專利名稱：生產酚醛樹脂制的滑輪的方法
技術領域：
本發明涉及生產其中嵌入了金屬嵌件的用酚醛樹脂制成的滑輪的方法，還涉及用于所述方法中的酚醛樹脂組合物。
為實現節省燃料消耗等方面的原因，在車輛中使用較小和重量較輕的零件正處于發展之中。機械零件例如活塞、齒輪、滑輪以及類似的零件也同樣要求重量較輕和性能較好；用樹脂制成的零件取代金屬制成的零件(例如用模鑄件、金屬板和燒結材料制成的零件)正處于研究之中。
目前，對具有抗皮帶磨損、尺寸精確和耐熱性要求的車輛用滑輪，例如含有以玻璃纖維作為填料的聚酰胺樹脂或酚醛樹脂制成的滑輪以及含有以棉布作為填料的酚醛樹脂制成的滑輪已進行了研究(例如，JP—A—64—87968)。
然而，這些樹脂制成的滑輪有如下問題。含有以玻璃纖維作為填料的聚酰胺樹脂滑輪，當滑輪和皮帶之間打滑而異常發熱時往往導致熔化和脫開，因而可靠性不夠。含有以玻璃纖維作為填料的酚醛樹脂滑輪，其有害的缺陷在于容易導致皮帶磨損。
含有以棉布作為填料的酚醛樹脂制成的滑輪，其抗皮帶磨損性能較為優越，但是，當使用固體或粉狀樹脂并進行干法捏和時，由于不可能使樹脂浸透填料，因而強度不夠。
在這種情況下，已有必要開發一種具有耐熱性、強度和耐磨性極好的酚醛樹脂制成的滑輪。
樹脂制成的滑輪通常采用壓塑法或注塑法生產。采用壓塑法時，壓塑的滑輪在實際應用中強度等性能沒有問題；然而，由于壓塑時間較長，不可能大批生產滑輪從而導致生產率低。
注塑法的生產率雖然較高，但是，通常是通過利用延伸到被注塑滑輪圓盤部的針孔澆口進行滑輪的注塑。圖3A所示為采用針孔澆口法注塑的樹脂制成的滑輪。這種滑輪在金屬嵌件(21)附近的熔接部(22)上的強度很低，因此，當其用作車輛等的重要機械部件時其性能不能充分滿足要求。如圖3B所示，在滑輪圓盤部上有孔洞(23)的情況下，必然要把針孔澆口(20)設置在金屬嵌件—樹脂的界面附近，致使該滑輪的強度更低。
在采用注塑法時，可考慮使用邊澆口法。然而，在該方法中，在正對澆口的滑輪部位會形成熔接部，該熔接部的強度甚至比針孔澆口法所得到的強度更低。特別是在滑輪有孔洞的情況下，通常裝配了用來形成孔洞的銷釘，作為模腔中的一個部件，在模腔的整個長度上延伸；因此，在將模塑材料供入模腔時，這些銷釘會妨礙模塑材料流暢地進料，從而在正對澆口的滑輪部位產生突變現象，導致熔接部的強度更低。無論按任何標準衡量，采用注塑法生產的酚醛樹脂滑輪，在熔接部上的強度必然很低，因此已證實這種滑輪作為車輛等的機械零件沒有實用價值。
如上所述，采用注塑常規酚醛樹脂模塑材料生產的酚醛樹脂滑輪，在強度等性能上是很差的，因而不能滿足所需的要求。本發明旨在提供一種沒有上述問題且具有極高生產率的酚醛樹脂滑輪。
本發明提供了一種生產其中嵌入了金屬嵌件的用酚醛樹脂制成的滑輪的方法，該方法包括在具有可移動模、固定模和模腔的模具的模腔中裝配圓筒形或圓實體軸形的金屬嵌件，當要生產的滑輪具有最終的形狀時，在該可移動模的一部分或全部已從其預先占據的位置向后移動到給定距離的狀態下，關閉該模具，將酚醛樹脂模塑材料注入模腔，使該模塑材料充滿模腔，優選采用澆口密封銷釘密封模具的澆口，然后，基本上同時或在澆口密封后，將向后移動的一部分或全部可移動模向前移動到所述預先確定的位置，以模塑酚醛樹脂滑輪。
這種方法對于模塑其圓盤部上具有孔洞的酚醛樹脂滑輪特別有效。所述滑輪可以根據上述方法生產，例如通過在用來形成所述孔洞的銷釘已處于從其預先占據的位置向后移動的狀態時，關閉該模具，此后，將酚醛樹脂模塑材料注入模腔，使該模塑材料充滿模腔，優選采用澆口密封銷釘密封模具的澆口，然后，基本上同時或在澆口密封后，將這些銷釘向前移動到所述預定位置，以模塑所述的滑輪。
圖1A—1C和圖2A—2D所示為按照本發明方法采用注塑法生產酚醛樹脂滑輪所用模具的實施例的剖視圖。圖3A—3B是分別示出用常規注塑法生產樹脂滑輪的平面圖，其中標明了澆口和熔接部的位置。在這些圖中，(1)是可移動模；(2)是固定模；(3)是金屬嵌件—握持銷釘；(4)是圓筒形金屬嵌件；(5)是金屬嵌件—固定銷釘；(6)是用來形成孔洞的銷釘；和(7)是澆口—密封銷釘。
在圖1A中，金屬嵌件(4)被固定模(2)的銷釘(3)握持，并被銷釘(5)固定。圖1A表示可移動模(1)已從其預定位置向后移動且模塑材料已注滿模腔的狀態。圖1B表示澆口密封銷釘(7)已向前移動達到密封模具澆口的位置，然后可移動模(1)已向前移動到所述預定位置的狀態。此后，將模具打開取出模塑的樹脂制成的滑輪。圖1C表示模具已經打開的狀態。在上述順序操作中，可以省略澆口密封。然而，在沒有進行澆口密封時，當可移動模向前移動且沒有形成足夠的增壓(即，在該模腔中沒有獲得足夠的壓力增加)時，模塑材料將流回而進入注塑機的圓筒中；結果，所得滑輪的強度往往很低。因此，優選進行澆口密封。
圖2A表示模具已經關閉、用來形成孔洞的銷釘(6)和澆口密封銷釘(7)已經向后移動且模塑材料已充滿模腔的狀態。圖2B表示澆口密封銷釘(7)已經向前移動且澆口已密封的狀態。圖2C表示用來形成孔洞的銷釘(6)已向前移動到預定位置的狀態。圖2D表示為了取出模塑的滑輪已將模具打開的狀態。
茲將采用上述模具模塑樹脂滑輪的方法的典型實施例敘述如下。
當采用圖1A—1C中所示的模具時，在可移動模已從其預定位置向后移動到給定距離且模塑材料充滿模腔的狀態下，該模具關閉〔圖1A〕。然后，用澆口密封銷釘迅速密封澆口，可移動模接著向前移動到預定位置，從而使模腔中模塑材料的堆積密度增加，因此，圖3A中所示的相當于常規滑輪的熔接部(22)的滑輪部位的強度增加〔圖1B〕。此后，當模腔中的模塑材料已充分熟化或固化時，將該模具打開〔圖1C〕，取出模塑的樹脂制成的滑輪。
當采用圖2A—2D中所示的模具時，在用來形成孔洞的銷釘(6)已向后移動且模塑材料充滿模腔〔圖2A〕的狀態下，該模具關閉。然后，用澆口密封銷釘〔圖2B〕迅速密封澆口。其后，銷釘(6)向前移動到預定位置以便在模腔內的模塑材料中形成孔洞，從而使模腔中模塑材料的堆積密度增加，因此，圖3B中所示的相當于常規滑輪的熔接部(22)的滑輪部位的強度增加〔圖2C〕。此后，當模腔中的模塑材料已充分熟化或固化時，將該模具打開〔圖2D〕，取出模塑的樹脂制成的滑輪。
如上所述，在可移動模(1)上裝配了用來形成孔洞的銷釘(6)，但是，它們也可以裝配在固定模(2)上。銷釘(6)可通過外力向前或向后移動。在銷釘(6)向前移動到預定位置之前，用澆口密封銷釘密封澆口，但是，澆口密封和銷釘向前移動基本上可以同時進行。
關于金屬嵌件為圓筒形的情況已作了上述說明。在金屬嵌件呈圓實體軸形式的情況下，不裝配金屬嵌件—握持銷釘，但是在固定模上的金屬嵌件—握持銷釘部位提供了一個凹坑。呈圓實體軸形式的金屬嵌件被置于該凹坑中并用金屬嵌件—固定銷釘加以固定，然后可按上述類似的處理步驟進行，以生產酚醛樹脂滑輪。
如上所述，在采用常規注塑法生產的常規樹脂制成的滑輪中，熔接部的強度很低。相反，在本發明中，通過事先將銷釘(用于形成孔洞)從預定位置向后移動，以至它基本上不在模腔內即可將模塑材料流暢地注入模腔(如圖2A所示)；然后，通過使用外力將銷釘向前移動到模腔內以形成孔洞；因此，增加了注入模腔中模塑材料的堆積密度，從而可使熔接部具有足夠的強度。
在本發明的滑輪模塑方法中，可以采用邊澆口法、多針孔澆口法等方法。邊澆口法比多針孔澆口法更可取，因為在邊澆口法中澆口附近的剩余壓力較低，其結果使澆口附近幾乎不發生膨脹，從而可以縮短模塑周期，使大批生產滑輪成為可能。此外，在邊澆口法中，可以在注入模塑材料后通過使用澆口密封銷釘密封澆口，因此，模腔內的壓力可以恒定保持在峰值級，從而使熔接部具有更高的強度。
用于模塑樹脂制成的滑輪的典型材料包括酚醛樹脂模塑材料。在本發明生產樹脂滑輪的方法中，采用酚醛樹脂模塑材料，特別是含有通過將棉布(例如針織品、縐紗、粗斜紋布或類似棉布)粉化而得的粉化棉布作為主要填料的酚醛樹脂模塑材料。
在本發明中，用于酚醛樹脂中的基體樹脂是酚醛樹脂。熱塑性樹脂(屬于工程塑料)例如聚酰胺和類似的樹脂耐熱性較差，不適宜用作遭受高溫的機械零件。特別是當它們用于滑輪中時，當滑輪和皮帶之間打滑而異常發熱時往往導致熔化和脫開。相反，酚醛樹脂(屬于熱固性樹脂)卻沒有上述問題，因而最適宜作為基體樹脂用于車輛的機械零件(例如滑輪和類似的零件)。用于本發明的酚醛樹脂是任一種酚醛清漆類的酚醛樹脂，甲階酚醛樹脂和改性酚醛樹脂。
在本發明中，用于酚醛樹脂模塑材料的主要填料是粉化的棉布或粉化棉布加粉狀有機纖維例如木屑、紙漿或類似的物質。當把酚醛樹脂模塑材料做成滑輪時，單就抗皮帶磨損性而言，含有作為填料的碎布(例如棉布)是足夠的；然而，用這種酚醛樹脂模塑材料制成的滑輪往往導致(1)由于它與該材料的浸透性很差，因而局部的強度低和(2)產生毛刺時，光潔度很差。
相反，用含有粉化棉布作為填料的酚醛樹脂模塑材料制成的滑輪，不僅具有極好的抗皮帶磨損性而且其耐沖擊性能也很強。
在本文中，滑輪的″耐沖擊性″指的是當滑輪例如在裝卸過程中掉落在地板上時的耐沖擊性。該耐沖擊性根據落球試驗法測試；即，將滑輪放在45°的斜面上，將直徑為50毫米的鋼球從給定高度降落以便擊中該滑輪的頂部，從而可檢測到形成例如破裂或類似的缺陷。用于本發明的粉化棉布是粉化的縐紗、粉化的針織品、粉化的粗斜紋布或類似棉布，并可以是兩種或多種這類材料的組合物。
粉化棉布的尺寸最好是經過篩分達到5—140目。當采用通過大于5目粗篩的粉化棉布時，所得的酚醛樹脂模塑材料可使滑輪獲得較高的耐降落沖擊性和較高的耐落球沖擊性，但是，在許多情況下該滑輪沒有光滑的表面，且往往是低光澤和粗糙的表面。當采用通過小于140目細篩的粉化棉布時，所得的酚醛樹脂模塑材料將導致滑輪的耐降落沖擊性和耐落球沖擊性降低。粉化棉布的尺寸更優選經過篩分達到10—60目。
在酚醛樹脂模塑材料中，通常可采用尺寸小于80—100目的粉狀有機纖維例如木屑、紙漿或類似的材料。考慮到耐磨性，應避免使用玻璃纖維。如果對所得酚醛樹脂模塑材料的耐磨性不會產生有害影響，在酚醛樹脂模塑材料中，通常可以采用粉狀無機填料。粉狀無機填料的典型實例是粘土、碳酸鈣、云母和氫氧化鋁，其中每種均可與主要的填料配合使用。二氧化硅是很硬的物質最好不使用。
所用填料的總量優選為每100份所用酚醛樹脂(以重量計)使用50—200份(以重量計)。當其用量小于50份(以重量計)時，所得酚醛樹脂模塑材料不能提供足夠的強度。當其用量大于200份(以重量計)時，所得酚醛樹脂模塑材料的可塑性很差，在某些情況下不可能實際應用。填料的總量中粉化棉布的用量X(wt％)和粉狀有機填料(例如木屑或紙漿)的用量Y(wt％)優選如下。
15≤X≤10060≤X＋Y≤100當X＜15時，不可能獲得足夠的強度。當(X＋Y)＜60時，造成可塑性低，特別是注塑中的充填率很差。粉化棉布的用量更優選為15≤X≤50。當15≤X≤50時，可以采用普通的方法(即，在加熱和研磨的條件下捏和)制備酚醛樹脂模塑材料。當X＞50時，粉化棉布占據較大的體積，成為注塑中的障礙物；因此，宜于采用粒化法，其中，在適量的溶劑存在下，在加熱、高速攪拌的條件下進行。
本發明提供了一種生產酚醛樹脂滑輪方法，該方法幾乎完全不會由于熔接而造成強度降低，且能保持極好的耐熱性、耐磨性以及所用組分提供的強度。此外，在本發明中，當采用邊澆口法時，可以縮短模塑周期并可大批生產滑輪、有利于提高生產率以及減少熔渣和流道結塊(熔渣和流道結塊是廢物)。因此，本發明可以提供一種成本低、工業價值很高可用作車輛零件的樹脂制成的滑輪。
在下文中，將參照實施例和對比例對本發明作詳細說明。下面的″份數″指的是″重量份數″。關于組分的配方和采用的模塑方法歸納在表1中。組分均采用熱軋機捏和或采用Henschel混合器熱—捏和，以制得酚醛樹脂模塑材料。實施例1根據表1所示的配方和捏和裝置制備酚醛樹脂模塑材料。采用圖1A—1C中所示的模具〔模腔尺寸為直徑100毫米和70立方厘米(體積)〕在模塑溫度為160℃、圓筒溫度為90℃(前)和50℃(后)、固化時間為50秒和模塑周期為70秒的條件下，將該模塑材料進行注塑，以制得在其中心具有圓筒形金屬嵌件的滑輪產品。在上述操作中，事先將可移動模從預定位置向后移動2毫米，從模塑材料完全注入3秒后，將可移動模向前移動到預定位置，以制得符合要求形狀的滑輪產品。實施例2根據表1所示的配方和捏和裝置制備酚醛樹脂模塑材料。采用圖1A—1C中所示的模具在模塑溫度為170℃、圓筒溫度為90℃(前)和50℃(后)、固化時間為40秒和模塑周期為60秒的條件下，將該模塑材料進行注塑，以制得在其中心具有圓筒形金屬嵌件的滑輪產品。在上述操作中，事先將可移動模從預定位置向后移動2毫米，從模塑材料完全注入3秒后，將可移動模向前移動到預定位置，以制得符合要求形狀的滑輪產品。實施例3根據表1所示的配方和捏和裝置制備酚醛樹脂模塑材料。采用圖2A—2D中所示的模具(具有與圖1A—1C中所示模具相同的尺寸)，在模塑溫度為170℃、圓筒溫度為80℃(前)和40℃(后)、固化時間為50秒和模塑周期為70秒的條件下，將該模塑材料進行注塑，以制得在其中心具有圓筒形金屬嵌件的滑輪產品。在上述操作中，事先將用來形成孔洞的銷釘向后移動到將形成孔洞的頂端，從模塑材料完全注入5秒后，將銷釘向前移動到預定位置，以制得具有孔洞的符合要求形狀的滑輪產品。實施例4采用圖2A—2D中所示的模具，在模塑溫度為170℃、圓筒溫度為80℃(前)和40℃(后)、固化時間為45秒和模塑周期為65秒的條件下，將與實施例3中所用的相同酚醛樹脂模塑材料進行注塑，以制得在其中心具有圓筒形金屬嵌件的滑輪產品。在上述操作中，事先將用來形成孔洞的銷釘向后移動到將形成孔洞的頂端，從模塑材料完全注入2秒后，將澆口密封銷釘向前移動達到密封澆口的位置；密封1秒鐘后，將該銷釘向前移動到預定位置，以制得具有孔洞的符合要求形狀的滑輪產品。對比例1
采用圖1A—1C中所示的具有相同模腔形狀、用于壓塑法的模具，在片劑預處理溫度為95℃、模具溫度為160℃、固化時間為3分鐘和模塑周期為5分鐘的條件下，將與實施例1中所用的相同酚醛樹脂模塑材料進行壓塑，以制得在其中心具有圓筒形金屬嵌件的滑輪產品。對比例2除了沒有進行澆口密封之外，采用圖1B中所示的固定在相同狀態的模具，在模具溫度為170℃、圓筒溫度為90℃(前)和50℃(后)、固化時間為40秒和模塑周期為60秒的條件下，將與實施例2中所用的相同酚醛樹脂模塑材料進行注塑，以制得在其中心具有圓筒形金屬嵌件的滑輪產品。對比例3除了沒有進行澆口密封之外，采用圖2C中所示的固定在相同狀態的模具，在模具溫度為170℃、圓筒溫度為80℃(前)和40℃(后)、固化時間為50秒和模塑周期為70秒的條件下，將與實施例3和4中所用的相同酚醛樹脂模塑材料進行注塑，以制得在其中心具有圓筒形金屬嵌件和在圓盤部具有孔洞的滑輪產品。對比例4除了沒有進行澆口密封之外，采用圖2C中所示的固定在相同狀態的模具，在模具溫度為170℃、圓筒溫度為90℃(前)和50℃(后)、固化時間為40秒和模塑周期為60秒的條件下，將根據表1所示的配方和捏和裝置制備的酚醛樹脂模塑材料進行注塑，以制得在其中心具有圓筒形金屬嵌件和在圓盤部具有孔洞的滑輪產品。
有關采用實施例1—4和對比例1—4的方法制成的酚醛樹脂滑輪的生產率(模塑周期)和性能列于表2中。從表2中的評價可以看出，在本發明的注塑法中，在注塑完成后，可移動模的一部分或全部向前移動，所得的酚醛樹脂制成的滑輪不僅具有極高的生產率而且具有極好的機械性能(例如極好的抗熱沖擊性)。當所用的酚醛樹脂模塑材料如實施例3和4含有大量的有機填料(例如粉化棉布)時，制成的滑輪能很好地保持用于模塑材料中的組分提供的固有性能。而通過常規注塑法生產的滑輪卻不能保持這些性能，壓塑法生產的滑輪具有良好的特性，但是生產率很低。
表1組分配方、組分—捏和裝置及模塑方法
—待續—
—接上表—
表2滑輪的生產率和特性
待續—
—接上表
注 熱沖擊的試驗條件無負載施加在樣品滑輪上，-40℃(1小時)和130℃(1小時)皮帶磨損試驗條件張力＝1.5千牛頓，每分鐘8,000轉，100小時
權利要求
1.一種生產其中嵌入了金屬嵌件的用酚醛樹脂制成的滑輪的方法，該方法包括在具有可移動模、固定模和模腔的模具的模腔中裝配了圓筒形或圓實體軸形的金屬嵌件，當所生產的滑輪具有最終的形狀時，在該可移動模的一部分或全部已從其預先占據的位置向后移動到給定距離的狀態下，關閉該模具，將酚醛樹脂模塑材料注入模腔，使該模塑材料充滿模腔，然后，將向后移動了的一部分或全部可移動模向前移動到所述預定位置，以模塑所述滑輪。
2.一種生產其中嵌入了金屬嵌件的用酚醛樹脂制成的滑輪的方法，該方法包括在具有可移動模、固定模和模腔的模具的模腔中裝配了圓筒形或圓實體軸形的金屬嵌件，當所生產的滑輪具有最終的形狀時，在該可移動模的一部分或全部已從其預先占據的位置向后移動到給定距離的狀態下，關閉該模具，將酚醛樹脂模塑材料注入模腔，使該模塑材料充滿模腔，用澆口密封銷釘密封模具的澆口，基本上同時或在澆口密封后，將向后移動的一部分或全部可移動模向前移動到所述預定位置，以模塑所述的滑輪。
3.一種生產其中嵌入了金屬嵌件且在其圓盤部上形成孔洞的酚醛樹脂滑輪的方法，該方法包括在具有可移動模、固定模和模腔的模具的模腔中裝配了圓筒形或圓實體軸形的金屬嵌件，在用來形成所述孔洞的銷釘已處于從其預先占據的位置向后移動的狀態時，關閉該模具，此后，將酚醛樹脂模塑材料注入模腔，使該模塑材料充滿模腔，然后將這些銷釘向前移動到所述預定位置，以模塑所述的滑輪。
4.一種生產其中嵌入了金屬嵌件且在其圓盤部上形成孔洞的酚醛樹脂滑輪的方法，該方法包括在具有可移動模、固定模和模腔的模具的模腔中裝配了圓筒形或圓實體軸形的金屬嵌件，在用來形成所述孔洞的銷釘已處于從其預先占據的位置向后移動的狀態時，關閉該模具，此后，將酚醛樹脂模塑材料注入模腔，使該模塑材料充滿模腔，用澆口密封銷釘密封模具的澆口，然后，基本上同時或在澆口密封后，將這些銷釘向前移動到所述預定位置，以模塑所述的滑輪。
5.一種用于權利要求1方法中的酚醛樹脂組合物，其中用于該組合物中的填料包括分別按所用的每100份(以重量計)填料總量X份(以重量計)粉化棉布和選自木屑和紙漿的Y份(以重量計)粉狀有機纖維，假定X和Y滿足下式(1)和(2)60≤X＋Y≤100(1)15≤X≤100 (2)。
6.一種用于權利要求2方法中的酚醛樹脂組合物，其中用于該組合物中的填料包括分別按所用的每100份(以重量計)填料總量X份(以重量計)粉化棉布和選自木屑和紙漿的Y份(以重量計)粉狀有機纖維，假定X和Y滿足下式(1)和(2)60≤X＋Y≤100(1)15≤X≤100 (2)。
7.一種用于權利要求3方法中的酚醛樹脂組合物，其中用于該組合物中的填料包括分別按所用的每100份(以重量計)填料總量X份(以重量計)粉化棉布和選自木屑和紙漿的Y份(以重量計)粉狀有機纖維，假定X和Y滿足下式(1)和(2)60≤X＋Y≤100(1)15≤X≤100 (2)。
8.一種用于權利要求4方法中的酚醛樹脂組合物，其中用于該組合物中的填料包括分別按所用的每100份(以重量計)填料總量X份(以重量計)粉化棉布和選自木屑和紙漿的Y份(以重量計)粉狀有機纖維，假定X和Y滿足下式(1)和(2)60≤X＋Y≤100(1)15≤X≤100(2)。
全文摘要
本發明提供了一種生產其中嵌入了金屬嵌件的用酚醛樹脂制成的滑輪的方法。同時還提出了一種對模塑其圓盤部上具有孔洞的酚醛樹脂制成的滑輪特別有效的方法。本發明還提供了適用于上述滑輪生產方法的酚醛樹脂組合物。
文檔編號C08L61/06GK1118735SQ9510734
公開日1996年3月20日 申請日期1995年6月7日 優先權日1994年6月8日
發明者船津敦, 木村義文, 谷澤秀實 申請人:住友電木株式會社