一種汽車發動機冷卻風扇葉片的製備方法

2023-04-28 19:01:11

專利名稱：一種汽車發動機冷卻風扇葉片的製備方法
技術領域：
本發明屬於汽車發動機部件技術領域，具體涉及ー種汽車發動機冷卻風扇葉片的製備方法。
背景技術：
客車柴油發動機冷卻風扇的工作條件較為惡劣，一般需要在-40-100°C、幹寒、溼熱和風流環境，高速運轉下長期工作，對風扇葉材質的要求較為苛刻，不僅需具有高強度、高剛性，還應具有優異的高低溫衝擊韌性、耐熱性和耐熱氧老化性，以防止風扇變形、龜裂。早期的風扇葉多使用金屬材料，由於鋼質風扇葉易腐蝕、鏽蝕後強度低，且不易於加工，現趨向於使用高分子材料和複合材料，其重量輕、易於加工製造，且成本相對較低。目前多用工程塑料尼龍材料或改性聚丙烯材料，但尼龍風扇葉原料成本較高，材料力學強度不夠，其加工收縮變形量大、乾燥或低溫時易脆裂。因此不宜在寒冷地區、極乾旱地區使用，改性聚 丙烯材料一般採用玻纖增強改性聚丙烯，玻纖增強聚丙烯是生產技術較為成熟的一種聚丙烯改性材料。它除具有聚丙烯原有的耐化學腐蝕、電絕緣性等優良性能外，其強度、硬度和剛性、耐候性大大提高，但低溫脆性和耐熱氧老化性能仍未解決，限制了其使用，國內綜合性能優良的汽車塑料風扇專用料的技術尚未完全過關，極待解決。

發明內容
針對現有技術中存在的上述問題，本發明的目的在於提供一種汽車發動機冷卻風扇葉片的製備方法。所述的ー種汽車發動機冷卻風扇葉片的製備方法，其特徵在於包括如下步驟
1)所述的原料包括如下重量份數的組份聚丙烯70-90份，こ烯-辛烯共聚弾性體POE5-15份，超細Si02 O. 1-0. 5份，有機矽偶聯劑O. 2-0. 6份，無鹼短玻璃纖維15-30份，β成核劑O. 5-1. 3份，抗氧劑CA O. 1-0. 5份，硫代ニ丙酸二月桂酷O. 1-0. 5份，紫外線吸收劑
O.5-1. O 份；
2)將重量份數為7-11份聚丙烯、O.1-0. 5份超細Si02、0. 5-1. 3份β成核劑、O. 1-0. 5份抗氧劑CA、0. 1-0. 5份硫代ニ丙酸二月桂酯及O. 5-1. O份紫外線吸收劑加於高速混合機中攪拌混合7-15分鐘，混合均勻後加於雙螺杆擠出機，進行分段式控溫擠出、冷卻、切粒，製得改性聚丙烯PP母料；
3)將步驟2)得到的改性聚丙烯PP母料、5-15份こ烯-辛烯共聚弾性體Ρ0Ε、餘量的聚丙烯、O. 2-0. 6份有機矽偶聯劑及15-30份無鹼璃纖維混合加入雙螺杆擠出機，進行分段式控溫擠出、冷卻、經切粒機切粒，得到專用增強PP改性粒料；
4)將步驟3)得到的專用增強PP改性粒料在烘箱中乾燥至溼度小於O.04%,再依次經熔融注塑、冷卻定型，脫模、檢驗，得到冷卻風扇扇葉片。所述的ー種汽車發動機冷卻風扇葉片的製備方法，其特徵在於包括如下重量份數的組份聚丙烯75-85份，こ烯-辛烯共聚弾性體POE 8-12份，超細Si02 O. 2-0. 4份，有機矽偶聯劑0. 3-0. 5份，無鹼短玻璃纖維20-25份，^成核劑0. 8-1. I份，抗氧劑CA 0. 2-0. 4份，硫代ニ丙酸二月桂酷0. 1-0. 3份，紫外線吸收劑0. 6-0. 8份。所述的ー種汽車發動機冷卻風扇葉片的製備方法，其特徵在於包括如下重量份數的組份聚丙烯80份，こ烯-辛烯共聚弾性體POE 10份，超細Si02 0. 3份，有機矽偶聯劑0.4份，無鹼短玻璃纖維23份，P成核劑0.9份，抗氧劑CA 0.3份，硫代ニ丙酸二月桂酷0.2份，紫外線吸收劑0.7份。所述的ー種汽車發動機冷卻風扇葉片的製備方法，其特徵在於所述的紫外線吸收劑為UV-531，即2-羥基-4-正辛氧基ニ苯甲酮。所述的ー種汽車發動機冷卻風扇葉片的製備方法，其特徵在於超細Si02的粒度大小為 38nm_42nm。所述的ー種汽車發動機冷卻風扇葉片的製備方法，其特徵在於步驟2)中的分段式 控溫分6段控溫，溫度分別為區段一溫度為165-167°C，區段ニ溫度為157-159°C，區段三溫度為153-156°C，區段四溫度為154-157°C，區段五合流區溫度為147-151 °C，區段六機頭溫度為 145-148 0C o所述的ー種汽車發動機冷卻風扇葉片的製備方法，其特徵在於步驟3)中的分段式控溫為分5段控溫，溫度分別為加熱段#1段174-178°C，加熱段#2段173-176°C，加熱段#3 段 175-179。。，加熱段 #4 段 174-179 0C，加料段 #5 段 165-169 で。本發明的0成核劑通過晶型控制技術對聚丙烯改性結晶形態，對聚丙烯結晶形態改性，聚丙烯是ー種典型的半晶聚合物，隨結晶條件不同，分子鏈的排列或堆砌方式不同，a、P、Y等晶型。與a晶型PP相比，^晶型PP的室溫和低溫抗衝擊性能好，熱變形溫度高，在高速拉伸下表現出高韌性和延展性，但P晶型屬於在熱力學上準穩定，動力學上不易於生成的ー種晶型，只有在特殊條件下可得到P晶型。添加P晶成核劑是製備高^晶含量PP的有效方法，芳醯胺類化合物可作為P晶成核劑製備高P晶含量的PP，提高了 PP樹脂的低溫韌性和耐熱性。本發明以有機矽偶聯劑改性處理無鹼短玻纖，得到的改性無鹼短玻纖為增強材料，用こ烯-辛烯共聚弾性體P0E、超細Si02進行複合增韌，本發明的弾性體POE有優異的韌性和良好的加工性，分子量分布窄，沒有不飽和雙鍵，耐候性優於含不飽和雙鍵的SBS、NBR等其他弾性體。由於こ烯-辛烯共聚弾性體POE具有較小的內聚能，較高的剪切敏感性，加工時與聚丙烯的相容性好，其表觀切變粘度對溫度的依賴性與聚丙烯接近，用它增韌聚丙烯容易得到更小的分散相粒徑和更窄的粒徑分布，因而對聚丙烯的增韌效果明顯。本發明步驟3)中的擠出エ藝採取母料法ニ段共混擠出エ藝復配加工，先採用反應增容共混法製備聚丙烯增韌母粒，再將得到的聚丙烯增韌母粒混合こ烯-辛烯共聚弾性體P0E、餘量聚丙烯、經有機矽偶聯劑處理的無鹼璃纖維，通過雙螺杆擠出機進行二次造粒，得到專用增強聚丙烯改性粒料。通過採用上述技術，與現有技術相比，本發明的有益效果如下
I)本發明的汽車發動機冷卻風扇葉片的材料採用聚丙烯為基體樹脂、P成核劑、有機矽偶聯劑改性的無鹼玻離纖維、こ烯-辛烯共聚弾性體P0E、超細SO2、並添加複合抗氧劑和紫外線吸收劑等助劑，採用晶型控制技術、弾性體和固相粒子複合增韌技術、偶聯劑改性玻纖增強技術、複合抗光氧化技術協同對聚丙烯基體樹脂進行母粒法ニ段共混改性而成，增強了風扇的綜合機械性能、抗氧化、抗老化性能，顯著提高了環境適應性；
2)本發明通過晶型控制技術，即用β成核劑對聚丙烯結晶形態改性，提高聚丙烯的衝擊強度，簡支梁衝擊強度從空白試樣的8. 4 KJ/m2上升到20. 6KJ/m2，提高了兩倍多，懸臂梁衝擊強度從空白試樣的24J/m上升到91. 3J/m，提高了 4倍左右；
3)本發明通過こ烯-辛烯共聚弾性體POE和納米級超細SiO2對聚丙烯進行複合增韌，由於こ烯-辛烯共聚弾性體POE有優異的韌性和良好的加工性，分子量分布窄，沒有不飽和雙鍵，耐候性優於含不飽和雙鍵的SBS、NBR等其他弾性體，具有較小的內聚能，較高的剪切敏感性，加工時與聚丙烯的相容性好，其表觀切變粘度對溫度的依賴性與聚丙烯接近，用它增韌聚丙烯容易得到更小的分散相粒徑和更窄的粒徑分布，對聚丙烯的增韌效果明顯，具有較好的加工流變性能，衝擊強度相比純PP提高約2. 8倍，而橫向拉伸強度下降25%左右，縱向拉伸強度增加30%左右；
4)本發明通過共混方法將SiO2剛性粒子填充到PP基體中，當受外力衝擊時，由於粒子的存在產生了應カ集中效應，引發周圍PP樹脂產生微裂紋，同時，粒子間的基體也產生了塑性變形，吸收衝擊能，從而達到增韌效果，使聚合物的增強、增韌和耐熱性能同時得到改茲.
5)本發明以有機矽偶聯劑改性無鹼玻纖為增強材料，由於玻璃纖維與聚丙烯的親和性較差，當聚丙烯發生斷裂時不能很好地將承受的應カ傳遞到玻纖上，用矽烷偶聯劑對玻纖表面進行處理，可以提高玻纖與聚丙烯樹脂的界面粘合力，矽烷偶聯劑與聚丙烯和玻纖都有一定程度的親和性，即其分子的一端(親水基)為可水解基團，水解後的矽羥基可與玻纖表面的娃輕基發生縮合反應，與玻纖表面形成化學鍵，實現良好的界面結合；而另一端(親油基)與PP形成物理結合，從而使兩者界面的粘接力增強，，提高了玻纖增強PP的力學性能。
6)本發明通過用聚丙烯為基本樹脂，以β成核劑對聚丙烯進行結晶控制，用有機矽偶聯劑改性的無鹼短玻璃纖維為增強材料，用弾性體POE和Si02進行複合增韌，並添加複合抗氧劑和紫外線吸收劑等助劑，採用兩次擠出造粒エ藝溶融混雜共混復配而成，防止風扇老化、龜裂，大幅度提高了衝擊韌性和應カ開裂性，並使在長時間持續應力作用下的葉片的耐應カ龜裂性能大大提高，耐熱性可由80°C提高到145-150°C，井能承受高溫750-1000小時後不老化，不龜裂。與傳統高分子材料相比，增強了風扇的綜合機械性能、耐熱性和抗老化性能，顯著提高了環境適應性。通過本發明製得的風扇具有製造成本低、噪聲低、功耗低、風扇葉片不易變形斷裂等特點。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明作進ー步描述
一種汽車發動機冷卻風扇葉片的製備方法，包括如下步驟
I)所述的原料包括如下重量份數的組份聚丙烯70-90份，こ烯-辛烯共聚弾性體POE5-15份，超細Si02 O. 1-0. 5份，有機矽偶聯劑O. 2-0. 6份，無鹼短玻璃纖維15-30份，β成核劑O. 5-1. 3份，抗氧劑CA O. 1-0. 5份，硫代ニ丙酸二月桂酷O. 1-0. 5份，紫外線吸收劑O. 5-1. O份；優選重量份數及組份為聚丙烯75-85份，こ烯-辛烯共聚弾性體POE 8-12份，超細Si02 O. 2-0. 4份，有機矽偶聯劑O. 3-0. 5份，無鹼短玻璃纖維20-25份，β成核劑O. 8-1. I份，抗氧劑CA O. 2-0. 4份，硫代ニ丙酸二月桂酷O. 1-0. 3份，紫外線吸收劑
O.6-0. 8份，最優為聚丙烯80份，こ烯-辛烯共聚弾性體POE 10份，超細Si02 O. 3份，有機矽偶聯劑O. 4份，無鹼短玻璃纖維23份，β成核劑O. 9份，抗氧劑CA O. 3份，硫代ニ丙酸二月桂酷O. 2份，紫外線吸收劑O. 7份；所述的紫外線吸收劑為UV-531，即2-羥基-4-正辛氧基ニ苯甲酮，所述的超細Si02粒度大小為38nm-42nm ；
2)將重量份數為7-11份聚丙烯、O.1-0. 5份超細5102、0.5-1.3份β成核劑、
O.1-0. 5份抗氧劑CA、0. 1-0. 5份硫代ニ丙酸二月桂酯及O. 5-1. O份紫外線吸收劑加於高速混合機中攪拌混合7-15分鐘，混合均勻後加於雙螺杆擠出機，進行分段式控溫擠出、冷卻、切粒，製得改性聚丙烯PP母料；所述的分段式控溫分6段控溫，溫度分別為區段一溫度為165-167°C，區段ニ溫度為157-159°C，區段三溫度為153-156°C，區段四溫度為 154-157°C，區段五合流區溫度為147-151 °C，區段六機頭溫度為145_148°C ；
3)將步驟2)得到的改性聚丙烯PP母料、5-15份こ烯-辛烯共聚弾性體Ρ0Ε、餘量的聚丙烯、O. 2-0. 6份有機矽偶聯劑及15-30份無鹼璃纖維混合加入雙螺杆擠出機，進行分段式控溫擠出、冷卻、經切粒機切粒，得到專用增強PP改性粒料；所述的分段式控溫為分5段控溫，溫度分別為加熱段#1段174-178°C，加熱段#2段173_176°C，加熱段#3段175_179°C，加熱段#4段174-1790C，加料段#5段165_169°C ；
4)將步驟3)得到的專用增強PP改性粒料在烘箱中乾燥至溼度小於O.04%,再依次經熔融注塑、冷卻定型，脫模、檢驗，得到冷卻風扇扇葉片。實施例I :
本發明的汽車發動機冷卻風扇葉片由原材料按重量份數比投料，經過上述製備エ藝微利得到，所述的組份及重量份數如下
聚丙烯70份，こ烯-辛烯共聚弾性體POE 5份，超細Si02 O. I份，有機矽偶聯劑O. 2份，無鹼短玻璃纖維15份，β成核劑O. 5份，抗氧劑CA O. I份，硫代ニ丙酸二月桂酷O. I份，紫外線吸收劑O. 5份。實施例2:
本發明的汽車發動機冷卻風扇葉片由原材料按重量份數比投料，經過上述製備エ藝微利得到，所述的組份及重量份數如下
聚丙烯90份，こ烯-辛烯共聚弾性體Ρ0Ε15份，超細Si02 O. 5份，有機矽偶聯劑O. 6份，無鹼短玻璃纖維30份，β成核劑I. 3份，抗氧劑CA O. 5份，硫代ニ丙酸二月桂酷O. 5份，紫外線吸收劑I. O份。實施例3:
本發明的汽車發動機冷卻風扇葉片由原材料按重量份數比投料，經過上述製備エ藝微利得到，所述的組份及重量份數如下
聚丙烯75份，乙烯-辛烯共聚弾性體Ρ0Ε8份，超細Si02 O. 2份，有機矽偶聯劑O. 3份，無鹼短玻璃纖維20份，β成核劑O. 8份，抗氧劑CA O. 2份，硫代ニ丙酸二月桂酷O. I份，紫外線吸收劑O. 6份。實施例4
本發明的汽車發動機冷卻風扇葉片由原材料按重量份數比投料，經過上述製備エ藝微利得到，所述的組份及重量份數如下聚丙烯85份，こ烯-辛烯共聚弾性體POE 12份，超細Si02 O. 4份，有機矽偶聯劑O. 5份，無鹼短玻璃纖維25份，β成核劑I. I份，抗氧劑CA O. 4份，硫代ニ丙酸二月桂酷O. 3份，紫外線吸收劑O. 8份。實施例4:
本發明的汽車發動機冷卻風扇葉片由原材料按重量份數比投料，經過上述製備エ藝微利得到，所述的組份及重量份數如下 聚丙烯80份，こ烯-辛烯共聚弾性體POE 10份，超細Si02 O. 3份，有機矽偶聯劑O. 4份，無鹼短玻璃纖維23份，β成核劑O. 9份，抗氧劑CA O. 3份，硫代ニ丙酸二月桂酷O. 2份，紫外線吸收劑O. 7份。上述實施例1-5中，所述的紫外線吸收劑為UV-531，即2_羥基_4_正辛氧基ニ苯甲酮。使用本項目新材料製備的汽車發動機冷卻風扇葉片具有優勢如下
1)通過在聚丙烯中加入一定量的こ烯-辛烯共聚弾性體(POE)、超細SiO2進行複合增韌、用β成核劑對聚丙烯改變結晶形態，由於POE具有較小的內聚能，較高的剪切敏感性，加工時與聚烯烴的相容性好，其表觀切變粘度對溫度的依賴性與PP接近，用它增韌PP容易得到更小的分散相粒徑和更窄的粒徑分布，因而對PP的增韌效果明顯。採取結晶控制和複合增韌技術改進了風扇機械強度、韌性，克服了風扇的葉片容易斷裂問題，提高了風扇的使用壽命；
2)通過有機矽偶聯劑將無鹼短玻纖改性為增強材料，並添加抗氧劑和紫外線吸收劑等助劑聯合使用，增加該冷卻風扇的抗氧化、抗老化性；
3)通過母料法ニ段共混擠出エ藝製備專用改性聚丙烯基複合材料，通過製備功能母粒，保證了功能助劑和超細SiO2粒子在PP中的均勻分散，顯著提高了使用效率。提高擠出溫度，PP樹脂的流動性增強，將會增大玻纖平均長度；提高螺杆轉速，熔體在料筒中受到的剪切力増大，玻璃纖維與料筒和螺杆的摩擦力増加，導致大量纖維被螺杆剪斷，纖維的平均長度變小。在注塑製品吋，注射速率對最終製品的性能影響較大。PP熔體在高速流動吋，分子鏈會沿流動方向取向。當分子鏈的取向狀態不能恢復吋，製品就會產生較大的內應カ；除了 PP的分子鏈取向，玻璃纖維也會取向。當玻璃纖維發生取向吋，材料的橫向拉伸強度降低；隨著注射速率的増加，玻璃纖維的取向程度増加，製品的橫向拉伸強度下降，縱向拉伸強度增加。通過エ藝方法和エ藝條件優化，達到風扇性能和生產效率的最佳化。
本發明的風扇葉片性能參數如下拉伸強度> 32MPa，彎曲強度> 30MPa，屈服強度彡22MPa，懸臂梁衝擊強度彡420J/ m_l，熱變形溫度為125 (146 MPa)/で以上，抗老化性(150°C )彡700h，球壓痕硬度彡85MPa，簡支梁無缺ロ衝擊強度彡33KJ/ m_l。
權利要求
1.一種汽車發動機冷卻風扇葉片的製備方法，其特徵在於包括如下步驟 1)所述的原料包括如下重量份數的組份聚丙烯70-90份，こ烯-辛烯共聚弾性體POE5-15份，超細Si02 0. 1-0. 5份，有機矽偶聯劑0. 2-0. 6份，無鹼短玻璃纖維15-30份，^成核劑0. 5-1. 3份，抗氧劑CA 0. 1-0. 5份，硫代ニ丙酸二月桂酷0. 1-0. 5份，紫外線吸收劑0. 5-1. 0 份； 2)將重量份數為7-11份聚丙烯、0.1-0. 5份超細Si02、0. 5-1. 3份P成核劑、0. 1-0. 5份抗氧劑CA、0. 1-0. 5份硫代ニ丙酸二月桂酯及0. 5-1. 0份紫外線吸收劑加於高速混合機中攪拌混合7-15分鐘，混合均勻後加於雙螺杆擠出機，進行分段式控溫擠出、冷卻、切粒，製得改性聚丙烯PP母料； 3)將步驟2)得到的改性聚丙烯PP母料、5-15份こ烯-辛烯共聚弾性體P0E、餘量的聚丙烯、0. 2-0. 6份有機矽偶聯劑及15-30份無鹼璃纖維混合加入雙螺杆擠出機，進行分段式控溫擠出、冷卻、經切粒機切粒，得到專用增強PP改性粒料； 4)將步驟3)得到的專用增強PP改性粒料在烘箱中乾燥至溼度小於0.04%,再依次經熔融注塑、冷卻定型，脫模、檢驗，得到冷卻風扇扇葉片。
2.根據權利要求I所述的ー種汽車發動機冷卻風扇葉片的製備方法，其特徵在於包括如下重量份數的組份聚丙烯75-85份，こ烯-辛烯共聚弾性體POE 8-12份，超細Si020. 2-0. 4份，有機矽偶聯劑0. 3-0. 5份，無鹼短玻璃纖維20-25份，^成核劑0. 8-1. I份，抗氧劑CA 0. 2-0. 4份，硫代ニ丙酸二月桂酷0. 1-0. 3份，紫外線吸收劑0. 6-0. 8份。
3.根據權利要求I所述的ー種汽車發動機冷卻風扇葉片的製備方法，其特徵在於包括如下重量份數的組份聚丙烯80份，こ烯-辛烯共聚弾性體POE 10份，超細Si02 0. 3份，有機矽偶聯劑0. 4份，無鹼短玻璃纖維23份，P成核劑0. 9份，抗氧劑CA 0. 3份，硫代ニ丙酸二月桂酷0. 2份，紫外線吸收劑0. 7份。
4.根據權利要求I所述的ー種汽車發動機冷卻風扇葉片的製備方法，其特徵在於所述的紫外線吸收劑為UV-531。
5.根據權利要求I所述的ー種汽車發動機冷卻風扇葉片的製備方法，其特徵在於超細Si02的粒度大小為38nm-42nm。
6.根據權利要求I所述的ー種汽車發動機冷卻風扇葉片的製備方法，其特徵在於步驟2)中的分段式控溫分6段控溫，溫度分別為區段一溫度為165-167°C，區段ニ溫度為157-159°C，區段三溫度為153-156°C，區段四溫度為154_157°C，區段五合流區溫度為147-151 °C，區段六機頭溫度為145-148°C。
7.根據權利要求I所述的ー種汽車發動機冷卻風扇葉片的製備方法，其特徵在於步驟3)中的分段式控溫為分5段控溫，溫度分別為加料段#5段165-169°C，加熱段#1段174-178 0C，加熱段 #2 段 173-176。。，加熱段 #3 段 175-179。。，加熱段 #4 段 174-179 °C，加熱段#5 段 173-178°C。
全文摘要
一種汽車發動機冷卻風扇葉片的製備方法，屬於汽車發動機部件技術領域。它由聚丙烯、彈性體、超細SiO2、有機矽偶聯劑、無鹼短玻璃纖維、β成核劑、抗氧劑CA、硫代二丙酸二月桂酯及紫外線吸收劑，經二次擠出、冷卻、切粒、熔融注塑、冷卻定型、脫模、檢驗，得到冷卻風扇葉片。本發明由聚丙烯為基本樹脂，以β成核劑對聚丙烯結晶控制，用有機矽偶聯劑改性無鹼短玻璃纖維為增強材料，用彈性體POE和SiO2複合增韌，耐熱性提高到145-150℃，承受高溫750-1000小時後不老化、不龜裂，顯著提高了衝擊韌性和應力開裂性，增強了風扇的機械性能、耐熱性和抗老化、提高了環境適應性，且製造成本、噪聲、功耗低，葉片不易變形斷裂。
文檔編號C08K3/36GK102653615SQ20121016155
公開日2012年9月5日 申請日期2012年5月23日 優先權日2012年5月23日
發明者何永青, 侯志敏, 施明旭, 馬尚多, 黃正 申請人:臨海市四通制管有限公司