を含有するフェノール樹脂成形材料であって、上記成形材料全体に対する各成分の含有量が、（Ａ）ノボラック型フェノール樹脂と（Ｂ）レゾール型フェノール樹脂との総量が２５〜４０重量％、（Ｃ）ガラス繊維が５０〜６２重量％、（Ｄ）エラストマーが１〜６重量％、及び（Ｅ）多価アルコールが０．５〜３重量％であることを特徴とするフェノール樹脂成形材料。
［２］上記（Ａ）ノボラック型フェノール樹脂と（Ｂ）レゾール型フェノール樹脂との重量比が、（Ａ）／（Ｂ）＝７０〜９５／３０〜５である上記［１］項に記載のフェノール樹脂成形材料。
［３］上記（Ｄ）エラストマーが、アクリロニトリルブタジエンゴムである上記［１］又は［２］項に記載のフェノール樹脂成形材料。
［４］上記（Ｅ）多価アルコールが、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、及び、テトラエチレングリコールよりなる群から選ばれる少なくとも１種類である上記［１］ないし［３］項のいずれか１項に記載のフェノール樹脂成形材料。
［５］上記［１］ないし［４］項のいずれか１項に記載のフェノール樹脂成形材料を成形してなる樹脂プーリー。

本発明のフェノール樹脂成形材料は、従来のフェノール樹脂成形材料に比べて成形品の機械的強度と冷熱衝撃性に優れており、産業機械部品や自動車部品等に用いられる各種プーリーなどに好適に用いられるものである。
また、本発明の樹脂プーリーは、機械的強度と冷熱衝撃性に優れたものである。

実施例及び比較例により成形されたプーリーの平面図実施例及び比較例により成形されたプーリーの側断面図

以下に、本発明のフェノール樹脂成形材料と樹脂プーリーについて説明する。
本発明のフェノール樹脂成形材料（以下、単に「成形材料」ということがある）は、
（Ａ）ノボラック型フェノール樹脂、（Ｂ）レゾール型フェノール樹脂、（Ｃ）ガラス繊維、（Ｄ）エラストマー、及び、（Ｅ）多価アルコール、を含有するフェノール樹脂成形材料であって、上記成形材料全体に対する各成分の含有量が、（Ａ）ノボラック型フェノール樹脂と（Ｂ）レゾール型フェノール樹脂との総量が２５〜４０重量％、（Ｃ）ガラス繊維が４５〜６５重量％、（Ｄ）エラストマーが１〜６重量％、及び（Ｅ）多価アルコールが０．５〜３重量％であることを特徴とする。
また、本発明の樹脂プーリーは、上記本発明の成形材料を成形してなることを特徴とする。
まず、本発明の成形材料について詳細に説明する。

本発明の成形材料は、（Ａ）ノボラック型フェノール樹脂と、（Ｂ）レゾール型フェノール樹脂とを含有する。
（Ａ）ノボラック型フェノール樹脂を含有することにより、本発明の成形材料を成形してなる成形品における樹脂の架橋密度を高め、優れた応力緩和を発現させることができる。さらに、成形材料の製造コストを低減させることができる。
また、（Ｂ）レゾール型フェノール樹脂を含有することにより、成形品の冷熱衝撃性を向上させることができる。
そして、（Ａ）ノボラック型フェノール樹脂と、（Ｂ）レゾール型フェノール樹脂とを併用することにより、成形品の靭性を向上させ、機械的強度をより高めることができる。

（Ａ）ノボラック型フェノール樹脂と（Ｂ）レゾール型フェノール樹脂との総量（両者を合わせた含有量）は、成形材料全体に対して２５〜４０重量％である。好ましくは２７〜３５重量％である。
フェノール樹脂の総量を上記下限値以上とすることにより、成形品において、弾性率を抑えるとともに引張り伸び率を高め、冷熱衝撃性を向上させることができる。また、充分なフェノール樹脂量により成形材料製造時に良好な作業性を確保することができる。
一方、総量を上記上限値以下とすることにより、応力を緩和でき、熱膨張率を抑え冷熱衝撃性を向上させることができる。また、成形時の成形収縮による寸法変化を小さくすることができる。

本発明の成形材料において、（Ａ）ノボラック型フェノール樹脂と（Ｂ）レゾール型フェノール樹脂との割合は、その重量比が、（Ａ）／（Ｂ）＝７０〜９５／３０〜５であることが好ましい。
これにより、成形品の靭性をさらに高めて冷熱衝撃性を向上させることができるとともに、良好な耐水性を得ることができる。

本発明の成形材料においては、（Ａ）ノボラック型フェノール樹脂を硬化させる硬化剤を含むことができる。硬化剤としては、ノボラック型フェノール樹脂に使用される一般的な硬化剤を用いることができる。例えば、本発明で用いている（Ｂ）レゾール型フェノール樹脂のほか、ヘキサメチレンテトラミン等を使用することができる。
ヘキサメチレンテトラミンを硬化剤として使用する場合は、ノボラック型フェノール樹脂１００重量部に対して、たとえば１４重量部以上２０重量部以下添加することができる。

本発明の成形材料は、（Ｃ）ガラス繊維を含有する。これにより、成形品に高い機械的強度を付与することができる。
ガラス繊維については特に限定されないが、繊維径が１０〜１５μｍ、繊維長が１〜３ｍｍであるものを用いることが好ましい。これにより、成形材料化段階での作業性、得られた成形品の機械的強度をさらに良好なものにすることができる。

上記（Ｃ）ガラス繊維の含有量は、成形材料全体に対して４５〜６５重量％である。好ましくは５０〜６２重量％である。
ガラス繊維の含有量を上記下限値以上とすることにより、成形品において充分な応力緩和を確保し、例えば樹脂プーリーをボルトで固定する場合、ボルトが緩むのを抑制することができる。また、熱膨張率を低く抑え冷熱衝撃性を向上させることができる。一方、配合量を上記上限値以下とすることにより、弾性率や引張り伸び率を好適な水準として充分な靭性を確保し、冷熱衝撃性を向上させることができる。また、成形材料製造時の作業性を良好なものにすることができる。

なお、本発明の成形材料は、（Ｃ）ガラス繊維に加え、さらに無機充填材を添加しても良い。無機充填材としては特に限定されないが、例えば、クレー、シリカ、タルク、炭酸カルシウム、マイカ、ロックウール、水酸化アルミニウムなどを用いることができる。

本発明の成形材料は、（Ｄ）エラストマーを含有する。これにより、成形品の冷熱衝撃性を向上させることができる。
エラストマーの種類としては特に限定されないが、例えば、酢酸ビニル、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、変性ＮＢＲ、クロロプレンゴム、ポリビニルブチラール、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム等であり、これらを単独または組み合わせて用いることができる。好ましくはＮＢＲである。ＮＢＲはフェノール樹脂との相溶性に優れており、フェノール樹脂中に均一に分散することでより優れた靭性を発現することが可能となり、そのため冷熱衝撃性がより向上する。

（Ｄ）エラストマーの含有量は、成形材料全体に対して１〜６重量％である。好ましくは３〜５重量％である。
エラストマーの含有量を上記下限値以上とすることにより、成形品の引張り伸び率を好適な水準として充分な靭性を確保し、冷熱衝撃性を向上させることができる。また、含有量を上記上限値以下とすることにより、充分な応力緩和を確保するとともに、成形品の機械的強度の低下を防ぎ、熱膨張係数を好適な水準に抑えて冷熱衝撃性を向上させることができる。

本発明の成形材料は、（Ｅ）多価アルコールを含有する。これにより、成形品の機械的強度を向上させることができる。
（Ｅ）多価アルコールの含有量は、成形材料全体に対して０．５〜３重量％である。好
ましくは、０．５〜１．５重量％である。
多価アルコールの含有量を上記下限値以上とすることにより、成形品の機械的強度の向上効果を高めることができる。また、配合量を上記上限値以下とすることにより、成形品の熱間での機械的強度の低下を防ぎ、また、成形時の収縮率を抑えることができる。さらに、成形材料化段階での作業性をも向上させることができる。

上記（Ｅ）多価アルコールとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、及びテトラエチレングリコールよりなる群から選ばれる少なくとも１種類であることが好ましい。これにより、成形品の機械的強度をより向上させることができる。

本発明の成形材料は、所望により、通常の熱硬化性樹脂成形材料に使用される各種添加剤、例えば硬化剤、若しくは硬化触媒、ステアリン酸亜鉛、若しくはステアリン酸カルシウムなどの離型剤、充填材と熱硬化性樹脂との接着性を向上させるための密着性向上剤、若しくはカップリング剤、着色顔料、若しくは着色染料、溶剤等を配合することができる。

本発明の成形材料は、通常の方法により製造される。たとえば、上記原材料の他、必要に応じて充填材、硬化助剤、離型剤、顔料、カップリング剤などを配合して均一に混合後、ロール、コニーダ、二軸押出し機等の混練装置単独で、またはロールと他の混合装置との組合せで加熱溶融混練した後、造粒または粉砕して得られる。

次に、本発明の樹脂プーリーについて説明する。
本発明の樹脂プーリーは、以上に説明した本発明の成形材料を成形してなるものである。

本発明の樹脂プーリーは、本発明の成形材料を用いて、圧縮成形、移送成形、射出成形あるいは射出圧縮成形により得ることができる。
成形条件としては特に限定されないが、例えば、射出成形を用いる場合は、金型温度１７０〜１９０℃、成形圧力１００〜１５０ＭＰａ、硬化時間５０〜９０秒間で成形を行うことができる。

以下、実施例及び比較例により本発明を説明する。

１．成形材料の製造
表１に示す割合（重量％）で配合した材料混合物を回転速度の異なった加熱ロールで混練し、シート状に冷却したものを粉砕して顆粒状の成形材料を得た。
加熱ロールの混練条件は、回転速度は高速側／低速側＝２０ｒｐｍ／１４ｒｐｍ、温度は高速側／低速側＝８０℃／２０℃、混練時間は７〜８分間とした。

実施例及び比較例に用いた各配合物は以下の通りである。
（１）レゾール型フェノール樹脂（数平均分子量７００）：住友ベークライト社製Ｒ−２５
（２）ノボラック型フェノール樹脂（数平均分子量７００）：住友ベークライト社製Ａ−１０８２Ｇ
（３）ノボラック型フェノール樹脂（数平均分子量１０００）：住友ベークライト社製Ａ−１０８７
（４）硬化剤：ヘキサメチレンテトラミン：ＣＨＡＮＧＣＨＵＮＰＥＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ．ＣＯ．ＬＴＤ社製ＨＥＸＡＭＩＮＥ
（５）ガラス繊維：ガラスチョップドストランド日東紡績社製ＣＳ３Ｅ４７９ＦＢ
（６）ＮＢＲ：ＪＳＲ社製ＰＮＣ−３８
（７）ジエチレングリコール：三菱化学社製ＤＥＧ
（８）硬化助剤（酸化マグネシウム）：協和化学工業社製キョーワマグ３０
（９）着色剤（カーボンブラック）：三菱化学社製カーボンブラック＃７５０Ｂ
（１０）離型剤（ステアリン酸カルシウム）：日東化成工業社製Ｃａ−Ｓｔ

２．樹脂プーリーの製造
上記で得られた成形材料を用い、図に示したようなプーリー装置を成形した。
プーリー装置は射出成形で成形した。成形条件としては、金型温度１８０℃、成形圧力１２０〜１３０ＭＰａ、硬化時間１分間とした。
図１及び図２は、本発明の樹脂プーリーを含むプーリー装置の構成の一例を示す図である。
図１は、プーリー装置の正面図である。図２はプーリー装置の側断面図である。
図１及び図２に示したプーリー装置は、インサート金具２に、本発明の樹脂プーリー１が嵌合してなるものである。

上記で得られた成形材料及びプーリー装置を用いた評価結果を表１に示す。
特性評価に使用した試験片の成形方法および評価方法は以下の通りである。
（１）曲げ強さ：上記で得られた成形材料を用い、圧縮成形（金型温度１７５℃、硬化時間３分間）により試験片を作製し、ＪＩＳＫ６９１１に準拠して行った。
（２）冷熱衝撃性：上記で得られたプーリー装置を用いて評価した。プーリー装置を−７０℃に冷却したメタノール中に１５分間、１７０℃の乾燥炉に３０分間交互に入れるというヒートサイクル試験を７回繰り返し、１回ごとにクラックの発生の有無を確認した。７回のヒートサイクル試験を終了後、クラックの発生のないものは「なし」、クラックの発生したものはその回数を記載した。
（３）耐水性：曲げ強さ測定用の試験片を８０℃の恒温水槽に１０００ｈｒ浸漬した後、ＪＩＳＫ６９１１に準拠して曲げ強さを測定した。浸漬無しの場合の曲げ強度を基準とし、強度保持率を表１に記載した。
（４）作業性：成形材料製造時の作業性を確認した。符号は下記の通りである。
○：良好である
×：ロール混練が不十分なうちに硬化してしまい、混練不足のため配合物が均一に分散しない

表１の結果より、実施例１〜３はいずれも本発明の成形材料であり、曲げ強度と冷熱衝撃性に優れ、作業性においても良好であった。
比較例１の成形材料はレゾール型フェノール樹脂を含有していないため、冷熱衝撃性が低下した。また、多価アルコールを含有していないため、曲げ強度についても劣る結果となった。
比較例２の成形材料はエラストマーを含有していないため、冷熱衝撃性が低下した。
比較例３の成形材料は多価アルコールを含有していないため、曲げ強度について劣る結果となり、作業性も低下した。

本発明のフェノール樹脂成形材料は、機械的強度と冷熱衝撃性をより高次元でバランスさせることができ、産業機械部品や自動車部品等に用いられるフェノール樹脂製プーリーをはじめ様々な製品にも好適に用いることができる。

１樹脂プーリー
２インサート金具

Claims

（Ａ）ノボラック型フェノール樹脂、（Ｂ）レゾール型フェノール樹脂、（Ｃ）ガラス繊維、（Ｄ）エラストマー、及び、（Ｅ）多価アルコール、を含有するフェノール樹脂成形材料であって、前記成形材料全体に対する各成分の含有量が、（Ａ）ノボラック型フェノール樹脂と（Ｂ）レゾール型フェノール樹脂との総量が２５〜４０重量％、（Ｃ）ガラス繊維が５０〜６２重量％、（Ｄ）エラストマーが１〜６重量％、及び（Ｅ）多価アルコールが０．５〜３重量％であることを特徴とするフェノール樹脂成形材料。
前記（Ａ）ノボラック型フェノール樹脂と（Ｂ）レゾール型フェノール樹脂との重量比が、（Ａ）／（Ｂ）＝７０〜９５／３０〜５である請求項１に記載のフェノール樹脂成形材料。
前記（Ｄ）エラストマーが、アクリロニトリルブタジエンゴムである請求項１又は２に記載のフェノール樹脂成形材料。
前記（Ｅ）多価アルコールが、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、及びテトラエチレングリコールよりなる群から選ばれる少なくとも１種類である請求項１ないし３のいずれか１項に記載のフェノール樹脂成形材料。
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のフェノール樹脂成形材料を成形してなる樹脂プーリー。