DE69915899T2

DE69915899T2 - Verfahren zur Herstellung von Kunststoffverbundformteilen

Info

Publication number: DE69915899T2
Application number: DE69915899T
Authority: DE
Inventors: Takamitsu Osaka-shi Saigo; Tsukasa Osaka-shi Akaishi; Yutaka Osaka-shi Ueji; Masaya Osaka-shi Kurokawa
Original assignee: Starlite Co Ltd
Current assignee: Starlite Co Ltd
Priority date: 1998-01-19
Filing date: 1999-01-19
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2019-01-20
Also published as: DE69915899D1; US6214277B1; EP0930150A1; EP0930150B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung verschiedener Arten von Kunststoffverbundformteilen, wie Kunststoffverbundgetrieben, -lagern und gleitenden Teilen von Büromaschinen, Kraftfahrzeugen und industrieller Ausrüstung im allgemeinen, und weiter in OA-Ausrüstung etc., die viele Bereiche strenger Dimensionsgenauigkeit, das heißt, strenger Dimensionstoleranz besitzen.
Die Eigenschaften, die von Kunststoffverbundgetrieben gefordert werden, sind Getriebeeigenschaften, einschließend Reibungs- und Verschleißeigenschaften, Getriebeermüdungsfestigkeit etc. unter den Bedingungen der Verwendung (Umgebungstemperatur, Schmierungsverfahren, Lebensdauer, Feuerfestigkeit), Getriebegenauigkeit und Kosten etc. Außerdem sind die Eigenschaften, die von Kunststoffverbundlagern gefordert werden, Reibungs- und Verschleißeigenschaften und Dimensionsgenauigkeit, die unter den Bedingungen der Verwendung (Umgebungstemperatur, Schmierungsverfahren, Lebensdauer, Feuerfestigkeit) schweren Gleitbedingungen widerstehen, und Kosten etc. Ein Getriebe oder ein Lager, dessen Reibungskoeffizient und spezifische Verschleißrate reduziert worden sind durch Formen eines Kunststoffverbundstoffs, der aus verschiedenen festen Gleitmitteln, wie Polytetrafluorethylen, Molybdändisulfid, Graphit etc., zugegeben zu einem kristallinen Polymer, wie Polyacetal, Polyamid, Polyphenylensulfid etc. besteht, um Reibungs- und Verschleißeigenschaften bereitzustellen, ist als diese Art von Kunststoffverbundgetriebe oder -lager verwendet worden. Es gibt aber eine Reduktion der mechanischen Eigenschaften des geformten Teils, wenn das vorstehend genannte feste Gleitmittel zu dem kristallinen Polymer gegeben wird. Deshalb wird im Fall von geformten Teilen, die hohe Ermüdungsfestigkeit erfordern, wie Getriebe und Lager, ein Verbundmaterial hergestellt aus verschiedenen verstärkenden Fasern, wie Glasfasern, Kohlenstofffasern oder Aramidfasern etc., das weiterhin zu der vorstehend genannten Kunststoffverbundzusammensetzung als Matrix gegeben wird. Dennoch werden, wenn diese Art von Verbundmaterial verwendet wird, nicht nur die Materialkosten erhöht, sondern es gibt auch einen Anstieg der Viskosität des Kunststoffverbundstoffs während des Formens, wobei die Fluidität schlecht wird, und deshalb muss der Spritzdruck während des Füllverfahrens auf einen hohen Druck eingestellt werden, und als Ergebnis steigen die Anlagenkosten und Produktionskosten für das Formen. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass die Restspannung des geformten Teils zunimmt. Weiterhin entwickelt sich Anisotropie aufgrund der Anordnung der Fasern während des Formens in den geformten Teilen, die durch Formen eines Kunststoffverbundstoffs erhalten werden, zu dem verstärkende Fasern gegeben wurden, und es wird sehr schwierig, die Gestalt und Gussformteile mit hoher Genauigkeit zu kontrollieren. Außerdem nimmt die Gestaltgenauigkeit ab. Zusätzlich nehmen mechanische Eigenschaften, insbesondere die Festigkeit, von Kunststoffverbundstoffen, zu denen große Mengen an festen Gleitmitteln gegeben worden sind, ab, auch wenn verstärkende Fasern zugegeben werden, und deshalb besteht auch das Problem, dass sie nicht in Getrieben und Lagern verwendet werden können, wo Ermüdungsfestigkeit erforderlich ist. Zusätzlich besteht ein Problem der Wiederverwertbarkeit bei Kunststoffverbundformteilen, zu denen mehrere Arten von Rohmaterialien, insbesondere verstärkende Fasern, wie Glasfasern etc., gegeben worden sind.
Außerdem haben kristalline Polymere im allgemeinen eine bessere mechanische Festigkeit, wie Biegemodul etc., wenn sie mit amorphen Polymeren verglichen werden. Allerdings variieren die Sphärolithengröße des kristallinen Polymers und der Grad der Kristallisation an der Oberflächenschicht und dem Inneren eines geformten Teils, das durch herkömmliches Spritzgießen von kristallinen Polymeren erhalten wurde, wegen des Abkühlgeschwindigkeitsgradienten im geformten Teil beträchtlich. Kurz, im Gegensatz zu der Tatsache, dass die Sphärolithengröße des kristallinen Polymers klein ist und der Grad der Kristallisation an der Oberflächenschicht des geformten Teils, die nahe der Formoberfläche ist, klein ist, weil sie nach dem Spritzgießen schnell gekühlt wird, ist im Gegensatz zu der vorstehend genannten Oberflächenschicht die Sphärolithengröße groß und der Grad der Kristallisation ist hoch innerhalb des geformten Teils, das von der Gussformoberfläche entfernt ist, weil es allmählich gekühlt wird. So führen lokale Unterschiede in der Sphärolithengröße und dem Grad der Kristallisation innerhalb des geformten Teils zu Unterschieden in der Gussformschrumpfung in jedem Bereich des geformten Teils. Dies bedeutet, dass, wenn ein Produkt mit vielen Bereichen mit strenger Dimensionsgenauigkeit (strenger Dimensionstoleranz), wie OA-Ausrüstungsprodukte etc., mit einer Gussform geformt wird, die mit einer bestimmten Schrumpffaktorabschätzung hergestellt worden ist, es extrem schwierig ist, die Dimensionen jedes Bereichs des geformten Teils innerhalb der Dimensionstoleranz zu halten. Folglich ist es in der Vergangenheit schwierig gewesen, Produkte mit vielen Bereichen strenger Dimensionsgenauigkeit (strenger Dimensionstoleranz) unter Verwendung kristalliner Polymere zu formen. Deshalb werden im allgemeinen amorphe Polymere anstelle von kristallinen Polymeren für Kunststoffverbundformteile mit strenger Dimensionsgenauigkeit verwendet. Allerdings besteht eine Neigung zu unzureichendem Biegemodul, wenn das geformte Teil dünner wird, wenn amorphe Polymer verwendet werden. Folglich nimmt man an, dass Verbundmaterialien, die ein verstärkendes Fasersystem, wie Glasfasern, verwenden, das Biegemodul von geformten Teilen, die aus diesen amorphen Polymeren geformt sind, verbessern. Dennoch gibt es, wie im Fall des vorstehend genannten kristallinen Polymers, Probleme dadurch, dass Anlagenkosten und Produktkosten steigen und Restspannung auf dem geformten Teil aufgrund von hohen Materialkosten und einer Zunahme der Viskosität und Verschlechterung der Fluidität des Kunststoffverbundstoffs während des Formens steigt, und es gibt ein Problem dadurch, dass es eine Verminderung der Dimensionsgenauigkeit aufgrund von Anisotropie gibt, die ein Ergebnis der Faserausrichtung während des Formens ist, im Fall von solchen Verbundmaterialien, die verstärkende Fasersysteme verwenden.
Auf diese Weise ist die vorstehend genannte Art von Verbundmaterialien, wo verschiedene Arten von verstärkenden Fasern, wie Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasern etc., zu kristallinen Polymeren gegeben werden, in der Vergangenheit verwendet worden, um Getriebeeigenschaften und die Reibungs- und Verschleißeigenschaften, die von Lagern gefordert werden, zu verbessern. Allerdings ist es schwierig, mit dieser Art von Faserverbundstoff wegen der Ausrichtung der Fasern während des Spritzgießens Hochgenauigkeitsgetriebe zu erhalten. Deshalb präsentiert die vorliegende Erfindung im Licht der vorstehend genannten Punkte ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffverbundgetrieben, die ausgezeichnete Getriebeeigenschaften besitzen, wie ausgezeichnete Reibungs- und Verschleißeigenschaften, Getriebeermüdungsfestigkeit etc., und deshalb Getriebegenauigkeit besitzen, und auch von Kunststoffverbundlagern mit ausgezeichneter Genauigkeit und ausgezeichneten Reibungs- und Verschleißeigenschaften. Weiterhin werden verschiedene Reibungs- und Verschleißeigenschaften von Kunststoffverbundformteilen gefordert, die in gleitenden Teilen, wie den vorstehend genannten Getrieben und Lagern etc., verwendet werden, abhängig von verschiedenen Bedingungen, wie Verwendungsbedingungen (Temperatur, Lebensdauer, Feuerfestigkeit) Kosten etc., und es ist nötig, diese Eigenschaften mit der Kostenleistung auszubalancieren. Deshalb wird ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffverbundformteilen mit verbesserten Reibungs- und Verschleißeigenschaften und ausgezeichneter Wiederverwertbarkeit bei niedrigen Kosten ohne Zugabe von großen Mengen verschiedener Arten von festen Gleitmitteln und Glasfasern etc., wie in der Vergangenheit, von der vorliegenden Erfindung als Kunststoffverbundformteile präsentiert, die in gleitenden Teilen, die ausgezeichnete Reibungs- und Verschleißeigenschaften erfordern, verwendet werden.
Weiterhin ist es, wie vorstehend erwähnt, in der Vergangenheit sehr schwierig gewesen, Kunststoffverbundformteile zu erhalten, die sowohl mechanische Festigkeit, wie Biegemodul etc., als auch hohe Dimensionsgenauigkeit stellen können. Deshalb wird von der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffverbundformteilen präsentiert, die geformte Teile aus kristallinen Polymeren mit ausgezeichneter mechanischer Festigkeit, wie Biegemodul etc. sind, und die solch eine ausgezeichnete Dimensionsgenauigkeit haben, dass sie sogar für Produkte mit vielen Bereichen von strenger Dimensionsgenauigkeit, das heißt, strenger Dimensionstoleranz, verwendet werden können.
Beispiele für die vorstehend genannten geformten Teile können in DE-A-34 44 813, DE-A-34 15 063 und JP-A-5-329866 gefunden werden.
Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffverbundformteilen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es ein Verfahren zur Herstellung von geformten Teilen durch Spritzgießen oder Spritzpressen von kristallinen Polymeren ist und dadurch, dass die Kristallmorphologie des kristallinen Polymers während des Formens oder nach dem Formen wie in Anspruch 1 beschrieben kontrolliert wird.
Das vorstehend genannte Kontrollieren der Kristallmorphologie des kristallinen Polymers bedeutet, dass die Kristallmorphologie des Polymers während des Formens über das gesamte geformte Teil beinahe gleichförmig gemacht wird, die Sphärolithengröße des Polymers in dem geformten Teil über das gesamte geformte Teil beinahe gleichförmig gemacht wird, der Grad der Kristallisation des Polymers in dem geformten Teil über das gesamte Teil beinahe gleichförmig gemacht wird, die Sphärolithengröße des Polymers in dem geformten Teil im Vergleich zu der vor dem Formen reduziert ist, der Grad der Kristallisation des Polymers in dem geformten Teil im Vergleich zu dem vor dem Formen erhöht wird etc.
Es ist möglich, den Reibungskoeffizienten des geformten Teils zu reduzieren und die spezifische Verschleißrate des geformten Teils zu reduzieren und dadurch die Dimensionsgenauigkeit und die Gestalt des geformten Teils durch Kontrollieren der Kristallmorphologie wie vorstehend beschrieben zu verbessern.
Das Verfahren, wobei ein kristalliner Kern zu dem kristallinen Polymer gegeben wird und das Formen durchgeführt wird, während Vibrationsenergie angewendet wird, und das Verfahren, wobei das geformte Teil, das in einem natürlichen Mineral vergraben ist, nach dem Formen bei einer Temperatur hitzebehandelt wird, die der Glasübergangstemperatur des kristallinen Polymers oder höher und dem Schmelzpunkt des kristallinen Polymers oder niedriger entspricht, sind Verfahren zur Kontrolle der Kristallmorphologie des Polymers in dem geformten Teil, wie vorstehend beschrieben.
Es gibt keine speziellen Einschränkungen für das kristalline Polymer, das beim Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, aber Polyacetal, Polyamid und Polyphenylensulfid sind als bevorzugte Polymere angegeben.
Wenn das kristalline Polymer Polyacetal ist, beträgt die Sphärolithengröße des Polymers im geformten Teil 20 μm oder kleiner und der Grad der Kristallisation ist vorzugsweise 50% oder höher. Auf diesem Weg ist es möglich, ein gutes Polyacetallager herzustellen. Es ist weiter bevorzugt, dass die Sphärolithengröße des vorstehend genannten Polymers 15 μm oder kleiner ist, und wenn dies der Fall ist, ist es möglich, geformte Polyacetalteile mit ausgezeichneter Dimensionsgenauigkeit und gute Polyacetalgetriebe herzustellen.
Außerdem liegt, wenn das kristalline Polymer Polyamid ist, die Sphärolithengröße des Polymers in dem geformten Teil vorzugsweise im Submikronbereich und der Grad der Kristallisation beträgt vorzugsweise 20% oder mehr. Als Ergebnis ist es möglich, gute Polyamidgetriebe und -lager herzustellen.
Weiterhin liegt, wenn das kristalline Polymer Polyphenylensulfid ist, die Sphärolithengröße des Polymers in dem geformten Teil vorzugsweise im Submikronbereich und der Grad der Kristallisation beträgt vorzugsweise 30% oder mehr, wobei ein Grad der Kristallisation von 50% oder mehr noch stärker bevorzugt ist. Wenn dies der Fall ist, können gute Polyphenylensulfidgetriebe und -lager hergestellt werden.
1 zeigt die Gestalt von Kunststoffverbundgetrieben, die in den Beispielen und Vergleichsbeispielen geformt wurden, wobei (a) die Vorderansicht ist und (b) die Seitenansicht ist;
2 ist eine vereinfachte Abbildung der Getriebeprüfvorrichtung vom dynamischen Absorptionstyp, die verwendet wird, um die Getriebeermüdungsfestigkeit und den Verschleiß von Kunststoffverbundgetrieben zu messen;
3 ist eine Abbildung der Hauptteile eines Getriebes, wo ein Thermoelement nahe seinem Ganghöhenpunkt angebracht wurde;
4 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Temperaturmessung nahe dem Ganghöhenpunkt eines Getriebes zeigt;
5 ist eine Ansicht von oben auf einen Tintenpatronenhalter für Drucker, der in den Beispielen geformt wurde; und
[6] ist ein A-A-Querschnitt von 1.
Der Kunststoffverbundstoff, der verwendet wird, um die Kunststoffverbundgetriebe verbunden mit der vorliegenden Erfindung zu formen, ist ein kristallines Polymer, wie Polyacetal, Polyamid, Polyphenylensulfid etc. Wenn das geformte Teil eines ist, das Dimensionsgenauigkeit erfordert, können verschiedene feste Gleitmittel, wie Polytetrafluorethylen, Molybdändisulfid, Graphit etc., verstärkende Kunststoffe, wie Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasern etc. und andere Zusatzstoffe zu diesen kristallinen Polymeren, vorzugsweise Polyacetal, gegeben werden, wie es nötig ist, solange der Zweck der vorliegenden Erfindung nicht verloren geht.
Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung wird die Kristallmorphologie des gesamten geformten Teils, das wie vorstehend beschrieben aus einem kristallinen Polymer geformt wurde, gleichförmig gehalten. Die vorstehend genannte Kristallmorphologie stellt die Gesamtgröße der Sphärolithe des kristallinen Polymers, die Anzahl der Sphärolithe und den Grad der Kristallisation dar. Diese Kristallmorphologie wird zum Beispiel durch Herstellen vieler Sphärolithe in dem Kunststoffverbundformteil, das aus einem kristallinen Polymer geformt wird, und Reduzieren und Gleichförmigmachen der Sphärolithengröße des Polymers kontrolliert. Dadurch ist es möglich, den Grad der Kristallisation zu erhöhen. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung wird diese Kristallmorphologie über das gesamte geformte Teil gleichförmig gemacht, und die Schwankungen in der Sphärolithengröße und dem Grad der Kristallisation in einem einzelnen geformten Teil werden kontrolliert, und als Ergebnis wird ein Kunststoffverbundformteil erhalten, das die mechanische Festigkeit des kristallinen Polymers selbst beibehält, und das ausgezeichnete Dimensionsgenauigkeit besitzt. Kurz gesagt, durch Reduzieren der Sphärolithengröße des kristallinen Polymers in dem geformten Teil, oder durch Erhöhen des Grads der Kristallisation wird ein Kunststoffverbundformteil mit ausgezeichneter Dimensionsstabilität erhalten, weil Schwankungen in der Sphärolithengröße und dem Grad der Kristallisation über das gesamte geformte Teil ohne Vermindern von mechanischen Eigenschaften der geformten Teile kontrolliert werden. Zum Beispiel werden durch Herstellen vieler Sphärolithe und Reduzieren der Sphärolithengröße in Kunststoffverbundgetrieben, die aus kristallinen Polymeren geformt werden, oder durch Erhöhen des Grads der Kristallisation Schwankungen in der Sphärolithengröße und dem Grad der Kristallisation eines einzelnen geformten Teils kontrolliert, und als Ergebnis ist es möglich, ein Getriebe mit ausgezeichneten Getriebeeigenschaften und Getriebegenauigkeit herzustellen. Kurz gesagt, ist es möglich, durch Erhöhen der Anzahl an Sphärolithen in dem kristallinen Polymer des geformten Getriebes und Reduzieren der Sphärolithengröße oder durch Erhöhen des Grads der Kristallisation den Reibungsabrieb zu verringern und die Verschleißrate auf 1/10 bis 1/100 des üblichen Wertes zu verringern, ohne mechanische Eigenschaften des Getriebes zu reduzieren, und ein Kunststoffverbundgetriebe herzustellen, das gleichzeitig ausgezeichnete Reibungs- und Verschleißeigenschaften und, weil Schwankungen in der Sphärolithengröße und dem Grad der Kristallisation in einem einzelnen geformten Teil kontrolliert werden, ausgezeichnete Getriebeeigenschaften besitzt. Außerdem ist es zum Beispiel möglich, durch Herstellen vieler Sphärolithe und Reduzieren der Sphärolithengröße des vorstehend genannten kristallinen Polymers oder Erhöhen des Grads der Kristallisation in einem Kunststofflager, das aus einem kristallinen Polymer geformt wurde, und dadurch Kontrollieren von Schwankungen in der Sphärolithengröße und dem Grad der Kristallisation in einem einzelnen geformten Teil, ein Kunststoffverbundformteil mit ausgezeichneten Lagereigenschaften und Gestaltgenauigkeit herzustellen. Kurz gesagt ist es möglich, durch Erhöhen der Anzahl an Sphärolithe und Reduzieren der Sphärolithengröße des kristallinen Polymers eines geformten Teils oder durch Erhöhen des Grads der Kristallisation den Reibungsabrieb zu verringern und die Verschleißrate auf 1/10 bis 1/100 des üblichen Wertes zu verringern, und als Ergebnis wird ein Kunststoffverbundlager hergestellt, das gleichzeitig ausgezeichnete Reibungs- und Verschleißeigenschaften und durch Kontrollieren von Schwankungen in der Sphärolithengröße oder dem Grad der Kristallisation in einem einzelnen geformten Teil ausgezeichnete Lagereigenschaften besitzt.
Weiterhin gab es, wie vorstehend erwähnt wurde, Schwankungen in der Sphärolithengröße und dem Grad der Kristallisation innerhalb eines geformten Teils dadurch, dass die Sphärolithengröße und der Grad der Kristallisation des kristallinen Polymers an der Oberflächenschicht und innen in einem geformten Teil eine kleine Sphärolithengröße und ein niedriger Grad der Kristallisation an der Oberflächenschicht des geformten Teils, die die Gussform berührt, gegenüber einer großen Sphärolithengröße und einem hohen Grad der Kristallisation innen im geformten Teil war, und aus diesem Grund war die Formschrumpfung in unterschiedlichen Bereichen in dem geformten Teil unterschiedlich, und die Dimensionsgenauigkeit war bei herkömmlichem Spritzgießen von kristallinen Polymeren schlecht. Mit Bezug auf diesen Punkt wird die Kristallmorphologie durch die vorliegende Erfindung kontrolliert, und die Kristallmorphologie, wie die Sphärolithengröße, der Grad der Kristallisation etc., des gesamten geformten Teils wird gleichförmig gemacht. Deshalb werden Schwankungen in der Formschrumpfung eines einzelnen geformten Teils kontrolliert, und ein Kunststoffverbundformteil mit ausgezeichneter Dimensionsgenauigkeit wird erhalten, wie vorstehend erwähnt. Es gibt auch keine Probleme mit weiterem Verziehen.
Weiterhin wurde die vorstehend erwähnte Kristallgröße in der vorliegenden Erfindung durch ein optisches Polarisationsmikroskop beobachtet, und der Grad der Kristallisation ist der Wert, der durch Analyse durch das Rurando-Verfahren nach Röntgendiffraktionsbestimmung erhalten wurde.
Die Sphärolithengröße des kristallinen Polymers in den Kunststoffverbundformteilen verbunden mit der vorliegenden Erfindung ist nicht verallgemeinert, weil sie sich mit der Art des Polymers ändert, aber sie wird auf 1/5 bis 1/100 der Sphärolithengröße von geformten Teilen im allgemeinen kontrolliert. Außerdem wird der Grad der Kristallisation so kontrolliert, dass er entweder gleich oder höher ist als der von geformten Teilen im allgemeinen. So wird durch Kontrollieren der Sphärolithengröße, so dass sie kleiner ist als die von geformten Teilen im allgemeinen und Kontrollieren des Grads der Kristallisation, so dass er entweder gleich oder höher ist als der von geformten Teilen im allgemeinen, die Anzahl von Kristallen in dem kristallinen Polymer erhöht. Zum Beispiel ist es bevorzugt, wenn das kristalline Polymer Polyacetal ist, dass die Sphärolithengröße des geformten Teils 20 μm oder weniger beträgt, und wenn das geformte Teil ein Getriebe oder eines ist, das hart ist und Dimensionsgenauigkeit erfordert, ist es bevorzugt, dass die Sphärolithengröße 15 μm oder weniger beträgt und der Grad der Kristallisation 50% oder mehr beträgt. Außerdem ist es bevorzugt, dass die Sphärolithengröße des gesamten geformten Teils im Submikronbereich liegt und dass der Grad der Kristallisation 20% oder mehr beträgt, wenn das kristalline Polymer Polyamid ist. Weiterhin liegt, wenn das kristalline Polymer Polyphenylensulfid ist, die Sphärolithengröße des gesamten geformten Teils im Submikronbereich und der Grad der Kristallisation beträgt 30% oder mehr, wobei 50% oder mehr weiter bevorzugt ist. Durch Kontrollieren der Sphärolithengröße und des Grads der Kristallisation des gesamten geformten Teils wie vorstehend beschrieben wird die Dimensionsstabilität nicht nur einfach verbessert, sondern stattdessen ist es möglich, weil die Sphärolithengröße reduziert ist, die Eigenschaften der Stoßfestigkeit, Festigkeit und Reibungs- und Verschleißeigenschaften ohne Verlust der mechanischen Eigenschaften des geformten Teils, die die Eigenschaften des kristallinen Polymers selbst sind, zu verbessern. Folglich gibt es auch kein Problem mit einem Kostenanstieg wegen der Zugabe von großen Mengen verschiedener Arten von festen Gleitmitteln wie in der Vergangenheit. Weiterhin gibt es auch keine Probleme, die auf eine Verringerung der Fluidität des Kunststoffs während des Formens wegen der Zugabe von verstärkenden Fasern, um die Verringerung der mechanischen Eigenschaften zu bekämpfen, und auf die Ausrichtung der Fasern zurückzuführen sind, und das geformte Teil besitzt eine ausgezeichnete Wiederverwertbarkeit, weil die vorliegende Erfindung auf die Verwendung von verstärkenden Fasern, wie Glasfasern etc. verzichtet.
Herkömmliches Spritzgießen ist nicht das einzige Verfahren zum Formen der Kunststoffverbundformteile verbunden mit der vorliegenden Erfindung, und Spritzpressen etc. kann ebenfalls verwendet werden. Es gibt keine speziellen Einschränkungen, solange das Formverfahren eines ist, wobei die Verfestigung abläuft, wenn der Kunststoff durch einen geschmolzenen Zustand gegangen ist, aber Spritzgießen und Spritzpressen sind bevorzugt, und Spritzgießen ist besonders bevorzugt.
Das Verfahren, wobei die Zugabe eines kristallinen Kerns und die Anwendung von Vibrationsenergie begleitend verwendet werden, ist ein Verfahren zur Kontrolle der Kristallmorphologie des Polymers in dem geformten Teil. Mit Hilfe dieses Verfahrens ist es möglich, die Sphärolithengröße des gesamten geformten Teils zu reduzieren und die Sphärolithengröße gleichförmig zu halten.
Der vorstehend erwähnte kristalline Kern sollte eine Substanz sein, die viele Sphärolithe des kristallinen Polymers erzeugen kann und die Sphärolithengröße reduziert und auch den Grad der Kristallisation erhöht und gleichförmig macht. Es können sowohl organische als auch anorganische Systeme verwendet werden. Siliziumcarbid (SiC), Zinkoxid (ZnO), Kupferoxid (CuO), Siliziumdioxid (SiO₂), Eisenoxid (FeO) etc. stehen für aktuelle Beispiel für anorganische kristalline Kerne. Außerdem stehen Carbonsäuremetallsalzverbindungen (zum Beispiel die Montansäuresysteme von Hostamont CaV und Hostamont NaV; beide von Hoechst hergestellt) für aktuelle Beispiele für organische Systeme. Die Menge an kristallinem Kern, der zu dem kristallinen Polymer gegeben wird, ändert sich mit der Art des Polymers und dem verwendeten kristallinen Kern, den für jedes geformte Teil geforderten Eigenschaften, wie den Getriebeeigenschaften von Reibungs- und Verschleißeigenschaften und Getriebeermüdungsfestigkeit und Getriebegenauigkeit im Fall von Getrieben, Lagereigenschaften, wie Reibungs- und Verschleißeigenschaften etc., im Fall von Lagern, mechanischer Festigkeit und Dimensionsgenauigkeit, die für den Zweck benötigt wird, für den das geformte Teil verwendet werden soll und den Bedingungen, unter denen es verwendet wird, und Gestalteigenschaften, wie Kreisförmigkeit, Zylinderförmigkeit etc., und liegt innerhalb von 0,01 bis 10 Gewichts-% pro Polymer. Wenn weniger als 0,01 Gewichts-% des kristallinen Kerns zugegeben werden, gibt es Fälle, wo es schwierig ist, die Kristallmorphologie des kristallinen Polymers nach innerhalb des gewünschten Bereichs zu kontrollieren. Außerdem besteht eine Tendenz, dass die Viskosität des geschmolzenen Kunststoffs während des Formens zunimmt, wenn zu viel kristalliner Kern zugegeben wird, was das Formen schwierig macht und die mechanische Festigkeit, wie Getriebeeigenschaften und Lagereigenschaften, senkt.
Das Anwenden von Vibrationsenergie ist ein anderes Erfordernis, um die Sphärolithengröße des Polymers in dem geformten Teil gleichförmig zu halten. Wenn das kristalline Polymer oder ein Kunststoffverbundstoff aus verschiedenen Gleitmitteln, verstärkenden Fasern und anderen Zusatzstoffen, die wie nötig zu einem kristallinen Polymer gegeben werden, tatsächlich geformt wird, werden mechanische Vibrationen von 10 bis 5000 Hz angewendet. Wenn die Zahl der Vibrationen auf mehrere 10000 Hz erhöht wird, wird nicht nur die Gussform und die Spritzgießmaschine beschädigt, sondern es gibt auch Fälle, wo die Sphärolithengröße etwas zunimmt. Die Größe der Vibrationen liegt innerhalb ±0,01 mm bis ±1 mm. Es ist möglich, viele feine Sphärolithe zu erzeugen und diese Sphärolithe durch Anwenden dieser Art von Vibration am Wachsen zu hindern. In diesem Fall können die Vibrationen vom Anfang bis zum Ende des Formens angewendet werden, oder die Vibrationen können nur angewendet werden, nachdem das Polymer aus dem geschmolzenen Zustand verfestigt und aus der Gussform befreit worden ist. Die Zeit, in der die Vibrationen angewendet werden, sollte in Übereinstimmung mit der Art des verwendeten Polymers, der Zusammensetzung des Kunststoffverbundstoffs als dem rohem Formmaterial und den Eigenschaften, die vom Produkt gefordert werden, bezogen auf die Verwendung des geformten Teils, die Bedingungen, unter denen es verwendet werden soll etc., gewählt werden. Außerdem können die Vibrationen kontinuierlich angewendet werden, oder sie können intermittierend angewendet werden durch Stoppen der Vibrationen, wenn das geformte Teil aus der Gussform bei jedem Formzyklus befreit wird etc. Das Verfahren, wobei zum Beispiel ein vibrierender Stift in der Gussform angebracht wird und Vibrationen in der Höhlung während des Formens auf den Kunststoffverbundstoff angewendet werden, steht als Grundmittel für das Anwenden von Vibrationen. Es kann ein Ausstoßstift oder ein Hülsenstift verwendet werden, oder es kann eine andere Konstruktion für den vorstehend genannten Vibrationsstift verwendet werden. Weiter gibt es, wenn das Formen durchgeführt wird, während Vibrationen innen in der Höhlung wie vorstehend beschrieben auf den Kunststoffverbundstoff angewendet werden, auch einen Vorteil dadurch, dass die Erzeugung von Einsinkmarken, Verziehen etc. des geformten Teils verhindert werden kann, um ein geformtes Teil von sehr hoher Genauigkeit zu erhalten.
Wenn Polytetrafluorethylen zugegeben und geformt wird, während Vibrationsenergie als ein anderes Verfahren zum Kontrollieren der Kristallmorphologie angewendet wird, liegt die Menge an zugegebenem Polytetrafluorethylen vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 5 bis 25 Gewichts-% im Fall von Lagern und 1 bis 10 Gewichts-% im Fall von Getrieben. Wenn die Menge an zugegebenem Polytetrafluorethylen 25 Gewichts-% überschreitet, besteht eine Tendenz, dass die Lagereigenschaften der Reibungs- und Verschleißfestigkeit abnehmen, während, wenn sie 10 Gewichts-% überschreiten, eine Tendenz besteht, dass die Getriebeeigenschaften der Reibungs- und Verschleißfestigkeit und die Getriebeermüdungsfestigkeit abnehmen.
Das Verfahren, wobei thermische Energie auf das Polymer angewendet wird, um feine Kristalle durch Hitzebehandeln des geformten Teils nach dem Formen bei einer Temperatur, die der Glasübergangstemperatur des Polymers oder höher und dem Schmelzpunkt des Polymers oder niedriger entspricht, herzustellen, und das Verfahren, wobei feine Kristalle durch Hitzebehandeln des geformten Teils nach dem Formen in Gegenwart eines natürlichen Minerals erzeugt werden, sind noch andere Verfahren zum Kontrollieren der Kristallmorphologie. Die vorstehend genannte Hitzebehandlung in Gegenwart eines natürlichen Minerals kann ein beliebiges Verfahren sein, wie grundsätzlich Hitzebehandeln des geformten Teils, während es in einem natürlichen Mineral vergraben ist etc., solange die dem Mineral innewohnende Energie, wie die fernen Infrarotstrahlen, die erzeugt werden, wenn das Mineral erhitzt wird, auf das geformte Teil angewendet werden können. Die Temperatur, bei der das geformte Teil in Gegenwart des vorstehend genannten natürlichen Minerals hitzebehandelt wird, ist vorzugsweise die Glasübergangstemperatur des vorstehend genannten Polymers oder höher und der Schmelzpunkt des Polymers oder niedriger. Außerdem sind Magnetit, Aluminiumoxid, Bakuhanseki, Siliziumoxid, Granit und Andesit, sowie viele vulkanische Gesteine etc. aktuelle Beispiele für die vorstehend genannten natürlichen Minerale.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird nun mit aktuellen Beispielen beschrieben, aber diese Beispiele schränken die vorliegende Erfindung in keiner Weise ein.
Reibungskoeffizient und spezifische Verschleißrate
Der Reibungskoeffizient und die spezifische Verschleißrate wurden unter Verwendung eines Stift-auf-Scheibe-Reibungs- und Verschleißprüfers gemessen.
Prüfgerät: Stift-auf-Scheibe-Reibungs- und Verschleißprüfer (Autopin disk; Starlight Co., Ltd.)
Prüfbedingungen: Gestalt des Probeblatts = Ø5 mm × 10 mm, Begleiteroberflächenscheibe = SUS 303, Ra = 0,45 μm, 0,5 m/s, kein Gleitmittel, Umgebungstemperatur = Raumtemperatur
Mechanische Eigenschaften
Zugausbeutefestigkeit und Zugmodul wurden in Übereinstimmung mit JIS K7113 mit dem nachstehenden Prüfgerät unter den nachstehenden Prüfbedingungen gemessen:
Prüfgerät: Autograph (Autograph AGS1000B; Shimadzu Seisakujo)
Prüfbedingungen: Uhrkopfgeschwindigkeit = 1 mm/min, Umgebungstemperatur = Raumtemperatur
Stoßfestigkeit
Die Stoßfestigkeit wurde in Übereinstimmung mit JIS K7110 mit dem nachstehenden Prüfgerät gemessen:
Prüfgerät: Izod-Stoßprüfer (Tokyo Shoki)
Sphärolithengröße
Die Sphärolithengröße wurde mit einem optischen Polarisationsmikroskop beobachtet.
Grad der Kristallisation
Der Grad der Kristallisation wurde mit Röntgendiffraktion und dem Rurando-Verfahren analysiert.
Beispiel 15

Verschiedene Arten von Teststücken wurden mit einer Spritzgießmaschine (Nissei Jushi Co., Ltd., PS60E Digital Servo Injection Molding Machine) unter Verwendung von Polyphenylensulfid (Tohpren T4; Tohpren Co., Ltd.) geformt, und das geformte Teil wurde nach dem Formen 120 min bei 220°C hitzebehandelt, während es in Magnetit vergraben war. Die Eigenschaften des geformten Teils, das erhalten wurde, wurden wie vorstehend beschrieben bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 9 aufgeführt. Tabelle 9

	Beispiel 15
Art des Harzes	Polyphenylensulfid (Tohpren T4)
Details der Behandlung	Hitzebehandlung in Magnetit
Reibungskoeffizient	0,55
Spezifische Verschleißrate (mm³/Nm)	5,0 × 10^–5
Sphärolithengröße (μm)	im Submikronbereich
Grad der Kristallisation (%)	55

Beispiel 16

Kügelchen zum Spritzgießen wurden aus einem Kunststoffverbundstoff, der aus 80 Vol.-% Polyphenylensulfid (Tohpren T4; Tohpren Co., Ltd.) und 20 Vol.-% Polytetrafluorethylen (TF9205; Hoechst) bestand, unter Verwendung einer zweiachsigen Knet- und Extrudiervorrichtung erhalten. Aus diesen Kügelchen zum Formen wurden unter Verwendung einer Spritzgießmaschine (Nissei Jushi Co., Ltd., PS60E Digital Servo Injection Molding Machine) verschiedene Arten von Teststücken geformt, und das geformte Teil wurde nach dem Formen 120 min bei 220°C hitzebehandelt, während es in Magnetit vergraben war. Die Eigenschaften des geformten Teils, das erhalten wurde, wurden wie vorstehend beschrieben bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 10 aufgeführt. Tabelle 10

	Beispiel 16
Art des Harzes	80 Vol.-% Polyphenylensulfid (Tohpren T4) + 20 Vol.-% PTFE
Details der Behandlung	Hitzebehandlung in Magnetit
Reibungskoeffizient	0,22
Spezifische Verschleißrate (mm³/Nm)	2,5 × 10^–6
Grad der Kristallisation (%)	54

Beispiel 17

Mit einer Spritzgießmaschine (Nissei Jushi Co., Ltd., PS60E Digital Servo Injection Molding Machine) wurden verschiedene Arten von Teststücken geformt, und die geformten Teile wurden nach dem Formen 120 min bei 220°C hitzebehandelt, während sie in Bakuhanseki vergraben war. Die Eigenschaften des geformten Teils, das erhalten wurde, wurden wie vorstehend beschrieben bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 11 aufgeführt. Tabelle 11

	Beispiel 17
Art des Harzes	Polyamid 66 (2020B)
Details der Behandlung	Hitzebehandlung in Bakuhanseki
Reibungskoeffizient	0,58
Spezifische Verschleißrate (mm³/Nm)	7,3 × 10^–6
Sphärolithengröße (μm)	im Submikronbereich
Grad der Kristallisation (%)	35

Die Kunststoffverbundformmaterialien, das Formverfahren und die Verfahren zum Prüfen der geformten Teile, die in den nachstehenden Beispielen und Vergleichsbeispielen verwendet wurden, sind nachstehend aufgeführt:
Formmaterialien

(1) Harz POM: Polyacetal (Mitsubishi Kagaku, F10-01) PPS: Polyphenylensulfid (Tohpren, Tohpren T4) PA66: Polyamid 66 (Ube Industries; 2020B) PC: Polycarbonat (Mitsubishi Kakgaku; S-2000)
(2) Kristalliner Kern: SiC: β-SiC (Ipiden Co., Ltd.) Hostamont: Montansäuremetallsalzverbindung (Hoechst; Hostamont NaV)
(3) Polytetrafluorethylen (TF9205; Hoechst)
(4) Verbundstoffe PC/GF: Glasfaser verstärktes Polycarbonatharz (Mitsubishi Kagaku; GS-2010M) POM/GF: Glasfaser verstärktes Polyacetalharz (Mitsubishi Kagaku; MF-3020)

Formverfahren
(1) Herkömmliches Formen von Testgetrieben
Es wurden Getriebe in den Gestalten, die in 1 gezeigt sind, unter Standardformtemperatur und Standardformbedingungen unter Verwendung der PS60E Digital Servo Injection Molding Machine, hergestellt von der Nissei Jushi Co., Ltd., geformt.
Getriebeparameter: Modul – 1, Druckwinkel = 20°, Anzahl der Zähne = 30, Zahnbreite = 8.
(2) Herkömmliches Formen von Testlagern
Es wurden Lager von 20Ø × 23Ø × 15 L unter Standardformtemperatur und Standardformbedingungen unter Verwendung der PS60E Digital Servo Injection Molding Machine, hergestellt von der Nissei Jushi Co., Ltd., geformt.
(3) Herkömmliches Formen von Tintenpatronenhaltern
Es wurden Tintenpatronenhalter mit den Gestalten, die in 5 und 6 gezeigt sind, unter Standardformtemperatur und Standardformbedingungen unter Verwendung der PS60E Digital Servo Injection Molding Machine, hergestellt von der Nissei Jushi Co., Ltd., geformt.
(4) Vibrationsformen
Es wurden Getriebe durch Anwenden von Vibrationen mit einer Vibrationsfrequenz von 100 Hz und einer Vibrationsamplitude von ±1 mm mit einem Vibrationsstab, der während des Formens beim vorstehend genannten Formen von Getrieben, Lagern und Tintenpatronenhaltern innen in der Gussform aufgestellt wurde, geformt.
Prüfverfahren
(1) Sphärolithengröße
Die Oberflächenschicht und das Innere des geformten Teils wurden in einer Dicke von 3 μm unter Verwendung eines Mikrotoms ausgeschnitten und mit einem optischen Polarisationsmikroskop beobachtet.
(2) Grad der Kristallisation
Nach der Röntgendiffraktionsmessung der Oberflächenschicht und des Inneren des geformten Teils wurde der Grad der Kristallisation mit dem Rurando-Verfahren analysiert.
(3) Getriebeermüdungsfestigkeits- und Verschleißprüfungen
Die Gesamtzahl von Umdrehungen (Male) des Getriebelebens und die Menge an Verschleiß des Getriebes (mm) bei einer Gesamtzahl von Umdrehungen von 1 bis 106 Mal wurden unter den in der nachstehenden Tabelle 12 aufgeführten Prüfbedingungen unter Verwendung der Getriebeprüfvorrichtung vom dynamischen Absorptionstyp (Starlight Co., Ltd.), die in 2 gezeigt ist, gemessen.
Tabelle 12. Prüfbedingungen
Art des Harzes

POM Getriebeermüdungsprüfungsbedingungen Kombination der gleichen Art von Getrieben, 200 Upm, 2,5 NM, RT
Verschleißprüfungsbedingungen Kombination der gleichen Art von Getrieben, 200 Upm, 2,0 Nm, RT bei 1,0 × 10⁶
PPS Getriebeermüdungsprüfungsbedingungen Kombination mit S45C-Getriebe, 200 Upm, 1,5 NM, RT
Verschleißprüfungsbedingungen Kombination mit S45C-Getriebe, 200 Upm, 1,0 Nm, RT bei 1,0 × 10⁶
PA66 Getriebeermüdungsprüfungsbedingungen Kombination mit S45C-Getriebe, 200 Upm, 2,5 NM, RT
Verschleißprüfungsbedingungen Kombination mit S45C-Getriebe, 200 Upm, 2,0 Nm, RT bei 1,0 × 10⁶

(4) Formschrumpfung der Verschiebung über eine gegebene Anzahl von Zähnen
Es wurde die Querschnittsgetriebedicke gemessen und der Formschrumpfungsfaktor in Übereinstimmung mit JIS B1752 berechnet.
(5) Formschrumpfung des äußeren Getriebedurchmessers
Die Formschrumpfung des äußeren Getriebedurchmessers wurde mit dem Verfahren gemessen, das in „Molding Plastic Gear Handbook" (Seimitsu Kogakkai, Molding Plastic Gear Research Special Committee, Herausgeber) beschrieben ist.
(5) Getriebegenauigkeit
Die Getriebegenauigkeit wurde in Übereinstimmung mit JIS B1702 gemessen.
(6) Temperatur nahe dem Getriebeganghöhenpunkt
Thermoelement (15) wurde nahe dem Ganghöhenpunkt eines Getriebes platziert, wie in 3 gezeigt, und die Temperatur nahe dem Ganghöhenpunkt von Getriebe (9) auf der Antriebsseite wurde während der Prüfung mit dem in 2 gezeigten Temperaturaufzeichnungsgerät (1) während der Getriebeermüdungsfestigkeits- und Verschleißprüfungen mit der vorstehend genannten Getriebeprüfvorrichtung vom dynamischen Absorptionstyp gemessen.
(7) Reibungskoeffizient und Verschleiß von Lagern
Der Reibungskoeffizient und der Verschleiß wurden unter den nachstehend aufgeführten Prüfbedingungen unter Verwendung einer radialen Achsschenkelprüfvorrichtung gemessen:
Prüfbedingungen: 0,3 MPa, 5 m/min, RT, Begleitwelle: S45C.
(8) Kreisförmigkeit und Zylinderförmigkeit von Lagern
Kreisförmigkeit und Zylinderförmigkeit von Lagern wurde unter Verwendung des Ronkomu 50A Circularity and Cylindrical Shape Measuring Device (Tokyo Seimitsu) gemessen.
(9) Abmessungen von Tintenpatronenhaltern
Die Abmessungen zwischen a-b und zwischen c-d der in 5 und 6 gezeigten geformten Teile wurden mit einer dreidimensionalen Messvorrichtung gemessen. Die Dimensionstoleranz zwischen a-b betrug 35,4 ± 0,05 mm und die Dimensionstoleranz zwischen c-d betrug 66,8 ± 0,05 mm.
(10) Kreisförmigkeit des Ø8-Bereichs
Die Kreisförmigkeit einer Öffnungsweite von Ø8 in dem geformten Teil, das in den 5 und 6 gezeigt ist, wurde unter Verwendung des Ronkomu 50A Circularity and Cylindrical Shape Measuring Device (Tokyo Seimitsu) gemessen.
(11) Biegemodul
Das Biegemodul wurde mit dem Autograph AGS-100B (Shimadzu Seisakujo) gemessen.
Beispiel 24
Kügelchen zum Spritzgießen wurden aus einem Kunststoffverbundstoff erhalten, der nach dem Zugeben der Arten und Mengen von Zusatzstoffen zu jedem Harz in den Verhältnissen, die in Tabelle 13 aufgeführt sind, unter Verwendung einer zweiachsigen Knet- und Extrudiervorrichtung gleichförmig dispergiert wurde. Aus diesen Kügelchen zum Formen wurden Getriebe geformt, und die geformten Teile wurden bewertet.
Vergleichsbeispiele 11 bis 13
Aus verschiedenen kommerziellen Harzkügelchen wurden Getriebe geformt, und die geformten Teile wurden bewertet.
Die Bewertungsergebnisse der geformten Teile im vorstehend genannten Beispiel 24 und den Vergleichsbeispielen 11 bis 13 sind in Tabelle 13 aufgeführt.
Tabelle 13 (3/3)
Wie aus Tabelle 13 ersichtlich ist, haben Kunststoffverbundgetriebe verbunden mit der vorliegenden Erfindung, wobei entweder ein kristalliner Kern zum Kunststoffverbundstoff gegeben wurde oder das Formen durchgeführt wurde, während Vibrationsenergie angewendet wurde oder weiter Zugabe eines kristallinen Kerns zum Kunststoffverbundstoff und Anwendung von Vibrationsenergie während des Formens begleitend verwendet wurden, gleichförmige Kristallmorphologie, Sphärolithengröße und Grad der Kristallisation einschließend, an der Oberfläche und im Inneren des geformten Teils, und als Ergebnis werden die Getriebeeigenschaften der Getriebeermüdungsfestigkeit und des Verschleißes und der Getriebegenauigkeit verbessert. Außerdem wird, wie aus 4 deutlich wird, die Temperatur nahe dem Ganghöhenpunkt durch Zugabe des kristallinen Kerns daran gehindert, zu steigen.
Beispiele 25 bis 31 und Vergleichsbeispiele 14 bis 16
Es wurden Kügelchen zum Spritzgießen aus einem Kunststoffverbundstoff erhalten, der nach dem Zugeben der Arten und Mengen von Zusatzstoffen zu jedem Harz in den Verhältnissen, die in Tabelle 13 aufgeführt sind, unter Verwendung einer zweiachsigen Knet- und Extrudiervorrichtung gleichförmig dispergiert wurde. Aus diesen Kügelchen zum Formen wurden durch Vibrationsformen Getriebe geformt, und die geformten Teile wurden bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 14 aufgeführt.
Tabelle 14 (1/3)
Tabelle 14 (2/3)
Tabelle 14 (3/3)
Wie aus Tabelle 14 deutlich wird, haben Kunststoffverbundgetriebe verbunden mit der vorliegenden Erfindung, die durch Zugeben von Polytetrafluorethylen und Formen, während Vibrationsenergie angewendet wird, erhalten werden, eine Kristallmorphologie, Sphärolithengröße und Grad der Kristallisation einschließend, die an der Oberfläche und im Inneren des geformten Teils gleichförmig ist, und als Ergebnis werden die Getriebeeigenschaften der Getriebeermüdungsfestigkeit und des Verschleißes und der Getriebegenauigkeit verbessert. Außerdem gibt es, wenn zu viel Polytetrafluorethylen zugegeben wird, wie in den Vergleichsbeispielen 14 bis 16, eine Reduktion der Getriebeeigenschaften der Getriebeermüdungsfestigkeit und des Verschleißes, sogar obwohl die Kristallmorphologie der Sphärolithengröße und des Grades der Kristallisation an der Oberflächenschicht und im Inneren des geformten Teils gleichförmig ist.
Beispiel 39
Es wurden Kügelchen zum Spritzgießen aus einem Kunststoffverbundstoff erhalten, der nach dem Zugeben der Arten und Mengen von Zusatzstoffen zu jedem Harz in den Verhältnissen, die in Tabelle 15 aufgeführt sind, unter Verwendung einer zweiachsigen Knet- und Extrudiervorrichtung gleichförmig dispergiert wurde. Aus diesen Kügelchen zum Formen wurden durch Vibrationsformen Getriebe geformt, und die geformten Teile wurden bewertet.
Vergleichsbeispiele 17 bis 19
Aus verschiedenen kommerziellen Harzkügelchen wurden Lager geformt und bewertet.
Die Ergebnisse der Bewertung der vorstehend genannten Beispiele 31 bis 39 und der Vergleichsbeispiele 17 bis 19 sind in Tabelle 15 aufgeführt.
Tabelle 15
Wie aus Tabelle 15 deutlich wird, haben Kunststoffverbundlager verbunden mit der vorliegenden Erfindung, wobei entweder ein kristalliner Kern zum Kunststoffverbundstoff gegeben wurde oder das Formen durchgeführt wurde, während Vibrationsenergie angewendet wurde oder weiter Zugeben eines kristallinen Kerns zum Kunststoffverbundstoff und Anwendung von Vibrationsenergie während des Formens begleitend verwendet wurden, gleichförmige Kristallmorphologie der Sphärolithengröße und des Grades der Kristallisation an der Oberfläche und im Inneren des geformten Teils, und als Ergebnis werden die Lagereigenschaften des Reibungskoeffizienten und der Verschleißeigenschaften und die Gestaltgenauigkeit in Form von Kreisförmigkeit und Zylinderförmigkeit verbessert.
Beispiele 40 bis 52 und Vergleichsbeispiele 20 bis 22
Es wurden Kügelchen zum Spritzgießen aus einem Kunststoffverbundstoff erhalten, der nach dem Zugeben von Polytetrafluorethylen zu verschiedenen Harzen in den Verhältnissen in Tabelle 16 unter Verwendung einer zweiachsigen Knet- und Extrudiervorrichtung gleichförmig dispergiert wurde. Aus diesen Kügelchen zum Formen wurden durch Vibrationsformen Lager geformt, und die geformten Teile wurden bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 16 aufgeführt.
Tabelle 16 (1/3)
Tabelle 16 (2/3)
Tabelle 16 (3/3)
Wie aus Tabelle 16 deutlich wird, ist durch Zugeben von Polytetrafluorethylen und Formen, während Vibrationsenergie angewendet wird, die Kristallmorphologie der Sphärolithengröße und des Grades der Kristallisation gleichförmig an der Oberfläche und im Inneren des geformten Teils, und als Ergebnis werden die Lagereigenschaften des Reibungskoeffizienten und des Verschleißes und der Gestaltgenauigkeit oder die Zylinderförmigkeit und Kreisförmigkeit verbessert. Außerdem gibt es, wenn zu viel Polytetraethylen zugegeben wird, wie in den Vergleichsbeispielen 20 bis 22, eine Reduktion in den Verschleißeigenschaften, sogar obwohl die Kristallmorphologie der Sphärolithengröße und des Grades der Kristallisation an der Oberflächenschicht und im Inneren des geformten Teils gleichförmig ist, und der Reibungskoeffizient und die Gestaltgenauigkeit verbessert werden.
Beispiel 53
Es wurden Kügelchen zum Spritzgießen aus einem Kunststoffverbundstoff erhalten, der nach dem Zugeben der Arten und Mengen von Zusatzstoffen zu jeder Art von Harz in den in Tabelle 17 und Tabelle 18 aufgeführten Verhältnissen unter Verwendung einer zweiachsigen Knet- und Extrudiervorrichtung gleichförmig dispergiert wurde. Aus diesen Kügelchen zum Formen wurden Druckertintenpatronenhalter mit der in 5 und 6 gezeigten Gestalt geformt und bewertet. Weiterhin wurde das Biegemodul unter Verwendung eines Teststücks (13 mm × 8 mm × 120 mm), das mit einer Biegungsteststückform geformt wurde, bewertet.
Vergleichsbeispiele 23 bis 26
Druckertintenpatronenhalter mit der Gestalt in den 5 und 6 wurden aus jeder Art von kommerziellen Harzkügelchen geformt und bewertet. Das Biegemodul wurde unter Verwendung eines Teststücks (13 mm × 8 mm × 120 mm), das aus einem Biegungsteststück geformt worden war, bewertet.

Die Ergebnisse der Bewertung des vorstehend genannten Beispiels 53 und der Vergleichsbeispiele 23 bis 26 sind in Tabelle 17 und Tabelle 18 aufgeführt. Tabelle 17

	Beispiel 53
Art des Harzes	POM
Art des Zusatzstoffs	SiC
zugegebene Menge (%)	0,1
Formverfahren	Vibrationsformen
Frequenz (Hz)	10
Sphärolithengröße (μm)
Oberflächenschicht	1 bis 8
Inneres	1 bis 8
Grad der Kristallisation (%)
Oberflächenschicht	53
Inneres	53
a-b-Abmessung (mm)	35,42
c-d-Abmessung (mm)	66,77
Kreisförmigkeit des Ø8-Bereichs	0,04
Biegemodul (GPa)	2,7

Tabelle 18
Wie aus den Tabellen 17 und 18 deutlich wird, haben die geformten Kunststoffverbundformteile verbunden mit der vorliegenden Erfindung, wobei ein kristalliner Kern zugegeben wird, Vibrationsenergie angewendet wird, oder ein kristalliner Kern zugegeben wird und das Formen durchgeführt wird, während Vibrationsenergie angewendet wird, gleichförmige Sphärolithengröße und Grad der Kristallisation an der Oberflächenschicht und im Inneren des geformten Teils, und deshalb ist die Dimensionsgenauigkeit auf innerhalb der Dimensionstoleranz verbessert. Im Gegensatz zu diesem, gibt es am Beispiel von Vergleichsbeispiel 23, das wie üblich nach Zugabe von Glasfasern ohne Zugabe eines kristallinen Kerns geformt wurde, Schwankungen in der Sphärolithengröße und dem Grad der Kristallisation an der Oberfläche und im Inneren des geformten Teils und die Dimensionsgenauigkeit des geformten Teils ist schlecht und außerhalb der Dimensionstoleranz. Außerdem werden im Fall von Produkten mit strenger Dimensionsgenauigkeit im allgemeinen amorphe Polymere mit einem niedrigen Formschrumpffaktor verwendet. Allerdings ist das Biegemodul in Vergleichsbeispiel 24, das unter Verwendung des amorphen Polymers Polycarbonat geformt wurde, niedrig. Kurz gesagt ist ein Nachteil von amorphen Polymeren, dass sie ein niedrigeres Biegemodul haben als kristalline Polymere. Folglich besteht die Möglichkeit, dass sich ein Teil des Produkts unter äußerem Druck verformt bei Produkten, die dünn sind und die aus amorphen Polymeren mit einem niedrigen Biegemodul hergestellt sind, und es ist nötig, das Biegemodul zu verbessern. Allerdings wurde Vergleichsbeispiel 25 nach Zugabe von Glasfasern zu Polycarbonat geformt, was das Biegemodul erhöhen sollte, aber die Dimensionsgenauigkeit des geformten Produkts war schlecht und die Gestaltkontrolle war sehr schwierig.
Wie vorstehend beschrieben können mit Hilfe der vorliegenden Erfindung Kunststoffverbundgetriebe mit ausgezeichneten Getriebeeigenschaften, wie Reibungs- und Verschleißeigenschaften, Getriebeermüdungsfestigkeit etc. und Getriebegenauigkeit, Kunststoffverbundlager mit ausgezeichneten Lagereigenschaften, wie Reibungs- und Verschleißeigenschaften etc. und Gestaltgenauigkeit, sowie andere Kunststoffverbundformteile mit ausgezeichneter mechanischer Festigkeit und Dimensionsgenauigkeit bei geringen Kosten hergestellt werden, und Kunststoffverbundformteile mit ausgezeichneter Wiederverwertbarkeit können vorgestellt werden, ohne Zugabe großer Mengen von verschiedenen festen Gleitmitteln und Glasfasern etc. wie in der Vergangenheit, durch Kontrolle der Kristallmorphologie eines kristallinen Polymers.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Kunststoffverbundformteilen, wobei die Teile durch Spritzgießen oder Spritzpressen eines kristallinen Polymers geformt werden, dadurch gekennzeichnet, dass: ein Reibungskoeffizient und eine spezifische Verschleißrate der geformten Teile durch Einstellen der Sphärolithengröße des Polymers in den geformten Teilen auf 20 μm oder weniger, Einstellen einer Sphärolithengröße des Polymers in den geformten Teilen, so dass sie beinahe gleichförmig durch die gesamten geformten Teile ist, und Einstellen eines Grads der Kristallisation des Polymers in den geformten Teilen, so dass er beinahe gleichförmig durch die gesamten geformten Teile ist, reduziert wird; wobei die Sphärolithengröße und der Grad der Kristallisation durch eines der nachstehenden Verfahren kontrolliert wird: (a) Zugeben eines kristallinen Kerns von 0,01 bis 10 Gew.-% zu dem kristallinen Polymer und Formen unter Anwenden von 10 bis 5000 Hz Vibrationsenergie mit der Größe der Vibrationen von ±0,01 nun bis ±1 mm, (b) Hitzebehandeln der geformten Teile nach dem Formen, wobei die Teile in einem natürlichen Mineral bei einer Temperatur vergraben sind, die der Glasübergangstemperatur des kristallinen Polymers oder höher und dem Schmelzpunkt oder niedriger entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das kristalline Polymer Polyacetal ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Sphärolithengröße des Polymers in dem geformten Teil 20 μm oder weniger beträgt, und der Grad an Kristallisation 20% oder größer ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das geformte Teil ein Lager ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Sphärolithengröße in dem geformten Teil 15 μm oder kleiner beträgt, und der Grad an Kristallisation 50% oder größer ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das geformte Teil ein Getriebe ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das kristalline Polymer Polyamid ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Sphärolithengröße des Polymers in dem geformten Teil im Submikronbereich liegt und der Grad der Kristallisation 20% oder mehr ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das geformte Teil ein Getriebe ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei des geformte Teil ein Lager ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das kristalline Polymer Polyphenylensulfid ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Sphärolithengröße des Polymers in dem geformten Teil im Submikronbereich liegt und der Grad der Kristallisation 30% oder höher ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Grad der Kristallisation in dem geformten Teil 50% oder höher ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das geformte Teil ein Getriebe ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das geformte Teil ein Lager ist.