JPWO2004081415A1 - プーリー用フェノール樹脂成形材料、樹脂プーリー、および樹脂成形材料の使用方法 - Google Patents

Abstract

プーリー用樹脂成形材料において、ノボラック型フェノール樹脂、ガラス繊維、ガラス繊維以外の無機基材、およびエラストマーを必須成分とする。成形材料全体に対して、ノボラック型フェノール樹脂２５重量％以上４５重量％以下、ガラス繊維およびガラス繊維以外の無機基材をあわせて４５重量％以上６５重量％以下、エラストマー０．５重量％以上５重量％以下の割合で配合する。ガラス繊維以外の無機基材としては、たとえば炭酸カルシウムを用いる。エラストマーとしては、たとえばＮＢＲを用いる。また、プーリー用フェノール樹脂成形材料を成形して樹脂プーリーとする。

Description

本発明は、プーリー用フェノール樹脂成形材料、樹脂プーリー、および樹脂成形材料の使用方法に関する。

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長を有するため、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、寸法安定性、冷熱衝撃性が要求される。また、フェノール樹脂製プーリーには、その固定方法に応じた特性が要求される。ボルトによる固定方式を採用する場合には、ボルトの緩みを抑制する観点から、応力緩和特性に優れることが必要となる。一方、プーリー内部にインサートを導入することにより固定する場合には、インサートと樹脂との熱膨張の違いからインサート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。このように、フェノール樹脂製プーリーにおいては、種々の要求特性を高次元のレベルでバランスさせる必要があった。
従来、フェノール樹脂製プーリーの内部にインサート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、および寸法安定性の向上が図られている。また、特許文献１には、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。
特開２００１−１８７９５８号公報

上記の従来技術により、耐熱衝撃性の向上が可能であるとされている。一方、応力緩和の向上については改善の余地があった。このため、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、特にボルトにより固定されるフェノール樹脂プーリーにおいて、機械的強度、寸法安定性、応力緩和、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。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、機械的強度、応力緩和、冷熱衝撃性に優れた樹脂プーリー用フェノール樹脂成形材料およびそれにより成形された樹脂プーリーを提供することにある。
本発明によれば、（Ａ）ノボラック型フェノール樹脂、（Ｂ）ガラス繊維、（Ｃ）無機基材（ガラス繊維を除く）、および（Ｄ）エラストマー、を含む成分を配合して得られる樹脂成形材料であって、当該樹脂成形材料全体に対する各成分の割合が、（Ａ）２５重量％以上４５重量％以下、（Ｂ）と（Ｃ）とをあわせて４５重量％以上６５重量％以下、（Ｄ）０．５重量％以上５重量％以下、であることを特徴とするプーリー用フェノール樹脂成形材料が提供される。
本発明の樹脂成形材料は、ノボラック型フェノール樹脂を含むため、応力緩和特性を充分に確保することができる。また、ガラス繊維を含むため、機械的強度を確保することができる。また、エラストマーおよびガラス繊維以外の無機基材を必須成分とするため、冷熱衝撃性を向上させることができる。これらの材料を組み合わせて上記の割合で含有させることにより、機械的強度、冷熱衝撃性、および応力緩和のバランスに優れた樹脂成形材料をとすることができる。
本発明の樹脂成形材料において、（Ｃ）無機基材が少なくとも炭酸カルシウムを含有する構成とすることができる。（Ｃ）無機基材として炭酸カルシウムを用いることにより、炭酸カルシウムとエラストマーの相乗効果によって、冷熱衝撃性をさらに向上させることができる。
本発明の樹脂成形材料において、（Ｃ）ガラス繊維以外の無機基材が実質的に炭酸カルシウムからなってもよい。本明細書において、無機基材が炭酸カルシウムを実質的に含むとは、たとえば、無機基材全体に対する炭酸カルシウムの割合が９０重量％以上であることを指す。こうすることにより、冷熱衝撃性をより一層向上させることができる。
本発明の樹脂成形材料において、（Ｄ）エラストマーがジエン系ゴムを含んでもよい。本発明において、ジエン系ゴムが、アクリロニトリルブタジエンゴムである構成とすることができる。
本発明の樹脂成形材料において、（Ｄ）エラストマーがポリビニルアセタールを含んでもよい。本発明において、ポリビニルアセタールがポリビニルブチラールである構成とすることができる。
本発明の樹脂成形材料において、（Ｃ）無機基材が実質的に炭酸カルシウムからなり、（Ｄ）エラストマーが実質的にアクリロニトリルブタジエンゴムからなり、当該樹脂成形材料全体に対する各成分の割合が、（Ａ）２５重量％以上３３重量％以下、（Ｂ）２５重量％以上３５重量％以下、（Ｃ）２５重量％以上３５重量％以下、（Ｄ）０．５重量％以上２重量％以下、であってもよい。こうすることにより、炭酸カルシウムの添加による応力緩和特性の向上を充分に確保することができる。このため、応力緩和特性の向上によりウエイトをおいた樹脂成形材料として好適に用いられる。
本発明の樹脂成形材料において、（Ｃ）無機基材が実質的に炭酸カルシウムからなり、（Ｄ）エラストマーが実質的にアクリロニトリルブタジエンゴムからなり、当該樹脂成形材料全体に対する各成分の割合が、（Ａ）３３重量％以上４２重量％以下、（Ｂ）４５重量％以上５５重量％以下、（Ｃ）２重量％以上１２重量％以下、（Ｄ）１重量％以上３重量％以下、であってもよい。こうすることにより、ヒートサイクル特性の向上によりウエイトをおいた樹脂成形材料として好適に用いられる。
本発明によれば、樹脂成形材料を成形してなることを特徴とする樹脂プーリーが提供される。本発明の樹脂プーリーは、機械的強度、冷熱衝撃性、応力緩和に優れている。
本発明によれば、樹脂成形材料を樹脂プーリーの成形に使用することを特徴とする樹脂成形材料の使用方法が提供される。本発明のプーリー用フェノール樹脂成形材料は、従来のプーリー用フェノール樹脂成形材料に比べて機械的強度、冷熱衝撃性、応力緩和に優れた成形材料である。このため、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への適用が可能となる。

上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
図１は、本実施形態に係るフェノール樹脂製プーリーの構成を示す正面図である。
図２は、図１のフェノール樹脂製プーリーの側断面を示す図である。

本発明のプーリー用フェノール樹脂成形材料は、
（Ａ）ノボラック型フェノール樹脂、
（Ｂ）ガラス繊維、
（Ｃ）無機基材（ガラス繊維を除く）、および
（Ｄ）エラストマー、
を必須成分とする。
プーリー用フェノール樹脂成形材料全体を基準として、（Ａ）〜（Ｄ）成分の含有量は、たとえば以下のようにすることができる。
（Ａ）：２５〜４５重量％、
（Ｂ）と（Ｃ）の和：４５〜６５重量％、
（Ｄ）：０．５〜５重量％、
以下、本発明に係るプーリー用フェノール樹脂成形材料を構成する各成分について説明する。
本発明においては、（Ａ）フェノール樹脂として、ノボラック型フェノール樹脂を使用する。ノボラック型フェノール樹脂を用いる理由は、架橋密度が高く応力緩和に優れること、および低コストであるためである。ノボラック型フェノール樹脂の配合量は、成形材料全体に対して２５重量％以上４５重量％以下、好ましくは２７重量％以上３７重量％以下である。配合量が少なすぎると、弾性率が高くなり、引張り伸び率も低下するため冷熱衝撃性が低下し、また樹脂分が少なくなるため成形性も低下するようになる。また、配合量が多すぎると、応力緩和が低下し、熱膨張率が大きくなり、冷熱衝撃性が低下し、成形収縮による寸法変化が大きくなることから、樹脂プーリーとして満足し得る特性が得られにくくなる傾向がある。
本発明に係るプーリー用フェノール樹脂成形材料において、（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。たとえば、ヘキサメチレンテトラミン、レゾール型フェノール樹脂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。
本発明に係るプーリー用フェノール樹脂成形材料は、繊維性無機充填材を必須成分とする。この繊維性無機充填材は、有機繊維を含まない。このような繊維性無機充填材として、たとえば（Ｂ）ガラス繊維が用いられる。（Ｂ）ガラス繊維は、成形品に機械的強度を付与するために配合される。（Ｂ）ガラス繊維の性状については特に限定されないが、たとえば繊維径を１０μｍ以上１５μｍ以下、繊維長を１ｍｍ以上３ｍｍ以下とすることができる。こうすることにより、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良好なものにすることができる。
また、（Ｂ）ガラス繊維の添加量は、たとえば成形材料全体の２０重量％以上とすることができる。こうすることにより、充分な機械的強度を確保することができる。このため、高負荷のかかるプーリーの強度を向上させることができる。また、プーリーの薄型化、軽量化が可能となる。
本発明に使用する（Ｃ）無機基材としては、焼成クレー、未焼成クレー、ウォラストナイト、タルク、炭酸カルシウム、マイカ、チタン酸カリウムのウイスカーなどが挙げられるが、特に限定されるものではない。このうち、たとえば炭酸カルシウムやウォラストナイト等、特に炭酸カルシウムが好適に用いられる。また、（Ｃ）無機基材として、実質的に炭酸カルシウムのみを用いることができる。こうすることにより、機械的強度、応力緩和、冷熱衝撃性に優れた樹脂プーリー用フェノール樹脂成形材料をより一層安定的に得ることができる。なお、炭酸カルシウムを用いる場合、その平均粒子径は、たとえば０．５μｍ以上２０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上１０μｍ以下とすることができる。
（Ｃ）無機基材の添加量は、たとえば成形材料全体の１重量％以上、好ましくは３重量％以上とすることができる。こうすることにより、機械的強度、応力緩和、および冷熱衝撃性のバランスを確実に向上させることができる。また、添加量は、たとえば成形材料全体の５０重量％以下、好ましくは４０重量％以下とすることができる。こうすることにより、充分な機械的強度を確保することができる。
また、（Ｂ）ガラス繊維および（Ｃ）無機基材をあわせた配合量は、成形材料全体に対してたとえば４５重量％以上、好ましくは５０重量％以上とすることができる。こうすることにより、充分な応力緩和を確保し、プーリーを固定するボルトの緩みを抑制することができる。また、熱膨張係数の増大を抑制し、冷熱衝撃性を向上させることができる。
また、（Ｂ）ガラス繊維および（Ｃ）無機基材をあわせた配合量は、成形材料全体に対してたとえば６５重量％以下、好ましくは６２重量％以下とすることができる。こうすることにより、弾性率を小さくし、引張伸び率を大きくすることができる。このため、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、成形材料混練中での作業性を向上させることができる。
本発明に使用する（Ｄ）エラストマーは、冷熱衝撃性の向上のために配合する。エラストマーの種類としては特に限定するものではないが、たとえば、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、スチレンブタジエンゴム等のジエン系ゴム；
エチレンプロピレンゴム等の非ジエン系ゴム；
ポリビニルブチラール（以下「ＰＶＢ」と略す）等のポリビニルアセタール；
酢酸ビニル等のカルボン酸ビニルエステル；
等であり、これらを単独または組み合わせて配合することができる。これらのうち、たとえばＮＢＲ、カルボン酸変性ＮＢＲ等のニトリルゴムを好適に用いることができる。これらの材料はフェノール樹脂との相溶性に優れている。このため、これらの材料を用いることにより、フェノール樹脂中にエラストマーを均一に分散することができる。よって、より一層優れた靭性を発現することが可能となる。このため、樹脂成形材料の冷熱衝撃性をより一層向上させることができる。
また、ＮＢＲ、カルボン酸変性ＮＢＲ等のニトリルゴムやＰＶＢをノボラック型フェノール樹脂と併用することにより、機械的強度、冷熱衝撃性、および応力緩和のバランスをより一層向上させることができる。
（Ｄ）エラストマーの配合量は、機械的強度、冷熱衝撃性、および応力緩和のバランスに優れた樹脂成形材料を得るために重要である。（Ｄ）エラストマーの配合量は、成形材料全体の０．５重量％以上、好ましくは１重量％以上とすることができる。こうすることにより、引張伸び率を充分に確保することができる。このため、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、（Ｄ）エラストマーの配合量は、成形材料全体の５重量％以下、好ましくは３重量％以下とすることができる。こうすることにより、応力緩和および機械的強度の低下を抑制し、また、熱膨張係数を小さくすることができる。このため、冷熱衝撃性を向上させることができる。
なお、本発明においては、必要により上記以外の充填材を配合してもよい。
本発明のフェノール樹脂成形材料の組成は、用途に応じて調節することができる。たとえば、応力緩和特性向上によりウエイトをおいた樹脂成形材料として、以下のものが挙げられる。ここで、各成分の配合比は、フェノール樹脂成形材料全体を基準として、
ノボラック型フェノール樹脂：２５重量％以上３３重量％以下、
ヘキサメチレンテトラミン：３重量％以上７重量％以下、
ガラス繊維：２５重量％以上３５重量％以下、
炭酸カルシウム：２５重量％以上３５重量％以下、
ＮＢＲ：０．５重量％以上２重量％以下、
である。
また、ヒートサイクル特性向上にウエイトをおいた樹脂成形材料として、以下のものが挙げられる。ここで、各成分の配合比は、フェノール樹脂成形材料全体を基準として、
ノボラック型フェノール樹脂：３３重量％以上４２重量％以下、
ヘキサメチレンテトラミン：３重量％以上７重量％以下、
ガラス繊維：４５重量％以上５５重量％以下、
炭酸カルシウム：２重量％以上１２重量％以下、
ＮＢＲ：１重量％以上３重量％以下、
である。このような配合比とすることにより、ガラス繊維とアクリロニトリルブタジエンゴムとの相乗効果によって、ヒートサイクルをさらに向上させることができる。
本発明のフェノール樹脂成形材料は、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機単独またはロールと他の混合機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、本発明のフェノール樹脂製プーリーについて説明する。本発明の樹脂製プーリーは、前記成形材料を成形してなるものである。
図１および図２は、本発明のフェノール樹脂製の構成の一例を示す図である。図１は、フェノール樹脂製プーリーの正面図である。また、図２は、図１のフェノール樹脂製プーリーの側断面を示す図である。図１および図２に示したフェノール樹脂製プーリーは、インサート金具２にプーリーが嵌合してなる。プーリー１には、インサート金具２と嵌合する嵌合部と、Ｖ溝部を有する外筒部と、嵌合部と外筒部を連結するリブが形成されている。
本発明のフェノール樹脂製プーリーは、通常、金属製インサートを中央に配して、前記配合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、たとえば圧縮成形を用いる場合は、金型温度１７０〜１９０℃、成形圧力１００〜１５０ｋｇ／ｃｍ^２、硬化時間１〜５分間で成形を行うことができる。
本発明のフェノール樹脂製プーリーは、上記フェノール樹脂成形材料を用いて製造されるため、機械的強度、冷熱衝撃性、応力緩和のバランスに優れたものである。

以下、実施例および比較例により本発明を説明する。表１および表２に示す組成の割合で配合した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フェノール樹脂成形材料を得た。
実施例および比較例に用いた各配合成分は以下の通りである。
（１） レゾール型フェノール樹脂：以下の処方により製造した。
還流コンデンサー撹拌機、加熱装置、真空脱水装置を備えた反応釜内に、フェノール（Ｐ）とホルムアルデヒド（Ｆ）とをモル比（Ｆ／Ｐ）＝１．７で仕込み、これに酢酸亜鉛をフェノール１００重量部に対して０．５重量部添加した。この反応系のｐＨを５．５に調整し、還流反応を３時間行った。その後、真空度１００Ｔｏｒｒ、温度１００℃で２時間水蒸気蒸留を行って未反応フェノールを除去し、さらに、真空度１００Ｔｏｒｒ、温度１１５℃で１時間反応させ、数平均分子量８００のジメチレンエーテル型レゾールフェノール樹脂の固形物を得た。
（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−１０８２）
（３） ヘキサメチレンテトラミン：三菱瓦斯化学社製ヘキサミン
（４） ガラス繊維：日本板硝子社製チョップドストランド、繊維長３ｍｍ、繊維径１１μｍ
（５） 炭酸カルシウム：日東粉化社製ＳＳ８０、平均粒径２．６μｍ
（６） クレー：水澤化学社製インシュライト
（７） 硬化助剤：酸化マグネシウム
（８） 離型剤：ステアリン酸カルシウム
（９） 着色剤：カーボンブラック
（１０） ＰＶＢ：積水化学（株）製エレックスＢＸ−５
（１１） ＮＢＲ：（株）ＪＳＲ製ＰＮＣ−３８

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。
（ｉ）曲げ強さ：ＪＩＳ Ｋ６９１１による。
（ｉｉ）冷熱衝撃：径５０ｍｍ×厚さ５ｍｍの円板に２箇所のノッチを付けた金属製のインサートに樹脂の厚さ２ｍｍで包むように成形した。この試験片を３０分間で−４０℃から１４０℃まで交互に暴露するヒートサイクル試験を２００回繰り返し、２５回ごとにクラックの発生の有無を確認した。クラックの発生した回数を表１に記載した。
（ｉｉｉ）応力緩和：ＡＳＴＥ Ｆ３８Ｂに基づき実施した。試験温度１００℃、締付応力１１．８ＭＰａで試験を行い、試験時間１００時間後の保持率を測定した。
（ｉｖ）熱膨張係数：ＴＭＡにより、８０℃〜１２０℃における線膨張係数を測定した。
実施例１〜６はいずれも、ノボラック型フェノール樹脂、ガラス繊維、無機基材、エラストマーを所定量配合した成形材料である。表１および表２の結果より、これらの成形材料を成形してなる成形品は、樹脂製プーリーに要求される、機械的強度、冷熱衝撃性、応力緩和において高次元で優れたバランスがとれたものとなった。
一方、比較例１は、レゾール型フェノール樹脂を使用しているため、冷熱衝撃性には非常に優れているが、応力緩和が低かった。また、比較例２は、エラストマー成分を含まないため、冷熱衝撃性に劣っていた。また、比較例３は、エラストマー成分の配合量が多いため、応力緩和が低かった。エラストマーの配合量は、機械的強度、冷熱衝撃性、および応力緩和のバランスに優れた樹脂成形材料を得るために重要であり、配合量が多すぎるのは好ましくない。エラストマーの配合量は５重量％以下とするのがよく、上記実施例に示したように２重量％以下とすることにより樹脂成形材料の性能をさらに安定的に発揮させることができる。また、比較例４は、樹脂成分の配合量が多いため、応力緩和が低かった。

Claims (9)

1. （Ａ）ノボラック型フェノール樹脂、
   （Ｂ）ガラス繊維、
   （Ｃ）無機基材（ガラス繊維を除く）、および
   （Ｄ）エラストマー、
   を含む成分を配合して得られる樹脂成形材料であって、当該樹脂成形材料全体に対する各成分の割合が、
   （Ａ）２５重量％以上４５重量％以下、
   （Ｂ）と（Ｃ）とをあわせて４５重量％以上６５重量％以下、
   （Ｄ）０．５重量％以上５重量％以下、
   であることを特徴とするプーリー用フェノール樹脂成形材料。
2. 請求の範囲第１項に記載の樹脂成形材料において、（Ｃ）無機基材が少なくとも炭酸カルシウムを含有することを特徴とするプーリー用フェノール樹脂成形材料。
3. 請求の範囲第１項に記載の樹脂成形材料において、（Ｃ）無機基材が実質的に炭酸カルシウムからなることを特徴とするプーリー用フェノール樹脂成形材料。
4. 請求の範囲第１項に記載の樹脂成形材料において、（Ｄ）エラストマーがジエン系ゴムを含むことを特徴とするプーリー用フェノール樹脂成形材料。
5. 請求の範囲第１項に記載の樹脂成形材料において、（Ｄ）エラストマーがポリビニルアセタールを含むことを特徴とするプーリー用フェノール樹脂成形材料。
6. 請求の範囲第１項に記載の樹脂成形材料において、
   （Ｃ）無機基材が実質的に炭酸カルシウムからなり、
   （Ｄ）エラストマーが実質的にアクリロニトリルブタジエンゴムからなり、
   当該樹脂成形材料全体に対する各成分の割合が、
   （Ａ）２５重量％以上３３重量％以下、
   （Ｂ）２５重量％以上３５重量％以下、
   （Ｃ）２５重量％以上３５重量％以下、
   （Ｄ）０．５重量％以上２重量％以下、
   であることを特徴とするプーリー用フェノール樹脂成形材料。
7. 請求の範囲第１項に記載の樹脂成形材料において、
   前記（Ｃ）無機基材が実質的に炭酸カルシウムからなり、
   前記（Ｄ）エラストマーが実質的にアクリロニトリルブタジエンゴムからなり、
   当該樹脂成形材料全体に対する各成分の割合が、
   （Ａ）３３重量％以上４２重量％以下、
   （Ｂ）４５重量％以上５５重量％以下、
   （Ｃ）２重量％以上１２重量％以下、
   （Ｄ）１重量％以上３重量％以下、
   であることを特徴とするプーリー用フェノール樹脂成形材料。
8. 請求の範囲第１項に記載の樹脂成形材料を成形してなることを特徴とする樹脂プーリー。
9. 請求の範囲第１項に記載の樹脂成形材料を樹脂プーリーの成形に使用することを特徴とする樹脂成形材料の使用方法。

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