CN102952360A - 一种含氟聚合物混合材料及用该材料制备球头缓冲球销座的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含氟聚合物混合材料，以及利用该材料制备球头缓冲球销座的方法，含氟聚合物混合材料由含氟聚合物树脂、经偶联剂改性处理的填充剂混合制备得到，质量份数如下：含氟聚合物树脂60-99份；改性填充剂1-40份,填充剂满足：在树脂熔点温度以上烧结时稳定；粒度≤150μm；不会吸潮；在烧结条件下，自身不会簇集；不与聚合物反应，偶联剂的质量占填充剂质量的5-40%。该材料具有优良的化学稳定性、自润滑性、不燃性、耐大气老化性和高低温适应性等，并具有较高的机械强度，可以经过改性提高硬度，制成耐磨制品。制备球头缓冲球销座，进一步获得具有机械强度高、耐磨性好、使用寿命长的悬挂式汽车方向控制臂总成。

Description

一种含氟聚合物混合材料及用该材料制备球头缓冲球销座的方法

  

技术领域

本发明涉及一种含氟聚合物球头缓冲球销座及其制备方法，应用于汽车悬臂中。 

背景技术

悬挂式汽车控制臂是汽车悬挂系统的重要安全件和功能件，是汽车转向传动机构中的关键部件，它的一端与车身大梁连接，另一端与车辆方向节连接，它将垂直载荷依次通过转向节、球头销、控制臂、减震套传递到车身和车架上，而纵向力、侧向力与力矩也是由转向节，导向机构摆臂球头传递，其作用是缓冲由不平路面传给车架和车身的冲击力、牵引加速、刹车制动纵向力、转弯侧倾力。由于悬挂控制臂的工作环境恶劣，必须具有高强度、耐磨损及耐久的性能。悬挂式汽车控制臂自从在上世纪30年代由麦弗逊发明后，目前已在微型汽车及轿车得到广泛应用。经过几十年的发展，目前发达国家生产的汽车悬挂控制臂已经具有机械强度高、缓冲性能好、耐磨损、使用寿命长等特点。我国也有多家企业在研发和生产这种悬挂式汽车控制臂，然而制造的控制臂与发达国家的同类产品比较存在较大的差距。普遍存在球头防尘罩密封结构不合理，密封性差，泥水容易进入而磨损；衬套组件缓冲性差，橡胶件易变形、破损或断裂；球头销座的材料摩擦系数大，内部结构设计不合理，球头销座工作时润滑脂易流失，造成磨损加剧、性能降低，进而影响悬挂臂的使用寿命。 

针对上述不足，我们创新设计了一种汽车悬臂球头缓冲球销座（专利申请号201220232322.5）上球销座用PTFE高分子材料并对外形设计成环周面密封结构，以防止悬臂球头销总成工作时润滑油脂挤出球座内腔，使润滑脂流失后造成球头销总成磨损加剧、下球销座采用添加耐磨辅料的弹性材料，并在下球销座底端面设有若干个下球座缓冲凸台，当球头销外部冲击载荷增大时，下球销座可有效降低外部冲击力造成的摩擦力增大，当外部载荷减小时，又可以起到配合间隙的补偿作用。 

这些改进解决了悬挂控制臂对高强度、耐磨损及耐久的性能的要求。 

随着汽车工业的快速发展，用户对悬挂控制臂可靠性能要求也越来越高，而悬挂控制臂所承受的工况也愈来愈苛刻，因此，它被要求应能承受高低温、耐泥水、大负荷工作条件，并具有接触摩擦阻力小、磨损量小、使用寿命长、耐介质、强度好、密封可靠等性能。然而，目前国内外生产的球头销座使用的材料大多为聚甲醛（POM）和尼龙（PA）。这些材料的摩擦系数高（POM材料对钢的动摩擦系数0.15，聚酰胺材料对钢的动摩擦系数0.34），耐磨性和耐化学腐蚀性差，其基本性能限制了悬挂控制臂性能的提高。因为含氟聚合物材料的摩擦系数是所有塑料材料中较小的，且不随温度而变。其静摩擦系数小于动摩擦系数，是一类综合性能优异的军民两用工程材料。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种含氟聚合物混合材料，以及用该材料制备球头缓冲球销座的方法，所述材料综合性能优异，所制得的球头缓冲球销座硬度高，耐磨性好，使用寿命长。 

本发明的技术方案：一种含氟聚合物混合材料，所述含氟聚合物混合材料由含氟聚合物树脂、经偶联剂改性处理的填充剂混合制备得到，其质量份数如下： 

含氟聚合物树脂  60-99份，

经偶联剂改性处理的填充剂    1-40份；

其中，所述填充剂满足下列要求：在树脂熔点温度以上烧结时稳定；粒度≤150μm；不会吸潮；在烧结条件下，自身不会簇集；不与聚合物反应；

所述偶联剂的质量占填充剂质量的5-40%。

  

进一步地，所述含氟聚合物树脂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚氟乙烯、含氟聚氨酯、含氟丙烯酸酯中的一种。

进一步地，所述聚四氟乙烯树脂为粗粒级PTFE树脂、填料级PTFE树脂、粉末级PTFE树脂、水性分散级PTFE树脂、石蜡级PTFE树脂中的一种。 

进一步地，所述聚偏氟乙烯是粉料、粒料、乳液、分散液中的一种。 

进一步地，所述填充剂为无机填充剂、有机填充剂、金属填充剂、金属氧化物填充剂中的一种。 

进一步地，所述无机填充剂是玻璃纤维、碳纤维、二硫化钼、石墨、二氧化硅、炭黑、陶瓷颗粒、云母、硫化铜（CuS）、硫化铅（PbS）、纳米材料中的一种。 

进一步地，所述陶瓷颗粒是三氧化二铝（Al₂O₃）、碳化硅（SiC）、二氧化硅（SiO₂）、四氮化三硅（Si₃N₄）、氮化硼（BN）、三氧化二硼（B₂O₃）、氧化硼（BO）中的一种。 

进一步地，所述纳米材料是纳米氧化铝、纳米氧化锌、纳米稀土、碳纳米管、纳米金刚石中的一种。 

进一步地，所述有机填充剂是聚酰亚胺、聚苯酯、聚苯硫醚、聚对羟基苯甲酸酯、ABS树脂、尼龙6中的一种。 

进一步地，所述金属填充剂是青铜粉、铅粉、锡粉、锌粉、锡青铜粉、铝粉、钼粉、镍粉、铁粉、锑粉中的一种。 

进一步地，所述金属氧化物填充剂是氧化铅（PbO）、四氧化三铅（Pb₃O₄）、氧化铜（CuO）、氧化亚铜（Cu₂O）、氧化锌（ZnO）、氧化镉（CdO）、三氧化二铝（Al₂O₃）中的一种。 

进一步地，所述偶联剂为KH550（γ-氨丙基三乙氧基硅烷），KH560（3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷），KH-561（3-（2,3-环氧丙氧）丙基三乙氧基硅烷），KH-562（3-（2,3-环氧丙氧）丙基甲基二甲氧基硅烷），KH-570（γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷），KH-590（γ-巯丙基三甲基硅烷），KH-602（N-β-（氨乙基）-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷），KH-792（N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三甲（乙）氧基硅烷），A-171（乙烯基三甲氧基硅烷），A-151（乙烯基三乙氧基硅烷），ND-42（苯胺甲基三乙氧基硅烷），AC-100（三硬脂酸钛酸异丙酯），AC-101（异丙基二油酸酰氧基（二辛基磷酸酰氧基）钛酸酯），AC-105（异丙基三油酸酰氧基钛酸酯），AC-201（异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯）中的一种。 

利用前述含氟聚合物混合材料制备球头缓冲球销座的方法, 包括如下步骤： 

A、选取填充剂，添加偶联剂改性处理，同时选取含氟聚合物树脂，

根据含氟聚合物树脂种类、填充剂性质和状态，选用干法、溶剂法或湿法将其混合均匀；

B、将步骤A所得混合物在室温下预成型，再加热至含氟聚合物树脂的熔点以上，保温1-10小时，最后降至室温处理。

进一步地，步骤B所述预成型工艺为模压成型、液压成型、挤压成型、推压成型、压延成型、浸渍成型、涂敷成型、以及二次加工成型中的一种。 

本发明通过对含氟聚合物进行改性处理，所得到的混合物材料具有优良的化学稳定性、自润滑性、不燃性、耐大气老化性和高低温适应性等，并且具有较高的机械强度，硬度高，耐磨性好。利用该材料所制备得到的球头缓冲球销座，可进一步获得具有机械强度高、耐磨性好、使用寿命长的悬挂式汽车方向控制臂总成。 

附图说明

图1是本发明以PTFE为原料时的工艺流程示意图。 

具体实施方式

本发明的实施例1： 

选用粉末级PTFE树脂，填充剂经KH550（γ-氨丙基三乙氧基硅烷）（其用量占填充剂质量的5%）表面改性，活化处理，然后再与粉末级PTFE树脂在25-35℃下干法混合搅拌均匀，烘箱90℃干燥处理后经模压成型，在350-400℃下烧结固化（即加热至聚四氟乙烯的熔点以上，保温5-8小时，再降温至室温）。所选用的粉末级聚四氟乙烯树脂的粒度控制在50微米以下。

本实施例列举了粉末级PTFE树脂分别与11种填充剂混合改性处理的配比关系，所用粉末级PTFE树脂的质量份数、以及所选用的填充剂的种类及经偶联剂表面改性后的填充剂所用的质量份数见表1 ： 

表1

粉末PTFE树脂的质量份数	填充剂种类	经偶联剂表面改性的填充剂的质量份数
			90	玻璃纤维	10
70	石墨	30
			95	二硫化钼	5
75	碳纤维	25
			60	锡青铜粉	40
60	聚酰亚胺	40
			70	聚苯酯	30
90	纳米氧化铝	10
			60	聚苯硫醚	40
80	二氧化硅	20
			85	纳米氧化锌	15

本发明的实施例2：

选用水性分散级PTFE树脂，填充剂经偶联剂A-171（乙烯基三甲氧基硅烷）（占填充剂质量的10%）表面改性，活化，与水性分散剂PTFE树脂在25-35℃下干法混合搅拌均匀，烘箱90℃干燥处理后，经液压成型，在350-400℃下烧结固化（即加热至聚四氟乙烯的熔点以上，保温5-10小时，再降温至室温）。

本实施例列举了水性分散级PTFE树脂分别与7种填充剂混合改性处理的配比关系，所用粉末级PTFE树脂的质量份数、以及所选用的填充剂的种类及经偶联剂表面改性后的填充剂的质量份数见表2 ： 

表2

本发明的实施例3：

选用聚偏氟乙烯PVDF树脂粉料，填充剂经偶联剂KH-570（γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷）（占填充剂质量的40%）表面改性，活化后，与PVDF树脂粉料在25-35℃下干法混合搅拌均匀，烘箱90℃干燥处理后，经挤压成型，180-200℃下烧结固化（即加热至聚偏氟乙烯的熔点以上，保温6-8小时，再降温至室温）。

本实施例列举了PCDF树脂分别与11种填充剂混合改性处理的配比关系，所用粉末级PVDF树脂的质量份数、以及所选用的填充剂的种类及经偶联剂表面改性后的填充剂的质量份数见表3 ： 

表3

	PVDF树脂粉料的质量份数	填充剂种类	经偶联剂表面改性的填充剂的质量份数
					90	玻璃纤维	10
	85	石墨	15
					90	二硫化钼	10
	85	碳纤维	15
					85	云母	15
	80	ABS树脂	20
					70	炭黑	30
	80	纳米二氧化钛	20
					75	纳米三氧化铝	25
	60	尼龙6	40
					90	二氧化硅	10

Claims (14)

1.一种含氟聚合物混合材料，其特征在于所述含氟聚合物混合材料由含氟聚合物树脂、经偶联剂改性处理的填充剂混合制备得到，其质量份数如下：

含氟聚合物树脂  60-99份，

经偶联剂改性处理的填充剂    1-40份； 

其中，所述填充剂满足下列要求：在树脂熔点温度以上烧结时稳定；粒度≤150μm；不会吸潮；在烧结条件下，自身不会簇集；不与聚合物反应；

所述偶联剂的质量占填充剂质量的5-40%。

2.根据权利要求1所述的含氟聚合物混合材料,其特征在于所述含氟聚合物树脂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚氟乙烯、含氟聚氨酯、含氟丙烯酸酯中的一种。

3.根据权利要求2所述的含氟聚合物混合材料，其特征在于所述聚四氟乙烯树脂为粗粒级PTFE树脂、填料级PTFE树脂、粉末级PTFE树脂、水性分散级PTFE树脂、石蜡级PTFE树脂中的一种。

4.根据权利要求2所述的含氟聚合物混合材料,其特征在于所述聚偏氟乙烯是粉料、粒料、乳液、分散液中的一种。

5.根据权利要求1所述的含氟聚合物混合材料,其特征在于所述填充剂为无机填充剂、有机填充剂、金属填充剂、金属氧化物填充剂中的一种。

6.根据权利要求5所述的含氟聚合物混合材料,其特征在于所述无机填充剂是玻璃纤维、碳纤维、二硫化钼、石墨、二氧化硅、炭黑、陶瓷颗粒、云母、硫化铜、硫化铅、纳米材料中的一种。

7.根据权利要求6所述的含氟聚合物混合材料,其特征在于所述陶瓷颗粒是三氧化二铝、碳化硅、二氧化硅、四氮化三硅、氮化硼、三氧化二硼、氧化硼中的一种。

8.根据权利要求6所述的含氟聚合物混合材料,其特征在于所述纳米材料是纳米氧化铝、纳米氧化锌、纳米稀土、碳纳米管、纳米金刚石中的一种。

9.根据权利要求5所述的含氟聚合物混合材料,其特征在于所述有机填充剂是聚酰亚胺、聚苯酯、聚苯硫醚、聚对羟基苯甲酸酯、ABS树脂、尼龙6中的一种。

10.根据权利要求5所述的含氟聚合物混合材料,其特征在于所述金属填充剂是青铜粉、铅粉、锡粉、锌粉、锡青铜粉、铝粉、钼粉、镍粉、铁粉、锑粉中的一种。

11.根据权利要求5所述的含氟聚合物混合材料,其特征在于所述金属氧化物填充剂是氧化铅、四氧化三铅、氧化铜、氧化亚铜、氧化锌、氧化镉、三氧化二铝中的一种。

12.根据权利要求1所述的含氟聚合物混合材料,其特征在于所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、 3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、 3-（2,3-环氧丙氧）丙基三乙氧基硅烷、 3-（2,3-环氧丙氧）丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲基硅烷、N-β-（氨乙基）-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三甲（乙）氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、苯胺甲基三乙氧基硅烷、三硬脂酸钛酸异丙酯、异丙基二油酸酰氧基（二辛基磷酸酰氧基）钛酸酯、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯、异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯中的一种。

13.一种利用权利要求1-12任意一项权利要求所述含氟聚合物混合材料制备球头缓冲球销座的方法,其特征在于该方法包括如下步骤：

A、选取填充剂，添加偶联剂改性处理，同时选取含氟聚合物树脂，

根据含氟聚合物树脂种类、填充剂性质和状态，选用干法、溶剂法或湿法将其混合均匀；

B、将步骤A所得混合物在室温下预成型，再加热至含氟聚合物树脂的熔点以上，保温1-10小时，最后降至室温处理。

14.根据权利要求13所述的含氟聚合物混合材料制备球头缓冲球销座的方法,其特征在于步骤B所述预成型工艺为模压成型、液压成型、挤压成型、推压成型、压延成型、浸渍成型、涂敷成型、以及二次加工成型中的一种。

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