一種鑄型尼龍EPS蝸輪的製備方法與流程

2023-10-26 14:22:32 2

本發明涉及EPS蝸輪製備方法領域，尤其涉及一種鑄型尼龍EPS蝸輪的製備方法。

背景技術：

EPS蝸輪是電子助力轉向器中主要傳動部件，對塑膠件耐磨性、尺寸穩定性及低溫性能均有很高的要求。EPS蝸輪蝸杆配合時間久了，蝸輪磨損嚴重，電子助力轉向系統容易產生異響，駕駛過程中，車內容易產生噪音，影響駕駛的舒適性。

現有EPS蝸輪主要採用的是鑄型尼龍與PA46兩種材料。PA46材料強度高，但是材料的吸水率高，尺寸穩定性差，而且材料的耐磨性不佳，成為制約其應用的一個關鍵因素。鑄型尼龍由於其分子量大、結晶度高使得其在強度、剛度、耐磨性、尺寸穩定性等方面均具有顯著的優勢，通過鑄型尼龍的選用，可以提高材料的耐磨性與耐低溫性能。

鑄型尼龍已廣泛應用於汽車、鐵路與工程機械行業。現有的EPS蝸輪採用未改性的鑄型尼龍，普通的鑄型尼龍EPS蝸輪耐磨性差，易於出現疲勞破壞。經過疲勞試驗後，磨損嚴重。材料耐低溫性能也較差，尤其是使用在高寒地帶，溫度達到-20℃以下，EPS蝸輪低溫收縮嚴重，導致在運行過程中電子助力轉向系統出現異響，並且產品容易出現斷裂等致命性問題，材料的耐磨性與耐低溫性能均無法滿足電子助力轉向系統對材料性能的高要求。這些技術缺陷導致EPS蝸輪產品退貨及索賠事件時有發生。因此，採用改性的鑄型尼龍EPS蝸輪取代市場上普通反應尼龍EPS蝸輪，具有很重要的意義。

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，提供一種耐磨性優異、耐低溫性能好、產品性能連續可調、生產成本相對較低的鑄型尼龍EPS蝸輪的製備方法。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為一種鑄型尼龍EPS蝸輪的製備方法，包括以下步驟：

步驟(1)將醯胺類單體等分，分別加入至澆鑄尼龍設備的反應釜A、反應釜B內，加熱熔融，抽真空；

步驟(2)打開反應釜A，加入催化劑、耐磨劑及增韌劑；同時打開反應釜B加入助催化劑，加熱兩反應釜，抽真空；

步驟(3)在模具內放置金屬輪轂，將反應釜A、B中的活性料混合均勻，迅速澆注到預 熱的模具內，聚合，取出產品毛坯；

步驟(4)對上述產品毛坯進行油煮，冷卻後，根據產品尺寸要求機械加工得到鑄型尼龍EPS蝸輪。

現有的鑄型尼龍主要應用於工程機械領域，其應用於工程機械領域主要是提高材料的耐衝擊性能，進而提高工程機械產品在工作時的抗衝擊性。然而，本發明創新性地將鑄型尼龍轉用於製備EPS蝸輪，EPS蝸輪屬汽車行業，是乘用車電子助力轉向器的核心部件，其與蝸杆匹配，工作時，蝸杆帶動蝸輪，對材料的耐磨性要求很高，將鑄型尼龍轉用於製備EPS蝸輪主要是側重於提高鑄型尼龍EPS蝸輪的耐磨性、低溫性能與吸水性。可見，本發明對材料的跨領域轉用，不僅起到了完全不同功用，也實現了完全不同的技術效果。

本發明採用鑄型尼龍成型方式，添加耐磨劑改善材料耐磨性，添加增韌劑提高材料的耐低溫性能。改性的鑄型尼龍EPS蝸輪耐磨性優異，低溫性能優越，能滿足EPS蝸輪對材料的要求。

上述的製備方法中，優選的，所述醯胺類單體為100重量份；所述催化劑為0.01～5重量份；所述耐磨劑為0.1～20重量份；所述增韌劑為0.1～20重量份；所述助催化劑為0.01～5重量份。

上述的製備方法中，優選的，所述醯胺類單體為己內醯胺、十二內醯胺中的一種或兩者混合物。

上述的製備方法中，優選的，所述催化劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀、甲醇鈉、乙醇鈉、己內醯胺鹽或格式試劑中的任意一種。

上述的製備方法中，優選的，所述耐磨劑為石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯(PTFE)、矽灰石、稀土、碳纖維、矽油、油脂、礦物油中的任意一種或它們的混合物。特別優選PTFE、矽油和/或矽灰石，因為它能使材料的摩擦係數大幅度降低，可以有效改善材料的耐磨性。

上述的製備方法中，優選的，所述增韌劑為液體橡膠(例如JQ膠)、聚醚多元醇、聚異戊二烯、環氧樹脂、多元胺中的任意一種或它們的混合物。由於成型中涉及到塑膠包覆金屬件，而塑膠件(鑄型尼龍)的韌性差，添加優選的增韌劑可避免成型時容易出現的開裂現象。

上述的製備方法中，優選的，所述助催化劑為異氰酸酯、磺酸酯、羧酸酯、N-乙醯基己內醯胺中的任意一種或它們的混合物。更優選異氰酸酯、N-乙醯基己內醯胺，其作為助催化劑時，材料的反應速度快、產品成型周期短。

上述的製備方法中，優選的，所述步驟(1)中抽真空的真空度為0.1MPa，溫度為110～150℃，時間為5～20min。

上述的製備方法中，優選的，所述步驟(2)中，加熱至維持兩反應釜溫度為110～150℃， 抽真空的真空度為0.1MPa，時間為10～20min。

上述的製備方法中，優選的，所述預熱的模具溫度為160～180℃，所述聚合的時間為5～30min；所述油煮的溫度為150～190℃，時間為1～12h。

與現有技術相比，本發明的優點在於：使用耐磨與增韌改性的EPS蝸輪，材料的耐磨性好，低溫性能好，產品的使用壽命長；其摩擦係數小於0.3，磨損量低於10-4cm3，遠遠低於市場上用的EPS蝸輪(市場上EPS蝸輪的摩擦係數為0.8-0.9，磨損量大於10-3cm3)；產品低溫性能好，在-40℃低溫環境下收縮率僅為0.1％-0.2％(而市場上的產品為0.5％-1％)；產品性能連續可調，生產成本相對較低。

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為本發明實施例1中製備得到的鑄型尼龍EPS蝸輪的實物照片。

具體實施方式

為了便於理解本發明，下文將結合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：

一種如圖1所示本發明的鑄型尼龍EPS蝸輪的製備方法，包括以下步驟：

1)將100份己內醯胺按重量份等量分別加入到澆鑄尼龍設備的A、B反應釜內，抽真空至0.1MPa，加熱熔融，在120℃下脫水10min，停止抽真空。

2)打開反應釜A，加入4份的催化劑格氏試劑己內醯胺溴化鎂、3份的矽油、10份的增韌劑聚醚多元醇、打開反應釜A的同時打開反應釜B，加入1.5份的助催化劑N-乙醯基己內醯胺。加熱，維持兩反應釜溫度120℃，在0.1MPa真空度下抽真空10min，停止抽真空；

3)在模具內放置金屬輪轂，將A、B兩反應釜的活性料混合均勻，迅速澆鑄到已經預熱到160℃的模具內，聚合5min，取出產品毛坯。

4)將產品毛坯在160℃的廢機油中處理2小時，冷卻後，機械加工得到最終成品。

實施例2：

一種本發明的鑄型尼龍EPS蝸輪的製備方法，包括以下步驟：

1)將100份己內醯胺按重量份等量分別加入到澆鑄尼龍設備的A、B反應釜內，加熱熔融，在130℃下脫水20min，停止抽真空。

2)打開反應釜A，加入1.5份的催化劑己內醯胺鈉鹽、8份的PTFE、5份的增韌劑聚異戊二烯、打開反應釜A的同時打開反應釜B，加入4份的助催化劑JQ膠。加熱，維持兩反應釜溫度130℃，在0.1MPa真空度下抽真空20min，停止抽真空；

3)在模具內放置金屬輪轂，將A、B兩反應釜的活性料混合均勻，迅速澆鑄到已經預熱到170℃的模具內，聚合10min，取出產品毛坯。

4)將產品毛坯在二甲基矽油中處理12小時，油煮溫度為190℃，冷卻後，機械加工得到最終成品。

實施例3：

1)將70份己內醯胺和30份十二內醯胺混合均勻，然後按重量份等量分別加入到澆鑄尼龍設備的A、B反應釜內，加熱熔融，在140℃下脫水15min，停止抽真空。

2)打開反應釜A，加入0.16份的氫氧化鈉、0.2份的二硫化鉬與0.1份過熱汽缸油、5份的增韌劑聚異戊二烯和2份環氧樹脂，打開反應釜A的同時打開反應釜B，加入0.4份助催化劑二苯基甲烷二異氰酸酯MDI。加熱，維持兩反應釜溫度140℃，在0.1MPa真空度下抽真空15min，停止抽真空；

3)在模具內放置金屬輪轂，將A、B兩反應釜的活性料混合均勻，迅速澆鑄到已經預熱到180℃的模具內，聚合5min，取出產品毛坯。

4)將產品毛坯在150℃的礦物油中處理4小時，冷卻後，機械加工得到最終成品。

表1：各實施例中EPS蝸輪產品的性能測試結果

由上表1的測試結果可以看出，本發明製備的EPS蝸輪產品其摩擦係數小於0.3，磨損量低於10-4cm3，遠遠低於市場上用的EPS蝸輪(市場上EPS蝸輪的摩擦係數為0.8-0.9，磨 損量大於10-3cm3)；產品低溫性能好，在-40℃低溫環境下收縮率僅為0.1％-0.2％(而市場上的產品為0.5％-1％)。