一種高分子自潤滑材料及其製備方法、由該高分子自潤滑材料製成的板簧卷耳襯套與流程

2023-07-04 12:58:36 1

本發明涉及複合材料及汽車零部件技術領域，具體涉及一種高分子自潤滑材料及其製備方法、由該高分子自潤滑材料製成的板簧卷耳襯套。

背景技術：

隨著商用車技術的不斷發展，國內對商用車使用標準要求越來越嚴格，客戶對商用車整車運行的平順性和操縱穩定性要求也越來越高。商用車板簧懸架已經不再只是注重車輛的承載性，板簧懸架系統零件也在不斷發展，輕量化、低維護成本、耐鏽蝕是其零部件的發展趨勢。

商用車的板簧卷耳襯套安裝在鋼板彈簧的卷耳中，板簧銷安裝在板簧卷耳襯套中。板簧卷耳襯套的作用是緩衝板簧對板簧銷的衝擊，衰減板簧傳遞給板簧銷的振動，以提高整車行駛的平順性。目前，板簧卷耳襯套主要有雙金屬材料軸套和橡膠軸套兩種為主。

自潤滑襯套技術的發展突破了依靠油脂潤滑的局限性，實現了無油或者少油潤滑，因此成為了摩擦學領域的熱點。自潤滑襯套大致可分為金屬基、高分子基以及金屬高分子複合基三種類型，由於高分子材料具有質量輕、對鋼摩擦係數低、可以保護對偶件、耐腐蝕等優點，因此得到越來越多的應用。

作為汽車零部件，目前鋼板彈簧襯套大致可以分為三類：一種是金屬襯套結構，一般採用粉末冶金襯套或者雙金屬襯套結構，此種襯套結構複雜，維修麻煩，需要經常添加潤滑油，而且成本較高；一種為橡膠襯套，該種襯套採用內襯管和外管硫化橡膠的形式，在工作過程中，橡膠部分承受了內襯管與橡膠件的扭轉變形，影響其使用壽命；另外一種是橡膠塑料複合的襯套，結構為外層為橡膠部分內層為塑料部分，大多數採用聚氨酯或者尼龍材質，這種結構簡單，而且不影響整個懸架系統剛度，但是襯套結構複雜，增加了整車非標準件的使用。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是，克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種力學性能優異、耐磨性能出色、尺寸穩定性優良的高分子自潤滑材料及其製備方法以及由該高分子自潤滑材料製成的質量輕、耐磨損的板簧卷耳襯套。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種高分子自潤滑材料，按重量份計包括以下組分：聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂100份、芳綸纖維5-30份、耐磨劑3-20份、增韌劑5-12份、抗氧劑0.1-2.0份和穩定劑0.1-2.0份。該高分子自潤滑材料以聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂作為基體材料，聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂為工程塑料，其本身具有一定的耐磨性，耐溫性能出色，而且吸水率低，可保證產品的尺寸穩定性。在聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂基體材料中添加芳綸纖維可提高材料的模量和耐磨性。添加耐磨劑可減小材料的摩擦係數、降低磨耗，使材料具有自潤滑特點，進一步提高材料的耐磨性。添加增韌劑可提高材料的力學性能。添加抗氧劑和穩定劑可大大提高材料的抗老化性能。採用上述組分及組成配比，該高分子自潤滑材料力學性能優異、耐磨性能出色、尺寸穩定性優良。

作為對上述技術方案的進一步改進：

優選的，所述高分子自潤滑材料按重量份計包括以下組分：聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂100份、芳綸纖維18-22份、耐磨劑4-6份、增韌劑5-6份、抗氧劑0.25-0.45份、穩定劑0.25-0.45份。採用上述配比組成的高分子自潤滑材料的耐磨性能更加出色、尺寸穩定性也更好。

優選的，所述芳綸纖維為芳綸長纖維、芳綸短纖維和芳綸粉末中的一種或幾種。

優選的，所述耐磨劑為聚四氟乙烯、石墨和二硫化鉬中的一種或幾種。更加優選採用聚四氟乙烯。

優選的，所述增韌劑為ABS樹脂、三元乙丙橡膠和乙烯-辛烯共聚物中的一種或幾種。

作為一個總的技術構思，本發明另一方面提供了一種上述高分子自潤滑材料的製備方法，包括以下步驟：

(1)將聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂置於烘箱中乾燥，然後按重量份取100份乾燥後的聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂以及相應重量份的耐磨劑、增韌劑、抗氧劑和穩定劑置於高速混料機中進行混料；

(2)將步驟(1)混料完成後的物料添加至雙螺杆擠出機中，通過側餵料方式加入相應重量份的芳綸纖維，然後進行熔融共混，最後通過擠出造粒，即得到高分子自潤滑材料。

上述的製備方法，優選的，步驟(1)中，所述乾燥的溫度為100℃-120℃，乾燥的時間為4-8h；所述混料的時間為5-15min。

上述的製備方法，更優選的，步驟(2)中，所述擠出造粒的擠出溫度為200℃-250℃，所述雙螺杆擠出機的螺杆轉速為100-350rpm。

作為一個總的技術構思，本發明另一方面還提供了一種板簧卷耳襯套，該板簧卷耳襯套由上述的高分子自潤滑材料或者由上述的製備方法製備得到的高分子自潤滑材料通過注塑成型得到。由於採用上述的高分子自潤滑材料，該板簧卷耳襯套相比於現有的金屬襯套、橡膠襯套及橡膠塑料複合襯套具有質量輕、免維護、耐磨損的優點，符合目前汽車輕量化、低耗能的要求。

上述的板簧卷耳襯套，優選的，所述注塑成型步驟具體如下：將所述高分子自潤滑材料置於烘箱中於100℃-120℃下乾燥4-8h，然後將高分子自潤滑材料加入注塑機的料筒中進行注塑成型，即得板簧卷耳襯套，注塑成型過程中注塑溫度控制在200℃-260℃，注塑壓力控制在40-120MPa，注塑速度控制在注塑機最大注塑速度的30％-80％。

與現有技術相比，本發明的優點在於：該高分子自潤滑材料採用聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂為基體材料，並在基體材料中添加芳綸纖維、耐磨劑、增韌劑、抗氧劑及穩定劑。聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂本身具有一定的耐磨性，耐溫性能出色，而且吸水率低。芳綸纖維可提高材料的模量和耐磨性，耐磨劑可減小材料的摩擦係數、降低磨耗，使材料具有自潤滑性，並且進一步提高材料的耐磨性。該高分子自潤滑材料力學性能優異、耐磨性能出色、尺寸穩定性優良。採用該高分子自潤滑材料製成的板簧卷耳襯套質量輕、耐磨損性能好，符合汽車輕量化、低耗能的要求。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明板簧卷耳襯套的結構示意圖。

具體實施方式

為了便於理解本發明，下文將結合說明書附圖和較佳的實施例對本發明作更全面、細緻地描述，但本發明的保護範圍並不限於以下具體的實施例。

除非另有定義，下文中所使用的所有專業術語與本領域技術人員通常理解的含義相同。本文中所使用的專業術語只是為了描述具體實施例的目的，並不是旨在限制本發明的保護範圍。

除非另有特別說明，本發明中用到的各種原材料、試劑、儀器和設備等均可通過市場購買得到或者可通過現有方法製備得到。

實施例1：

本發明高分子自潤滑材料及其製備方法、由該高分子自潤滑材料製成的板簧卷耳襯套的一種實施例，該高分子自潤滑材料按重量份計包括以下組分：100份聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂、5份芳綸長纖維、3份聚四氟乙烯(PTFE，耐磨劑)、5份三元乙丙橡膠(EPDM，增韌劑)、0.1份抗氧劑和0.1份穩定劑。

該高分子自潤滑材料由以下方法製備得到：

(1)將聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂置於烘箱中於120℃下乾燥4h，然後取100kg乾燥後的聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂、3kg聚四氟乙烯、5kg三元乙丙橡膠、0.1kg抗氧劑和0.1kg穩定劑置於高速混料機中進行混料15min；

(2)將步驟(1)混料完成後的物料添加至雙螺杆擠出機中，通過側餵料方式加入5kg芳綸長纖維，然後進行熔融共混，最後通過擠出造粒，即得到高分子自潤滑材料，其中擠出溫度為250℃，雙螺杆擠出機的螺杆轉速為350rpm。

對該高分子自潤滑材料的拉伸強度、密度、摩擦係數、磨耗及吸水率進行測試。其中，拉伸強度的測試方法採用測試標準GB/T1040進行，摩擦係數及磨耗採用ASTM G99-05方法測試，吸水率(體現材料的尺寸穩定性)採用測試標準GB/T1034進行。具體測試結果見表1。

以該高分子自潤滑材料為原料，通過注塑成型製備得到板簧卷耳襯套。注塑成型的具體步驟為：將高分子自潤滑材料置於烘箱中於120℃下乾燥4h，然後將高分子自潤滑材料加入注塑機的料筒中進行注塑成型，注塑成型過程中注塑溫度為260℃，注塑壓力為40MPa，注塑速度為注塑機最大注塑速度的30％。該板簧卷耳襯套的結構如圖1所示。

實施例2：

本發明高分子自潤滑材料及其製備方法、由該高分子自潤滑材料製成的板簧卷耳襯套的一種實施例，該高分子自潤滑材料按重量份計包括以下組分：100份聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂、30份芳綸短纖維、10份聚四氟乙烯、10份石墨、12份ABS樹脂、2.0份抗氧劑和2.0份穩定劑。

該高分子自潤滑材料由以下方法製備得到：

(1)將聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂置於烘箱中於110℃下乾燥6h，然後取100kg乾燥後的聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂、10kg聚四氟乙烯、10kg石墨、12kgABS樹脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、2.0kg抗氧劑和2.0kg穩定劑置於高速混料機中進行混料10min；

(2)將步驟(1)混料完成後的物料添加至雙螺杆擠出機中，通過側餵料方式加入30kg芳綸短纖維，然後進行熔融共混，最後通過擠出造粒，即得到高分子自潤滑材料，其中擠出溫度為220℃，雙螺杆擠出機的螺杆轉速為250rpm。

對該高分子自潤滑材料的拉伸強度、密度、摩擦係數、磨耗及吸水率進行測試。其中，拉伸強度的測試方法採用測試標準GB/T1040進行，摩擦係數及磨耗採用ASTM G99-05方法測試，吸水率採用測試標準GB/T1034進行。具體測試結果見表1。

以該高分子自潤滑材料為原料，通過注塑成型製備得到板簧卷耳襯套。注塑成型的具體步驟為：將高分子自潤滑材料置於烘箱中於110℃下乾燥6h，然後將高分子自潤滑材料加入注塑機的料筒中進行注塑成型，注塑成型過程中注塑溫度為230℃，注塑壓力為80MPa，注塑速度為注塑機最大注塑速度的60％。該板簧卷耳襯套的結構如圖1所示。

實施例3：

本發明高分子自潤滑材料及其製備方法、由該高分子自潤滑材料製成的板簧卷耳襯套的一種實施例，該高分子自潤滑材料按重量份計包括以下組分：100份聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂、20份芳綸粉末、10份聚四氟乙烯、5份二硫化鉬、8份三元乙丙橡膠、1份抗氧劑和1份穩定劑。

該高分子自潤滑材料由以下方法製備得到：

(1)將聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂置於烘箱中於110℃下乾燥6h，然後取100kg乾燥後的聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂、10kg聚四氟乙烯、5kg二硫化鉬、8kg三元乙丙橡膠、1kg抗氧劑和1kg穩定劑置於高速混料機中進行混料10min；

(2)將步驟(1)混料完成後的物料添加至雙螺杆擠出機中，通過側餵料方式加入20kg芳綸粉末，然後進行熔融共混，最後通過擠出造粒，即得到高分子自潤滑材料，其中擠出溫度為230℃，雙螺杆擠出機的螺杆轉速為200rpm。

對該高分子自潤滑材料的拉伸強度、密度、摩擦係數、磨耗及吸水率進行測試。其中，拉伸強度的測試方法採用測試標準GB/T1040進行，摩擦係數及磨耗採用ASTM G99-05方法測試，吸水率採用測試標準GB/T1034進行。具體測試結果見表1。

以該高分子自潤滑材料為原料，通過注塑成型製備得到板簧卷耳襯套。注塑成型的具體步驟為：將高分子自潤滑材料置於烘箱中於110℃下乾燥6h，然後將高分子自潤滑材料加入注塑機的料筒中進行注塑成型，注塑成型過程中注塑溫度為230℃，注塑壓力為80MPa，注塑速度為注塑機最大注塑速度的70％。該板簧卷耳襯套的結構如圖1所示。

實施例4：

本發明高分子自潤滑材料及其製備方法、由該高分子自潤滑材料製成的板簧卷耳襯套的一種實施例，該高分子自潤滑材料按重量份計包括以下組分：100份聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂、20份芳綸短纖維、5份聚四氟乙烯、5份乙烯-辛烯共聚物(POE，增韌劑)、0.3份抗氧劑和0.4份穩定劑。

該高分子自潤滑材料由以下方法製備得到：

(1)將聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂置於烘箱中於120℃下乾燥8h，然後取100kg乾燥後的聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂、5kg聚四氟乙烯、5kg乙烯-辛烯共聚物、0.3kg抗氧劑和0.4kg穩定劑置於高速混料機中進行混料15min；

(2)將步驟(1)混料完成後的物料添加至雙螺杆擠出機中，通過側餵料方式加入20kg芳綸短纖維，然後進行熔融共混，最後通過擠出造粒，即得到高分子自潤滑材料，其中擠出溫度為220℃，雙螺杆擠出機的螺杆轉速為300rpm。

對該高分子自潤滑材料的拉伸強度、密度、摩擦係數、磨耗及吸水率進行測試。其中，拉伸強度的測試方法採用測試標準GB/T1040進行，摩擦係數及磨耗採用ASTM G99-05方法測試，吸水率採用測試標準GB/T1034進行。具體測試結果見表1。

以該高分子自潤滑材料為原料，通過注塑成型製備得到板簧卷耳襯套。注塑成型的具體步驟為：將高分子自潤滑材料置於烘箱中於120℃下乾燥8h，然後將高分子自潤滑材料加入注塑機的料筒中進行注塑成型，注塑成型過程中注塑溫度為230℃，注塑壓力為80MPa，注塑速度為注塑機最大注塑速度的60％。該板簧卷耳襯套的結構如圖1所示。

表1各實施例的高分子自潤滑材料的性能測試數據

由表1可見，本發明的高分子自潤滑材料具有較高的力學性能；較低的吸水率使得由該高分子自潤滑材料製成的板簧卷耳襯套具有較好的尺寸穩定性；該高分子自潤滑材料的密度僅為金屬的1/5以下，由其製備的板簧卷耳襯套可實現輕量化效果；較低的摩擦係數和磨損可使產品具有自潤滑特性和較長的使用壽命。而實施例4中採用更加優選的配方，高分子自潤滑材料的吸水率更低、兩小時磨損量更小，說明採用優選的配方得到的高分子自潤滑材料具有更加優秀的尺寸穩定性和更好的耐磨性。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。