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CN112815072A - 一种eps蜗轮及其制备方法 - Google Patents

一种eps蜗轮及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种EPS蜗轮，包括：金属轴；设置在所述金属轴外层的骨架层；设置在所述骨架层外层的耐磨层；所述骨架层的材质为强化材料，所述强化材料包括尼龙材料；所述耐磨层为通过反应注射成型的方法制备得到的蜗轮外圈。本发明采用反应注射成型尼龙制备EPS蜗轮，可以结合浇铸尼龙耐磨性的优势，并且可以实现轻量化，成型周期短，具有深远意义；本发明采用反应注射尼龙制备EPS蜗轮的耐磨层，PA6或PA66纤维作为增强材料，制备的EPS蜗轮产品，耐磨性好，寿命长，成型工艺短，可以将齿形成型出来。本发明还提供了一种EPS蜗轮的制备方法。

Description

一种EPS蜗轮及其制备方法
技术领域
本发明属于蜗轮技术领域，尤其涉及一种EPS蜗轮及其制备方法。
背景技术
EPS蜗轮是电子助力转向器核心部件，目前制备EPS蜗轮的主要材料是塑胶件(耐磨层)与金属的复合，也有全塑料的；EPS蜗轮结构的内层为骨架，可以为金属材料，也可以为玻纤增强尼龙材料，外层为耐磨层，主要为PA66、PA12或浇铸尼龙等。制备EPS蜗轮主要有浇铸与注塑成型两种工艺，浇铸成型能够把EPS蜗轮的齿形给浇铸出来，浇铸EPS蜗轮虽然在耐磨性、寿命等方面表现良好，但是不能实现轻量化；注塑EPS蜗轮主要材料是PA66，其耐磨性与疲劳寿命相对浇铸而言，有很大一段距离，而且成型周期长。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种EPS蜗轮及其制备方法，本发明提供的方法制备的EPS蜗轮耐磨性好而且成型工艺短。
本发明提供了一种EPS蜗轮，包括：
金属轴；
设置在所述金属轴外层的骨架层；
设置在所述骨架层外层的耐磨层；
所述骨架层的材质为强化材料，所述强化材料包括尼龙材料；
所述耐磨层为通过反应注射成型的方法制备得到的蜗轮外圈。
优选的，所述强化材料还包括纤维材料；
所述纤维材料包括玻璃纤维和/或碳纤维。
优选的，所述纤维材料在强化材料中的质量含量为30～70％。
优选的，所述耐磨层的厚度为11～30mm。
优选的，所述蜗轮外圈的制备原料包括：
内酰胺、催化剂、嵌段预聚物、耐磨剂和增强材料。
优选的，所述内酰胺、催化剂、嵌段预聚物、耐磨剂和增强材料的质量比为100：(0.1～10)：(1～15)：(0.1～10)：(1～30)。
优选的，所述催化剂选自内酰胺卤化镁、碱金属和碱金属内酰胺盐中的一种或几种。
优选的，所述耐磨剂选自碳化硅、聚四氟乙烯和二硫化钼中的一种或几种。
优选的，所述增强材料选自碳纤维、玻璃纤维和硅灰石中的一种或几种。
本发明提供了一种上述技术方案所述的EPS蜗轮的制备方法，包括：
采用反应注射成型方法制备得到蜗轮外圈，形成耐磨层；
将强化材料填充在蜗轮外圈和金属轴之间进行注塑成型，形成骨架层，得到EPS蜗轮。
本发明采用反应注射成型尼龙制备EPS蜗轮，可以结合浇铸尼龙耐磨性的优势，并且可以实现轻量化，成型周期短，具有深远意义。本发明采用反应注射尼龙制备EPS蜗轮的耐磨层，PA6或PA66纤维作为增强材料，制备的EPS蜗轮产品，耐磨性好，寿命长，成型工艺短，可以将齿形成型出来。
附图说明
图1为本发明实施例制备的蜗轮外圈的结构示意图；
图2为本发明实施例中金属轴的结构示意图；
图3为本发明实施例制备的EPS蜗轮的结构示意图；
图4为本发明实施例制备的EPS蜗轮的结构示意图(棕色部分为PA6或PA66增强材料)；
图5为本发明实施例反应注射成型制备蜗轮外圈的工艺流程图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员经改进或润饰的所有其它实例，都属于本发明保护的范围。应理解，本发明实施例仅用于说明本发明的技术效果，而非用于限制本发明的保护范围。实施例中，所用方法如无特别说明，均为常规方法。
本发明提供了一种EPS蜗轮，包括：
金属轴；
设置在所述金属轴外层的骨架层；
设置在所述骨架层外层的耐磨层；
所述骨架层的材质为强化材料，所述强化材料包括尼龙材料；
所述耐磨层为通过反应注射成型的方法制备得到的蜗轮外圈。
本发明对所述金属轴的材质和结构形状没有特殊的限制，采用本领域技术人员数值的EPS蜗轮所使用的金属轴的材质和结构形状即可；所述金属轴的材质优选为碳素钢、合金钢或合金铝。本发明实施例提供的金属轴的结构示意图如图2所示。
在本发明中，所述强化材料优选还包括纤维材料；所述尼龙材料优选包括PA6和/或PA66；所述纤维材料优选包括玻璃纤维和/或碳纤维；所述纤维材料在强化材料中的质量含量优选为30～70％，更优选为40～60％，更优选为45～55％，最优选为50％。
本发明对所述骨架层的结构形状没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的EPS蜗轮骨架层的结构形状即可，所述骨架层填充在金属轴和耐磨层之间。本发明实施例提供的EPS蜗轮的结构示意图为图4所示，图4中棕色部分为骨架层形状结构。
在本发明中，所述耐磨层(蜗轮外圈)的厚度优选为11～30mm，更优选为15～25mm，更优选为18～22mm，最优选为20mm。
本发明对所述蜗轮外圈的结构形状没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的EPS蜗轮的蜗轮外圈的结构形状即可。本发明实施例制备的蜗轮外圈的结构示意图如图1所示。
在本发明中，所述蜗轮外圈的制备原料优选包括内酰胺、催化剂、嵌段预聚物、增强材料和耐磨剂。
在本发明中，所述内酰胺优选包括己内酰胺和十二内酰胺中的一种或两种。
在本发明中，所述催化剂优选为高活性的催化剂，更优选包括内酰胺卤化镁、碱金属和碱金属内酰胺盐中的一种或几种；所述内酰胺卤化镁优选包括己内酰胺溴化镁、己内酰胺氯化镁和十二内酰胺溴化镁中的一种或几种；所述碱金属优选包括氢氧化钾和氢氧化钠中的一种或两种；所述碱金属内酰胺盐优选包括己内酰胺钠和己内酰胺钾中的一种或两种。
在本发明中，所述嵌段预聚物优选由第一原料和第二原料反应制备得到。
在本发明中，所述第一原料优选包括聚醚多元醇、多元醇和多元胺中的一种或几种；所述聚醚多元醇优选包括PTMG(聚丁二醇)或PEG(聚乙二醇)；所述多元醇优选包括乙二醇或甘油；所述多元胺优选包括六亚甲基四胺。
在本发明中，所述第二原料优选包括异氰酸酯、异氰酸酯聚体和内酰胺中的一种或几种；所述异氰酸酯聚体优选为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、三苯甲烷三异氰酸酯或多亚甲基多苯基多异氰酸酯；所述内酰胺优选包括己内酰胺或十二内酰胺。
本发明对所述第一原料和第二原料反应的具体方法没有特殊的限制，本领域技术人员可根据第一原料、第二原料的成分以及本领域技术人员熟知的反应原理以及反应方法进行相应的反应，获得所需成分的嵌段预聚物。
在本发明中，所述嵌段预聚物的数均分子量优选为2000～30000，更优选为5000～25000，更优选为10000～20000，最优选为15000。
在本发明中，所述耐磨剂优选包括碳化硅、PTFE(聚四氟乙烯)和二硫化钼中的一种或几种；所述PTFE优选为PTFE微粉。
在本发明中，所述增强材料优选选自碳纤维、玻璃纤维和硅灰石中的一种或几种。
在本发明中，所述内酰胺、催化剂、嵌段预聚物、耐磨剂和增强材料的质量比优选为100：(0.1～10)：(1～15)：(0.1～10)：(1～30)，更优选为100：(0.5～8)：(3～10)：(0.5～8)：(5～25)，更优选为100：(1～6)：(5～8)：(1～6)：(10～20)，最优选为100：(3～4)：(6～7)：(3～4)：(13～16)。
本发明提供了一种上述技术方案所述的EPS蜗轮的制备方法，包括：
采用反应注射成型方法制备得到蜗轮外圈；
将强化材料填充在蜗轮外圈和金属轴之间进行注塑成型，形成骨架层，得到EPS蜗轮。
本发明对所述反应注射成型的具体工艺流程没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的反应注射成型的具体方法进行制备得到蜗轮外圈即可。本发明实施例中反应注射成型的工艺流程如图1所示。
在本发明中，所述反应注射成型的方法优选包括：
将A物料和B物料进行高速碰撞后注入模具中，得到蜗轮外圈。
在本发明中，所述A物料包括内酰胺、催化剂、耐磨剂和增强材料；所述B物料包括内酰胺和嵌段预聚物；所述A物料中的内酰胺和B物料中的内酰胺的质量比优选为1：(0.5～1.5)，更优选为1：(0.8～1.2)，最优选为1：1。
在本发明中，优选将所述A物料和B物料加热后进行高速碰撞；所述加热的温度优选为80～140℃，更优选为90～130℃，更优选为100～120℃，最优选为110℃；优选对所述A物料和B物料充入氮气保护后进行氮气置换保持A物料和B物料的温度优选为80～140℃，更优选为90～130℃，更优选为100～120℃，最优选为110℃。
在本发明中，所述模具的温度优选为140～180℃，更优选为150～170℃，最优选为160℃。
在本发明中，得到蜗轮外圈后优选还包括：
将得到的蜗轮外圈进行热处理。
在本发明中，所述热处理的温度优选为140～180℃，更优选为150～170℃，最优选为160℃；所述热处理的时间优选为6～20小时，更优选为10～15小时，最优选为12～13小时。
在本发明中，得到蜗轮外圈后优选还包括：
将所述蜗轮外圈进行修边。
在本发明中，所述反应注射成型是指将两种或两种以上的低粘度低分子量的液体单体或预聚体，在高压下撞击、混合后立即注入密闭的模具内，使液状混合物在模具内发生化；反应注射成型技术是一种新型工艺技术，反应速度快，可以一次成型，工艺稳定可控；反应注射尼龙由于采用的是阴离子聚合方法，其分子量大，分子结构可调，在强度、刚度、耐磨性、蠕变等方面均具有显著的优势，并且反应注射尼龙有很好的耐温抗冲击性。
在本发明中，优选将所述强化材料填充在蜗轮外圈和金属轴之间放入注塑模具内进行注塑成型。
本发明采用反应注射尼龙方法制备得到EPS蜗轮的耐磨层，获得了轻量化的EPS蜗轮结构，使用反应注射尼龙方法制备EPS蜗轮，实现轻量化，工艺简单，成型周期短，产品性能可调，耐磨性与疲劳性能优越，成功实现了浇铸尼龙与注塑尼龙优势的结合，是一种新型的EPS蜗轮生产工艺。
EPS蜗轮市场量大，并呈现逐年增大的趋势，目前市场需求量在2000万支，7亿元以上，并呈现逐年递增的趋势。本发明采用反应注射尼龙为EPS蜗轮的耐磨层，采用PA6或PA66限位增强材料作为骨架的结构，制备得到的EPS蜗轮耐磨性好、可以将齿形成型出来；成型工艺简单，成本低；抗冲击性能好；耐疲劳性能好。本发明提供的EPS蜗轮制备工艺可以将齿形成型出来，成型周期短，工艺稳定；制备的EPS蜗轮的低温韧性优异，耐磨性佳；性能可调，生成成本相对较低。
本发明以下实施例所用原料均为市售商品。
实施例1
将50重量份的己内酰胺，0.1重量份的己内酰胺钠(催化剂)，5重量份的玻璃纤维(增强材料)，15重量份的PTFE微粉(耐磨剂)放入反应釜A中，50重量份的己内酰胺，嵌段化合物5重量份(聚丁二醇与六亚甲基二异氰酸酯通过聚合反应制备而得，数均分子量为12000)放入反应釜B中；将反应釜A与反应釜B内的物料加热至120℃，通过氮气置换将体系内的水分置换出去，氮气保护，等待进行反应注塑。
将反应注射成型机的喷嘴与EPS蜗轮外圈模具的注射口对接，反应釜A和反应釜B内的物料经反应注射成型机的混合腔高速碰撞混合后注射到模具的模腔内，保持模具温度为150℃，聚合2min后，停止加热，打开模具，取出EPS蜗轮外圈，在160℃烘箱中热处理12小时。
将上述制备的EPS蜗轮外圈与金属轴放入注塑模具内，采用PA66 GF50材料(轮毂骨架)填充在蜗轮外圈和金属轴之间进行注塑成型，形成EPS蜗轮的轮毂骨架，得到EPS蜗轮。
实施例2～7
按照实施例1的方法制备得到EPS蜗轮，与实施例1的区别在于，按照表1中的原料用量进行制备。
表1实施例中各原料的用量比例(重量份)
Figure BDA0002864990870000061
Figure BDA0002864990870000071
注：表1中的己内酰胺和十二内酰胺为反应釜A和反应釜B中总的己内酰胺和十二内酰胺的重量份数，反应釜A和反应釜B中己内酰胺和十二内酰胺的质量比为1：1。
性能检测
按照表2中的标准和方法测试本发明实施例制备的EPS蜗轮的拉伸强度、拉伸延伸率、缺口冲击强度、缺口冲击强度(-40℃)和疲劳磨损次数：检测结果如表2所示，表2为本发明实施例制备的EPS蜗轮的性能检测结果。
表2本发明实施例制备的EPS蜗轮的性能检测结果
Figure BDA0002864990870000072
EPS蜗轮市场量大，并呈现逐年增大的趋势，目前市场需求量在2000万支，7亿元以上，并呈现逐年递增的趋势。本发明采用反应注射尼龙为EPS蜗轮的耐磨层，采用PA6或PA66限位增强材料作为骨架的结构，制备得到的EPS蜗轮耐磨性好、可以将齿形成型出来；成型工艺简单，成本低；抗冲击性能好；耐疲劳性能好。本发明提供的EPS蜗轮制备工艺可以将齿形成型出来，成型周期短，工艺稳定；制备的EPS蜗轮的低温韧性优异，耐磨性佳；性能可调，生成成本相对较低。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种EPS蜗轮，包括：
金属轴；
设置在所述金属轴外层的骨架层；
设置在所述骨架层外层的耐磨层；
所述骨架层的材质为强化材料，所述强化材料包括尼龙材料；
所述耐磨层为通过反应注射成型的方法制备得到的蜗轮外圈。
2.根据权利要求1所述的EPS蜗轮，其特征在于，所述强化材料还包括纤维材料；
所述纤维材料包括玻璃纤维和/或碳纤维。
3.根据权利要求2所述的EPS蜗轮，其特征在于，所述纤维材料在强化材料中的质量含量为30～70％。
4.根据权利要求1所述的EPS蜗轮，其特征在于，所述耐磨层的厚度为11～30mm。
5.根据权利要求1所述的EPS蜗轮，其特征在于，所述蜗轮外圈的制备原料包括：
内酰胺、催化剂、嵌段预聚物、耐磨剂和增强材料。
6.根据权利要求5所述的EPS蜗轮，其特征在于，所述内酰胺、催化剂、嵌段预聚物、耐磨剂和增强材料的质量比为100：(0.1～10)：(1～15)：(0.1～10)：(1～30)。
7.根据权利要求5所述的EPS蜗轮，其特征在于，所述催化剂选自内酰胺卤化镁、碱金属和碱金属内酰胺盐中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的EPS蜗轮，其特征在于，所述耐磨剂选自碳化硅、聚四氟乙烯和二硫化钼中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的EPS蜗轮，其特征在于，所述增强材料选自碳纤维、玻璃纤维和硅灰石中的一种或几种。
10.一种权利要求1所述的EPS蜗轮的制备方法，包括：
采用反应注射成型方法制备得到蜗轮外圈，形成耐磨层；
将强化材料填充在蜗轮外圈和金属轴之间进行注塑成型，形成骨架层，得到EPS蜗轮。
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