KR20070009576A

KR20070009576A - 페놀 수지 성형 재료 및 그 성형 재료로 성형된 풀리

Info

Publication number: KR20070009576A
Application number: KR1020067017705A
Authority: KR
Inventors: 히로카즈 아라이; 게이지 아사이
Original assignee: 가부시키가이샤 제이텍트
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2005-01-25
Publication date: 2007-01-18
Also published as: TW200609295A; US8962734B2; CN1926187A; EP1721934A1; EP1721934A4; TWI297026B; WO2005083001A1; US20110046288A1; JP2005247908A; JP4679062B2; EP1721934B1

Abstract

레졸형 페놀 수지 100 질량부에 대하여 무기 섬유 40 내지 100 질량부, 커플링제 처리를 가한 평균 입자 지름이 0.5 내지 15 ㎛인 천연 실리카 분말 30 내지 90 질량부 및 고무 성분 1 내지 15 질량부를 주성분으로서 배합하여 이루어지는 페놀 수지 성형 재료. 그 성형 재료에는 무기 섬유로서, 유리 섬유를 50 질량% 이상 포함할 수 있고, 또한 천연 실리카 분말로서 파쇄형인 것을 사용할 수 있다. 상기 수지 성형 재료로부터 제조되는 성형품으로서 수지제 풀리를 들 수 있다.

페놀 수지 성형 재료

Description

페놀 수지 성형 재료 및 그 성형 재료로 성형된 풀리{PHENOL RESIN MOLDING MATERIAL AND PULLEY MOLDED WITH THE MOLDING MATERIAL}

본 발명은 자동차의 엔진 부품 등에 사용되는 페놀 수지 성형 재료에 관한 것으로, 더 상세하게는 내마모성, 특히 내더스트 마모성을 향상시킨 페놀 수지 성형 재료 및 그 재료에 의하여 성형된 수지제 풀리에 관한 것이다.

페놀 수지 성형 재료는 내열성, 치수 안정성이 우수하므로, 각종 분야에 있어서, 금속 부품의 대체 재료로서 사용되고 있다. 자동차 분야에 있어서도 소형 경량화, 저비용화에 대한 요구가 높아짐에 따라, 각종 부품의 수지화가 진행되고 있다. 특히 종래 금속으로 만든 것이 주종을 이루었던 풀리가 수지제의 것으로 바뀌어 있고, 여러 가지 형상의 것이 성형되어 있으나, 수지제 풀리는 모래나 먼지 등이 풀리와 고무 벨트 사이에 물린 상태로 사용하면, 벨트와의 접촉면이 마모되기 쉽고, 종래의 금속제 풀리에 비하여 내용성(耐用性)이 떨어진다고 하는 결점이 있었다. 이에 페놀 수지에 평균 입자 지름이 20 내지 15O ㎛인 천연 실리카 분말을 배합함으로써, 내마모성과 내열 사이클성이 향상된 수지제 풀리가 제창되었다 (예를 들면, 일본 공개 특허 공보 2002-201335호).

그러나, 상기 수지제 풀리는 내더스트성의 향상은 볼 수 있으나, 내마모성이 우수한 입자 지름이 큰 실리카 분말의 영향에 의하여 금형, 성형기 등의 생산 설비에 대한 부하가 크고, 설비의 수명이 짧다고 하는 문제가 있어, 더 개량이 요구되고 있었다.

본 발명자들은 이상과 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여, 여러 가지 연구를 거듭한 결과, 페놀 수지 성형 재료 중에 레졸형 페놀 수지, 무기 섬유, 커플링제 처리를 실시한, 평균 입자 지름이 0.5 내지 15 ㎛인 천연 실리카 분말 및 고무 성분을 특정 비율로 배합시킴으로써 성형품, 특히 풀리의 마모성과 내열 충격성을 유지하고, 생산 설비가 고수명화하는 것을 밝혀내어, 본 발명을 완성시켰다.

즉, 본 발명은 페놀 수지 성형 재료가 레졸형 페놀 수지 100 질량부, 무기 섬유 40 내지 100 질량부, 커플링제 처리 실시의 평균 입자 지름이 0.5 내지 15 ㎛인 천연 실리카 분말 30 내지 90 질량부 및 고무 성분 1 내지 15 질량부를 주성분으로서 배합하는 것을 제1 특징으로 하는 것이고, 또한 무기 섬유가 유리 섬유를 50 질량부 이상 포함하는 것을 제2 특징으로 하고, 천연 실리카 분말의 형상이 파쇄형인 것을 제３ 특징으로 하는 것이다. 또한, 본 발명은 상기 각 특징을 가지는 페놀 수지 성형 재료를 사용하여 성형된 것을 특징으로 하는 풀리이다.

이하, 본 발명에 관하여, 풀리용 페놀 수지 성형 재료에 대하여 상세하게 설명한다. 본 발명에 사용되는 레졸형 페놀 수지는 디메틸렌에테르형 또는 메틸올형 중 어느 것이라도 좋고, 고형상이어도 액상이어도 좋다. 그 중에서도 내열 충격성 을 향상시키는 목적에서 평균 분자량이 600 내지 800인 고형상의 것이 매우 적합하게 이용된다. 이 레졸형 페놀 수지는 본 발명에 있어서 응력 완화재로서 배합되는 고무 성분을 균일하게 분산시키는 작용이 있고, 또한 사출 성형시에 있어서의 성형 압력을 저하시키고, 풀리의 잔존 응력을 작게 하는 작용을 하는 것으로 내열 충격성을 향상시키는 것이다.

본원 명세서에 있어서 페놀 수지 성형 재료의 양비는, 달리 설명하지 않는 한, 「질량부」로 나타낸다.

본 발명에 사용되는 고무 성분은 특히 한정되지 않지만, 니트릴 고무, 아크릴 고무, 클로로프렌 고무, 스틸렌부타디엔 고무 및 실리콘 고무 등이 매우 적합하고, 고무 성분은 단독으로 사용하여도 되고, 2종 이상을 병용하여도 된다. 또한, 고무 성분은 페놀 수지 100 질량부에 대하여 1 내지 15 질량부 함유하는 것이 좋다. 응력 완화 효과를 가지게 하고, 내열 충격성을 향상시키기 위하여는 1 질량부보다 많은 것이 좋고, 응력 완화 효과는 크게 한 채로 제품의 표면 경도의 현저한 저하에 의한 내더스트 마모성 저하를 방지하기 위해서는 15 질량부를 넘지 않는 것이 좋다.

본 발명에서 사용되는 무기 섬유로서는 유리 섬유, 카본 섬유, 탄화규소 섬유, 또는 티탄산칼륨 섬유 등의 위스커를 사용할 수 있고, 이들은 단독으로 사용하여도 좋고, 2종 이상을 조합하여 사용하여도 무방하나, 그 중에서도 유리 섬유를 무기 섬유의 50 질량% 이상으로 한 것이 강도, 내열성 및 비용 등의 면에서 매우 적합하다. 또한, 이 유리 섬유는 페놀 수지와의 접착성을 좋게 하는 목적에서, 커 플링제 (실란 커플링제, 티타네이트계 커플링제 등)으로 표면 처리하는 것이 좋다.

본 발명에 있어서는, 이 무기 섬유는 페놀 수지 100 질량부에 대하여 40 내지 100 질량부 배합된다. 풀리로서의 실사용에 있어서의 보강 효과를 높이기 위하여 40 질량부 보다 많은 것이 좋고, 또한 고무 벨트에의 공격성이 높아지지 않도록 하기 위하여는 100 질량부를 넘지 않는 것이 좋다.

본 발명에 있어서는, 커플링제 처리를 실시한 평균 입자 지름 0.5 내지 15 ㎛의 천연 실리카 분말이 사용된다. 천연 실리카는 결정상태에 따라서 결정 실리카와 비정질의 용융 실리카로 나눌 수 있는데, 어느 것이라도 좋고, 또한 천연 실리카 분말의 형상으로서 파쇄형과 원립형이 있으나, 그 중에서도 파쇄형의 것은 표면에 요철이 있기 때문에, 수지와의 접착 표면적을 크게 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 천연 실리카 분말의 처리 (표면 처리)를 실시하기 위하여 사용하는 커플링제로서는 실란계 커플링제, 티타네이트계 커플링제 등을 들 수 있다.

그 실란계 커플링제로서는 비닐트리클로로실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, γ-메타크릴로일옥시프로필트리메톡시실란, β-(3,4 에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, γ-글리시드옥시프로필트리메톡시실란, γ-글리시드옥시프로필메틸디에폭시실ㄹㄴ, N-β(아미노에틸)γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-β(아미노에틸)γ-아미노프로필메틸디메톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, N-페닐-γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-메르캅토프로필트리메톡시실란, γ―클로로프로필트로메톡시실란 등이 사용 가능하고, 이들을 단독 또는 2종 이상 혼합하 여 사용할 수 있다.

또한, 그 티타네이트계 커플링제로서는 이소프로필트리이소스테아로일티타네이트, 테트라옥틸비스(디트리데실포스파이트)티타네이트, 테트라(2,2-디알릴옥시메틸-1-부틸)비스(디트리데실)포스파이트티타네이트, 이소프로필트리(N-아미노에틸-아미노에틸)티타네이트, 비스(디옥틸파이로포스페이트)옥시아세테이트티타네이트, 이소프로필트리옥타노일티타네이트, 이소프로필트리스 (디옥틸파이로포ㅗ스페이트)티타네이트, 이소프로필디메타크릴이소스테아로일티타네이트, 이소프로필트리도데실벤젠술포닐티타네이트, 이소프로필이소스테아로일디아크릴티타네이트, 테트라이소프로필비스(디옥틸포스파이트)티타네이트, 이소프로필트리쿠밀페닐티타네이트 등이 사용 가능하고, 이들을 단독 또는 2 종류 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

실란계 커플링제이어도 티타네이트계 커플링제이어도 상관없지만, 실란계 커플링제가 더 좋다.

또한, 커플링제 처리를 실시함으로써 페놀 수지와의 접착 강도를 향상시키고, 풀리의 가동에 의한 마찰 저항으로 인한 실리카 분말의 탈락을 방지할 수 있다. 또한, 재료의 표면 경도 향상의 효과를 높이고, 내더스트성의 저하를 방지하기 위하여는 실리카 분말의 평균 입자 지름이 풀리 성형시에 사용하는 금형, 사출 성형기 등의 생산 설비에의 부하를 작게 하고, 설비의 마모에 의한 수명의 저하를 방지하기 위하여는 15 ㎛보다 작은 것이 좋다.

커플링제는 실리카 분말 100 질량부에 대하여 0.5 내지 3 질량부 배합하는 것이 좋다. 천연 실리카 분말과 수지의 일체화를 촉진하고, 접착 강도를 향상시키 고, 내마모성 등의 충분한 효과를 주기 위하여는 0.5 질량부보다 많은 것이 좋고, 얻은 제품의 외관을 해치지 않기 위하여는 3 질량부를 넘지 않는 것이 좋다.

천연 실리카 분말은 페놀수지 100 질량부에 대하여 30 내지 90 질량부 배합하는 것이 좋다. 풀리 표면에 있어서의 실리카 분말의 비율의 부족을 방지하고 내마모성에 충분한 효과를 주기 위하여는 30 질량부보다 많은 것이 좋고, 상대적인 수지량의 감소에 의한 페놀 수지와 실리카 분말의 접착력의 저하를 막고, 실리카 분말이 풀리 표면으로부터 탈락되기 쉬운 것을 억제하기 위하여는 90 질량부를 넘지 않게 배합하는 것이 좋다.

이상의 설명대로, 본 발명에 있어서는 레졸형 페놀 수지, 무기 섬유, 커플링제 처리를 한 0.5 내지 15 ㎛의 평균 입자 지름의 천연 실리카 분말 및 고무 성분을 특정의 비율로 함유하는 수지 조성물로 함으로써, 즉 각 구성의 조합에 의하여 소기의 목적을 달성할 수 있다.

본 발명의 성형 재료에는 소망에 따라서 종래 페놀 수지 성형 재료에 있어서 관용되고 있는 각종 첨가제, 예를 들면 스테아린산칼슘 등의 이형제, 산화마그네슘 등의 경화촉진제, 힌다드페놀계의 산화 방지제, 힌다드아민계의 광안정제, 벤조트리아졸계의 자외선 흡수제 및 착색제 등을 첨가할 수 있다. 또한 본 발명의 성형 재료에는 면포섬유, 아라미드 섬유 등을 비롯한 유기 섬유를 본 발명의 목적을 방해하지 않는 범위에서 첨가할 수 있다. 본 발명의 성형 재료는 가압 니더, 2축 압출기, 헨셀 믹서 및 믹싱 열 롤 등으로 가열 혼련하고, 파워 밀 등을 이용하여 분쇄함으로써 제조할 수 있고, 또한 공지의 성형 방법, 예를 들면 사출 성형, 트랜스 퍼 성형 및 압축 성형 등의 방법에 따라 소망하는 형상의 풀리를 성형할 수 있다.

발명을 실시하기 위한 최선의 상태

이하에 본 발명의 실시예를 설명하지만, 본 발명은 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 특성의 측정은 이하에 따라서 평가하였다.

(1) 스파이럴 플로우

이하의 조건으로 모기향 모양의 성형품을 트랜스퍼 성형하고, 그 소용돌이의 길이를 스파이럴 플로우 값으로 하였다.

금형: 포트 직경 100 mm 피치 18 mm 길이 1000mm

성형 조건: 금형 온도 165℃ 성형 압력 5.3 MPa 시료 50 g

(2) 굽힘 강도, 굽힘 탄성율

JIS K 6911에 준거하여, 굽힘 강도, 굽힘 탄성율을 측정하였다

(3) 록웰 경도

JIS K 6911에 준거하여, 록웰 경도를 측정하였다.

(4) 마모 체적

JIS K 7204에 의한 마모 시험에 대하여, 2000 회전까지의 감소 체적을 측정하였다.

(5) 풀리 더스트 시험 (풀리 마모성, 벨트 공격성)

더스트량 1 kg/㎥, 회전수 0 내지 7000 rpm, 하중 980 N의 조건으로 풀리 더스트 시험을 실시하고, 400 hr 가동 후의 마모 상태를 확인하고, 고무 벨트와의 슬라이딩면인 풀리 외주 홈부에 마모가 인정되지 않을 때에는 「양호」, 마모가 인정 되는 것에 대하여는「불량」으로 하였다. 또한, 고무 벨트로의 공격성에 대하여서는 공격성이 인정되지 못한 것에는「양」, 인정된 것에는「불량」으로 하였다.

(6) 내열 쇼크성

40 및 120℃ 각 30 min를 1000 사이클 실시 후의 크랙을 확인하고, 크랙 발생이 없는 것은「양호」, 또한 크랙 발생이 확인된 것은 「불량」으로 나타내었다.

(7) 노즐 팁 마모

사출 성형기에 간이 노즐 팁 (재질: S-45℃)을 설치하고, 재료를 100 g/쇼트를 300회 실시하였을 때의 노즐 팁 마모량을 측정하였다.

실시예 1

디메틸렌 에테르형 레졸 수지 [아사히유키자이고교(주) 제품, 수평균 분자량 800] 100 질량부, 유리 섬유[니폰덴키가라스(주) 제품] 75 질량부, 천연 실리카 분말[(주) 다쓰모리 제품, 평균 입자 지름 1.5 ㎛, 커플링제 처리한 것] 65 질량부, 니트릴 고무 [JSR(주) 제품, PNC-38] 12 질량부, 소석회 6 질량부, 산화마그네슘 5 질량부, 스테아린산아연 5 질량부를 배합하고 균일하게 혼합한 후, 열 롤에서 균일하게 가열 혼련하여 시트상으로 하고, 냉각 후 파워 밀로 분쇄하여 그래뉼상의 성형 재료를 제조하였다.

얻은 성형 재료를,

실린더 온도: 앞부분 85 ℃, 뒷부분 50 ℃,

금형 온도: 180 ℃,

경화 시간: 60초

의 조건으로 사출 성형을 실시하고, 성능 평가용 시험편 및 풀리를 제작한다. 얻은 시험편에 대하여 굽힘 강도, 굽힘 탄성율, 로크웰 경도 및 침식 마모 체적을 측정하였다. 또한 얻은 풀리에 대하여 풀리 더스트 시험에 의하여 풀리 마모성 및 벨트 공격성을 평가하고, 또한, 내열 충격성을 평가하였다. 또한 노즐 팁 마모에 대하여, 시험편 작성후, 시험용 노즐 팁을 장착하고, 재료의 사출만을 300회 반복 실시하고, 노즐 팁에 부착하고 있는 재료를 모두 제거하고, 시험 전후의 중량차이를 노즐 팁 마모량으로 하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

실시예 2 내지 3 및 비교예 1 내지 10

배합비를 표 1에 나타내는 바와 같이 변경한 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 실시하고, 성형 재료를 제조한 후 각 시험편 및 풀리를 제작하고, 성능을 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

표 1의 결과로부터, 실시예 1 내지 3에 있어서, 본 발명의 페놀 수지 성형 재료를 사용한 성형품은 풀리 더스트 시험에 있어서도 마모가 관찰되지 않으므로 내더스트성이 우수하고 내열 충격성 시험에 있어도 크랙이 발생하지 않고, 내열 충격성이 우수하다는 것이 확인되었다.

또한 노즐 팁 마모 시험에 있어서도 비교예의 1/10 내지 1/50까지 저감할 수 있고, 설비에의 부하 저감 효과도 크고, 실용성이 풍부하다는 것이 확인되었다. 한편, 비교예 1 내지 6에서 평균 입자 지름이 25 내지 150 ㎛인 천연 실리카 분말을 사용하였을 경우는 커플링제 처리의 유무에 관계 없이, 노즐 팁 마모가 크고, 설비 수명의 점에서 문제가 발생하였다. 비교예 7 내지 9에서 평균 입자 지름이 0.5 내 지 10 ㎛이고 커플링제 처리를 하지 않은 천연 실리카 분말을 사용하였을 경우에는 침식 마모 체적이 크고, 풀리 더스트 시험에 있어서 마모를 관찰할 수 있고 내더스트성이 악화되었다. 또한, 비교예 10에서 평균 입자 지름이 0.5 ㎛ 보다 적은 것을 사용한 경우에는 스파이럴 플로우성, 내더스트성이 떨어지고, 특히 풀리 마모가 악화되었다.

본 발명에 따르면, 생산 설비에 부하를 가하지 않고, 내더스트성이 우수한 수지제 풀리를 얻을 수 있고, 경량화가 요구되는 자동차·산업 기계용 금속 풀리로부터의 대체를 대폭 촉진하는 것이다.

본 발명의 페놀 수지 성형 재료는 이상에서 설명한 바와 같이, 내더스트 마 모성 및 내열 충격성이 우수하고 기계적 강도도 우수한 성형품을 얻을 수 있고, 생산 설비에의 부하 저감에 의하여 실용성을 향상시켰기 때문에, 특히 풀리용 재료에 극히 적합하다.

Claims

레졸형 페놀 수지 100 질량부에 대해 무기 섬유 40 내지 100 질량부, 커플링제 처리를 한 평균 입자 지름이 0.5 내지 15 ㎛인 천연 실리카 분말 30 내지 90 질량부 및 고무 성분 1 내지 15 질량부를 주성분으로서 배합하여 이루어지는 페놀 수지 성형 재료.
레졸형 페놀 수지 100 질량부에 대하여 무기 섬유 40 내지 100 질량부, 커플링제 처리를 가한 평균 입자 지름이 0.5 내지 15 ㎛인 천연 실리카 분말 30 내지 90 질량부 및 고무 성분 1 내지 15 질량부를 주성분으로서 배합하여 이루어지는 페놀 수지 성형 재료로서, 무기 섬유가 유리 섬유를 50 질량% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 페놀수지 성형 재료.
레졸형 페놀 수지 100 질량부에 대하여 무기 섬유 40 내지 l00 질량부, 커플링제 처리를 가한 평균 입자 지름이 0.5 내지 15 ㎛의 천연 실리카 분말 30 내지 90 질량부 및 고무 성분 1 내지 15 질량부를 주성분으로서 배합하여 이루어지는 페놀수지 성형 재료로서, 천연 실리카 분말의 형상이 파쇄형인 것을 특징으로 하는 페놀 수지 성형 재료.
레졸형 페놀 수지 100 질량부에 대하여 무기 섬유 40 내지 100 질량부, 커플 링제 처리를 가한 평균 입자 지름이 0.5 내지 15 ㎛인 천연 실리카 분말 30 내지 90 질량부 및 고무 성분 1 내지 15 질량부를 주성분으로서 배합하여 이루어지는 페놀 수지 성형 재료로서, 무기 섬유가 유리 섬유를 50 질량% 이상 포함하고, 천연 실리카 분말의 형상이 파쇄형인 것을 특징으로 하는 페놀 수지 성형 재료
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 기재된 페놀수지 성형 재료를 이용하여 성형된 것을 특징으로 하는 수지제 풀리.