CN101839323B - 一种汽车发动机张紧轮和惰轮的树脂皮带轮 - Google Patents
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Abstract
一种汽车发动机张紧轮和惰轮的树脂皮带轮，改性聚苯硫醚树脂组合物注塑在轴承的外圈上而成型，组合物由重量份为20％～40％增强纤维、重量份为4.5％～10.5％的添加剂和重量份为余量的聚苯硫醚树脂组成，其抗拉强度高、耐温冲击性强、热变形温度高、表面硬度高、吸水和吸油率极低、在高湿条件下具有高强度、高刚性和尺寸稳定性；并具有突出的耐疲劳性能和抗蠕变性能，解决了高温高湿条件下及在粉尘泥沙环境中的皮带轮耐磨性问题；耐化学腐蚀性好，对大多酸、酯、酮、醛、酚及脂肪烃、芳香烃、氯代烃等稳定，对无机酸、碱、盐和氯化剂的抵抗性强。聚苯硫醚树脂皮带轮满足汽车零部件轻量化的要求，克服了现有树脂皮带轮使用工况的局限性。
Description
技术领域
本发明涉及汽车发动机皮带传动系统的树脂皮带轮，确切地说是一种汽车发动机张紧轮和惰轮的树脂皮带轮。
背景技术
汽车发动机张紧轮和惰轮的核心部件是轴承和皮带轮，现有技术的皮带轮材料大体分为车削、冲压加工的金属轮，压制的粉末冶金轮及以酚醛树脂、聚酰胺66树脂为代表的注塑树脂轮等。汽车发动机张紧轮和惰轮的使用工况一般为：转速800～15000r/min，载荷通常在3000N以下，个别可以达到4000N，环境温度-40℃～150℃，辅机系统中的张紧轮和惰轮往往还要工作在泥浆、水、沙尘甚至存在腐蚀物质的环境中。近年来，随着汽车工业的不断发展，对汽车零部件的使用寿命、噪声、轻量化以及在恶劣工况下性能保持性的要求越来越高，工程塑料因其质量轻、耐腐蚀、注塑加工方法简单、能够经济地制造较为复杂的零件、能够吸收冲击和振动、噪声低和驱动功率小等优点，在载荷2000N以下张紧轮和惰轮上得到越来越广泛的运用。
公开号CN 1488869A的中国发明专利申请公开了一种以酚醛树脂作为基础树脂，同时还含有莫氏硬度在6.5以上的无机粉末15～50重量％、增强纤维20～40重量％以及润滑剂1～5重量％组成的树脂组合物制造皮带轮的技术。公开号CN 101351662A的中国发明专利申请公开了一种作为基础树脂的酚醛树脂35～55质量％、丙烯晴-丁二烯橡胶1质量％以上、无机纤维10～25质量％以及无机粉末3～15质量％而且还添加有聚酯丙烯酸酯的树脂组合物制造树脂皮带轮的技术。另外，还有采用聚酰胺66树脂，添加重量比20％～30％的无机增强纤维和无机粉末组成树脂组合物制造张紧轮和惰轮皮带轮的技术报道。但是上述酚醛树脂和聚酰胺66树脂组合物皮带轮存在如下缺陷：
(1)上述树脂皮带轮都加入了无机粉末，在沙尘环境中工作时，脱落的无机粉末与沙尘一起加剧了皮带轮的磨损，反而使皮带轮的耐磨性降低。
(2)酚醛树脂和聚酰胺66树脂在120℃环境温度以下，保持较高的强度和刚度，但在120℃以上高温环境中，强度和刚性下降比较大，耐磨能力也随之下降，随着汽车发动机环境温度要求的提高，这些树脂组合物制造的发动机皮带轮使用上存在较大的局限性。
(3)聚酰胺66树脂具有较大的吸湿性，一般为0.8～1.5％，其程度取决于材料的组成、零件壁厚以及环境条件。较高吸水性的张紧轮和惰轮一旦工作在有水雾、粉尘、泥沙环境中，在温度120℃以上情况下，皮带轮的强度和耐磨性急剧下降，导致皮带轮磨耗加快，张紧轮和惰轮寿命大大降低。
(4)酚醛树脂，聚酰胺66树脂虽然对许多溶剂具有抗溶性，但对酸和其它一些氯化剂的抵抗力较弱。
因此现有技术中用于汽车发动机张紧轮和惰轮的树脂皮带轮，不能满足在多水潮湿，环境温度达到120℃以上，多粉尘、泥沙，有酸性或氯化剂工况中工作的技术性能指标要求。
发明内容
本发明要解决现有汽车发动机张紧轮和惰轮树脂皮带轮不能满足在多水潮湿，环境温度达到120℃以上，多粉尘、泥沙，有酸性或氯化剂工况中工作的技术性能指标要求的技术问题，提出一种对粉尘、泥沙工况适应性强、适于较高温度和湿度、耐腐蚀性能更强的汽车发动机张紧轮和惰轮的树脂皮带轮。
本发明采取的技术方案是：一种汽车发动机张紧轮和惰轮的树脂皮带轮，采用改性聚苯硫醚树脂组合物注塑在轴承的外圈上而成型，该改性聚苯硫醚树脂组合物由重量份为30％～40％增强纤维、重量份为4.5％～8.6％的添加剂和重量份为余量的聚苯硫醚树脂组成。
改性聚苯硫醚树脂的密度为1.50～1.70g/cm3，约为钢的五分之一，能够满足汽车零部件轻量化的要求，耐热性能得到提高，熔点可达275～290℃，抗拉强度达120Mpa以上，并且具有很好的耐温冲击性，经玻璃纤维或碳纤维增强后热变形温度可达到260℃，分解温度为400℃，可在200℃下长期使用，坚韧耐磨。更重要的是改性聚苯硫醚树脂吸水、吸油率极低，一般只有0.03％左右，在高湿条件下具有高强度、高刚性和尺寸稳定性，并具有突出的耐疲劳性能和抗蠕变性能，解决了高温高湿条件下皮带轮耐磨性问题。改性聚苯硫醚树脂具有优异的耐蠕变性和耐疲劳性，表面硬度高，洛氏硬度＞100HR，使其耐磨性极高，解决了在粉尘泥沙环境中的耐磨性问题。另外，聚苯硫醚耐化学腐蚀性极好，对大多酸、酯、酮、醛、酚及脂肪烃、芳香烃、氯代烃等稳定，目前尚未发现可在200℃以下溶解聚苯硫醚树脂的溶剂，对无机酸、碱、盐和氯化剂的抵抗性极强。相对于聚苯硫醚树脂组合物的总量，增强纤维的重量比控制在20％～40％，如果增强纤维的重量比不足20％，就不能起到通过添加增强纤维来获得提高尺寸稳定性、强度和耐磨性的效果；当增强纤维的重量比超过40％时，聚苯硫醚基础树脂的特性得不到充分体现，并且容易对与树脂皮带轮接触的皮带造成损伤。
添加剂是纤维相容助剂；或是占改性聚苯硫醚树脂组合物总量的重量份为3.5％～5.5％纤维相容助剂和重量份为1％～5％润滑剂；或是占改性聚苯硫醚树脂组合物总量的重量份为2％～3％纤维相容助剂、重量份为1％～5％润滑剂和重量份为1.5％～2.5％色母。纤维相容助剂可改善增强纤维与聚苯硫醚树脂的相容性，提高树脂组合物的拉伸、冲击和耐磨强度，改善加工的流变性，提高表面光洁度。润滑剂使树脂皮带轮获得润滑效果，由于润滑剂比聚苯硫醚树脂耐热性差，相对于改性聚苯硫醚树脂组合物总量，润滑剂的重量比超过5％时，会导致树脂皮带轮的耐热性降低。色母，例如黑色母，是着色剂。
优选的改性聚苯硫醚树脂组合物由重量份为30％～35％增强纤维、重量份为6.8％～8.6％的添加剂和重量份为余量的聚苯硫醚树脂组成。
优选的添加剂是占改性聚苯硫醚树脂组合物总量的重量份为2.5％～2.8％纤维相容助剂、重量份为2.5％～3.5％润滑剂和重量份为1.8％～2.3％色母。
增强纤维是玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维和无机系晶须。
玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维和无机系晶须是平均直径5～20um，平均纤维长度1～5mm的短切纤维。上述规格范围的玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维和无机系晶须可以防止树脂组合物在熔融状态下流动性降低的现象发生。
增强纤维优选是玻璃纤维。玻璃纤维容易制造和购买，而且价格低廉，其纤维增强效果优良。
纤维相容助剂是马来酸酐接枝共聚物。
润滑剂是氟树脂和二硫化钼。
轴承有外圈、滚动体、内圈、保持架和密封圈。
一种汽车发动机张紧轮和惰轮的树脂皮带轮用树脂组合物，该树脂组合物采用聚苯硫醚树脂作为基础树脂，再加入重量份为30％～40％的增强纤维和重量份为4.5％～8.6％的添加剂；添加剂是纤维相容助剂，或是占改性聚苯硫醚树脂组合物总量的重量份为3.5％～5.5％纤维相容助剂和重量份为1％～5％润滑剂，或是占改性聚苯硫醚树脂组合物总量的重量份为2％～3％纤维相容助剂、重量份为1％～5％润滑剂和重量份为1.5％～2.5％色母。
优选的是：该树脂组合物采用聚苯硫醚树脂作为基础树脂，再加入重量份为30％～35％增强纤维和重量份为6.8％～8.6％的添加剂；增强纤维是玻璃纤维；添加剂是占树脂组合物总量的重量份为2.5％～2.8％纤维相容助剂、重量份为2.5％～3.5％润滑剂和重量份为1.8％～2.3％色母；纤维相容助剂是马来酸酐接枝共聚物；润滑剂是氟树脂或二硫化钼。
通过使用上述的改性聚苯硫醚树脂，可以用于注塑成型，把加热而变成熔融状态的树脂注入芯子上挂有轴承的皮带轮模具的模腔内，冷却成型后能够得到所需要的汽车发动机张紧轮和惰轮的树脂皮带轮。
本发明的优点是：由于采用了改性聚苯硫醚树脂组合物，经注塑成型制成汽车发动机张紧轮和惰轮的树脂皮带轮，因此其抗拉强度高、耐温冲击性强、热变形温度高、表面硬度高、吸水和吸油率极低、在高湿条件下具有高强度、高刚性和尺寸稳定性；并具有突出的耐疲劳性能和抗蠕变性能，解决了高温高湿条件下及在粉尘泥沙环境中的皮带轮耐磨性问题；耐化学腐蚀性好，对大多酸、酯、酮、醛、酚及脂肪烃、芳香烃、氯代烃等稳定，对无机酸、碱、盐和氯化剂的抵抗性强。能够满足汽车零部件轻量化的要求，克服了现有树脂皮带轮使用工况的局限性。
附图说明
本发明一种汽车发动机张紧轮的改性聚苯硫醚树脂组合物皮带轮的结构示意图。
具体实施方式
如图所示，改性聚苯硫醚树脂组合物2注塑在轴承1的外圈11上面成型，制成改性聚苯硫醚树脂组合物皮带轮21，轴承1包括外圈11，滚动体12，内圈13，保持架14和密封圈15。改性聚苯硫醚树脂组合物皮带轮21中的改性聚苯硫醚树脂组合物2组分含量、性能参数和特性见下表。其中增强纤维平均直径5～20um，平均纤维长度1～5mm。按照实施例中比例配置组分，各组分在熔融状态下进行混炼，用造粒机粉碎，再将该树脂组合物放在干燥箱内进行干燥处理后加入注塑机的料斗中，将具有与所制皮带轮形状对应模腔的模具加热，将待注塑的轴承1预热，通过轴承1的内孔挂入模腔中的芯子上，合模后向模窝内注入熔融状态的树脂组合物，就是说可以用上述的树脂组合物，将轴承1的外圈11作为金属芯子，通过嵌入注塑成型的方法与皮带轮主体一体化，即由与树脂皮带轮一体化的外圈11，滚动体12，内圈13，保持架14和密封圈15构成改性聚苯硫醚树脂皮带轮21。
表：
作为树脂组合物的基础树脂-聚苯硫醚，其分子结构比较简单，分子主链由苯环和硫原子交替排列，大量的苯环赋予聚苯硫醚以刚性，大量的硫醚键又提供柔顺性，分子结构对称，易于结晶，无极性，电性能好，不吸水，具有优异的耐热性、阻燃性，其强度和硬度均较高，机械性能优良，制品的尺寸稳定性好，可用多种加工成型方法加工，并可精密成型。聚苯硫醚与无机填料、增强纤维的亲和性以及与其他高分子材料的相容性好，保证了树脂组合物质量的稳定性。
树脂皮带轮特性试验依据如下的试验规程进行：
耐热冲击性试验是将实施例1-5的树脂皮带轮放入-40℃的冷冻箱中2小时，然后迅速放入150℃的烘箱中2小时，这样作为1个循环，将其重复进行100个循环后观察皮带轮树脂本体中是否发生裂纹，将完全没有发生裂纹的评价为良好(○)，出现裂纹的评价为不良(×)。
高温磨损性试验是将实施例1-5的树脂皮带轮装入耐久试验机中，皮带轮外圆与皮带接触，利用皮带带动皮带轮旋转，皮带轮的转速为6500r/min，径向载荷1000N，环境温度150℃，采用同样结构的皮带，运转400小时后测量树脂皮带轮外径直径方向的磨损量。
粉尘环境磨损试验是将实施例1-5的树脂皮带轮装入防尘试验机中，皮带轮外圆与皮带接触，利用皮带带动皮带轮旋转，皮带轮的转速为3000r/min，径向载荷1000N，粉尘密度3g/m3，粉尘大小≤10um，环境温度为常温，采用同样结构的皮带，运转200小时后测量树脂皮带轮外径直径方向的磨损量。
泥浆环境磨损试验是将实施例1-5的树脂皮带轮装入防水试验机中，皮带轮外圆与皮带接触，利用同样结构的皮带带动皮带轮旋转，皮带轮的转速为1200r/min，径向载荷1000N，泥浆组成0.3％NaCl，5％粘土，其余为水，其中粘土含水铝硅酸盐，80％颗粒小于10um。泥浆喷射方向为皮带轮外圆与皮带接触处，喷射流量为1L/min，喷射压力为0.5-0.7Bar，环境温度为常温，喷射周期为6S/6Min，共1000个循环，运转后测量树脂皮带轮外径直径方向的磨损量。
以上述方式对改性聚苯硫醚树脂组合物2和现有聚酰胺66树脂和酚醛树脂皮带轮进行试验，结果实施例1-5改性聚苯硫醚树脂组合物2的吸水率在0.020-0.025％，而现有聚酰胺66树脂和酚醛树脂皮带轮吸水率在0.8-1.5％；改性聚苯硫醚树脂组合物2与现有树脂皮带轮的改性聚酰胺66树脂和改性酚醛树脂比较，熔点高30℃以上，热变形温度高40℃以上。现有树脂皮带轮的改性聚酰胺66树脂和改性酚醛树脂的高温磨损性在0.1mm以上，粉尘环境磨损性在0.25mm以上，泥浆环境磨损性在0.30mm以上，明显高于改性聚苯硫醚树脂组合物2。
Claims (10)
1.一种汽车发动机张紧轮和惰轮的树脂皮带轮，其特征在于采用改性聚苯硫醚树脂组合物注塑在轴承的外圈上而成型，该改性聚苯硫醚树脂组合物由重量份为30%～40%增强纤维、重量份为4.5%～8.6%的添加剂和重量份为余量的聚苯硫醚树脂组成，所述的添加剂是纤维相容助剂；或纤维相容助剂和润滑剂；或纤维相容助剂、润滑剂和色母。
2.根据权利要求1所述的一种汽车发动机张紧轮和惰轮的树脂皮带轮，其特征在于添加剂是纤维相容助剂；或是占改性聚苯硫醚树脂组合物总量的重量份为3.5%～5.5%纤维相容助剂和重量份为1%～5%润滑剂；或是占改性聚苯硫醚树脂组合物总量的重量份为2%～3%纤维相容助剂、重量份为1%～5%润滑剂和重量份为1.5%～2.5%色母。
3.根据权利要求1所述的一种汽车发动机张紧轮和惰轮的树脂皮带轮，其特征在于改性聚苯硫醚树脂组合物由重量份为30%～35%增强纤维、重量份为6.8%～8.6%的添加剂和重量份为余量的聚苯硫醚树脂组成。
4.根据权利要求3所述的一种汽车发动机张紧轮和惰轮的树脂皮带轮，其特征在于添加剂是占改性聚苯硫醚树脂组合物总量的重量份为2.5%～2.8%纤维相容助剂、重量份为2.5%～3.5%润滑剂和重量份为1.8%～2.3%色母。
5.根据权利要求1或3所述的一种汽车发动机张紧轮和惰轮的树脂皮带轮，其特征在于增强纤维是玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维和无机系晶须。
6.根据权利要求5所述的一种汽车发动机张紧轮和惰轮的树脂皮带轮，其特征在于玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维和无机系晶须是平均直径5～20um，平均纤维长度1～5mm的短切纤维。
7.根据权利要求1所述的一种汽车发动机张紧轮和惰轮的树脂皮带轮，其特征在于增强纤维是玻璃纤维。
8.根据权利要求4所述的一种汽车发动机张紧轮和惰轮的树脂皮带轮，其特征在于纤维相容助剂是马来酸酐接枝共聚物；润滑剂是氟树脂和二硫化钼。
9.根据权利要求1所述的一种汽车发动机张紧轮和惰轮的树脂皮带轮，其特征在于轴承有外圈、滚动体、内圈、保持架和密封圈。
10.一种汽车发动机张紧轮和惰轮的树脂皮带轮用树脂组合物，其特征在于该树脂组合物采用聚苯硫醚树脂作为基础树脂，再加入重量份为30%～40%的增强纤维和重量份为4.5%～8.6%的添加剂；添加剂是纤维相容助剂，或是占改性聚苯硫醚树脂组合物总量的重量份为3.5%～5.5%纤维相容助剂和重量份为1%～5%润滑剂，或是占改性聚苯硫醚树脂组合物总量的重量份为2%～3%纤维相容助剂、重量份为1%～5%润滑剂和重量份为1.5%～2.5%色母。
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