CN103012957A - 使用纤维增强改性聚丙烯复合材料生产汽车阀盖罩或油底壳的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车用纤维增强改性聚丙烯阀盖罩或油底壳的生产方法，该方法包括使用挤出机生产纤维增强改性聚丙烯块料、压制与加工处理等步骤，或者包括使用注塑机生产粗制阀盖罩或油底壳产品与加工处理等步骤。本发明的阀盖罩具有耐高温、耐腐蚀、强度高、耐热老化等优点，同时与金属阀盖罩相比噪音低。本发明生产方法简便易行，投资小，具有非常好的经济效益，具有非常好的市场前景。
Description
【技术领域】
本发明属于汽车零部件制造加工技术领域。更具体地，本发明涉及一种使用纤维增强改性聚丙烯复合材料生产阀盖罩（油底壳）的方法。
【背景技术】
目前，阀盖罩的作用是给阀杆定位，保证阀杆正常传动开关，同时具有密封作用，具有一定的强度，防止内部的流体流出。目前还没有见到纤维增强塑料阀盖罩的专利申请。CN201080010610公开了一种油底壳，该油底壳包括热塑上部分和热塑下部分，上部分和下部分中的每一个都包括一个或多个肋，并且上部分和下部分被接合为使得上部分的至少一个肋接合到下部分的至少一个肋。CN 01808595公开一种内燃机的油底壳模件和通过注射成型法制造这种部件的方法。油底壳模件紧固于内燃机的壳体，并保持润滑油供应。机油循环系统的部件与油底壳模件一体形成。油底壳模件包括由用玻璃纤维和/或矿物质加强的基于聚酰胺的热塑性材料。CN 201010603518公开了一种制造油底壳基体的方法及通过这种方法制成的油底壳基体，借助于该方法能够制造油底壳的机械上特别稳定并且在制造过程之后很大程度上维持其构型的基体，该方法包括以级联注塑方法用有流动能力的原材料来填充与所述基体互补的注塑模。
现有阀盖罩（油底壳）产品通常是采用玻璃纤维增强尼龙材料制备的，而现有技术还没有使用碳纤维增强改性聚丙烯材料制备阀盖罩（油底壳）。
本发明采用LFT工艺（长纤维增强热塑性复合材料工艺），利用 尼龙耐高温、耐腐蚀，碳纤维轻质高强，抗静电，导热系数好等特点，降低了阀盖罩（油底壳）的重量，提高阀盖罩耐热老化性能，同时利用碳纤维尼龙复合材料相对于金属的降噪性能，实现了汽车整机轻量化，降噪等性能提升。本发明所使用的LFT工艺具有生产效率高，产品成型容易等特点，可广泛用作碳纤维增强汽车零部件生产。
【发明内容】
[要解决的技术问题]
本发明的目的是提供一种使用纤维增强改性聚丙烯复合材料生产汽车阀盖罩或油底壳的方法。
[技术方案]
本发明是通过下述技术方案实现的。
本发明涉及一种使用纤维增强改性聚丙烯复合材料生产汽车阀盖罩或油底壳的方法。
该生产方法的步骤如下：
A、生产纤维增强改性聚丙烯块料
让聚丙烯粒料在温度80～120℃的条件下烘干1.0～4.0h，然后将烘干的粒料加入到挤出机的料筒中，再按照聚丙烯粒料、聚苯乙烯、增韧剂与增容剂的重量比100：16～25：16～25：3～8往所述料筒中加入聚苯乙烯、增韧剂与增容剂，然后加入纤维材料混匀；再开启挤出机在温度160～265℃下进行在线混炼挤出，得到一种纤维增强改性聚丙烯料块，其中所述纤维材料的含量是所述纤维增强改性聚丙烯料块总重量的25～38%；然后把这种料块置于温度200～230℃的保温箱中。
在本发明中，所述改性聚丙烯是将聚丙烯与聚苯乙烯按照聚丙烯粒料与聚苯乙烯重量比100：16～25进行共混改性的，其改性目的在于提高其聚丙烯的耐热性能。
在本发明中，术语“聚丙烯粒料”应该理解是一种现有的非金属材料，具有密度低、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高、价格低廉的 优点，常用作复合材料中的在线混炼注塑成型工艺用材料、在线混炼模压成型工艺用材料等领域。例如采用陶氏公司生产销售的聚丙烯（PP）粒料。
聚丙烯粒料通常需要在烘干机中在温度80～120℃下烘干1.0～4.0h，除去其中含有的水分及其它易挥发物质，使其含量达到在以所述聚丙烯粒料总重量计0.1%以下。本发明使用的烘干机是本技术领域里通常使用的在目前市场上广泛销售的烘干产品。
在本发明中，术语“增韧剂”应该理解是一种能降低高分子材料脆性、提高抗冲击性能的高分子化合物添加剂，例如EPR（乙烯丙烯共聚物）、EPDM（乙烯-丙烯-环戊二烯三元共聚物）、SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物）、POE（聚乙烯辛烯共弹性体）等，它们都是市面上能够购买获得的产品。它们具有良好的成膜性、良好的光学性能、耐候性与韧性，优良的耐磨耗摩擦性和尺寸稳定性及电绝缘性。凡能减低脆性，增加韧性，而又不影响本发明纤维增强改性聚丙烯复合材料主要性能的化学物质都可以作为增韧剂用于本发明中，因此，它们也在本发明的保护范围之内。
根据本发明，所述聚丙烯粒料为100重量份时，如果所述增韧剂的量小于16重量份，则会出现所得产品刚度过高，韧性不足，冲击强度下降；如果所述增韧剂的量大于25重量份，则会出现所得产品刚度不够，影响产品使用。因此，所述纤维增强改性聚丙烯粒料为100重量份时，所述增韧剂的量为16～25重量份是合适的，优选地是18～22重量份，更优选地是20重量份。
在本发明中，术语“增容剂”，也称之“接枝改性单体”应该理解是一种能使其分子基团与共混体系中各组分发生相互作用（物理相互作用和化学相互作用），从而减小界面张力、增强共混体系亲和性的含有羟基和羧基的有机分子化合物添加剂，例如丙烯酸增容剂，它与聚丙烯生成聚丙烯-g-丙烯酸（PP-g-AA）接枝共聚物；马来酸酐增 容剂，它与聚丙烯生成聚丙烯-g-马来酸酐（PP-g-MAH）接枝共聚物；马来酰亚胺增容剂，它与聚丙烯生成聚丙烯-g-马来酰亚胺（PP-g-MI）接枝共聚物，这些增容剂都是市面上能够购买获得的产品。凡能减小界面张力与增强共混体系亲和性，而又不影响本发明纤维增强改性聚丙烯复合材料主要性能的化学物质都可以作为增容剂用于本发明中，因此，它们也在本发明的保护范围之内。
根据本发明，所述聚丙烯粒料为100重量份时，如果所述增容剂的量小于3重量份，则会聚丙烯与纤维及其它助剂相容性差，层间剪切强度不足；如果所述增容剂的量大于8重量份，则会因增容剂过多，影响产品性能。因此，所述纤维增强改性聚丙烯粒料为100重量份时，所述增韧剂的量为3～8重量份是合适的，优选地是4～7重量份，更优选地是5～6重量份。
在本发明中，纤维是一种用于增强改性聚丙烯复合材料性能的材料，本发明使用的纤维例如是玻璃纤维、碳纤维或其他化学纤维，像涤纶纤维、锦纶纤维、腈纶纤维、维纶纤维或丙纶纤维等，它们都是市面上能够购买获得的产品。优选地，所述的纤维是玻璃纤维、碳纤维、涤纶纤维、锦纶纤维、腈纶纤维或丙纶纤维。更优选地，所述的纤维是玻璃纤维、碳纤维、涤纶纤维或丙纶纤维。
使用碳纤维时，所述碳纤维需要预先进行表面氧化处理，其目的在于增强纤维与树脂的界面粘接效果，提高产品的力学性能。所述表面氧化处理方法是：让碳纤维在由以重量计15%KClO3与40%H2SO4水溶液组成的液相氧化处理液中，在温度70～100℃的条件下进行表面氧化处理20～120min。
根据本发明，所述纤维增强改性聚丙烯粒料的纤维含量是以所述纤维增强改性聚丙烯粒料总重量计25～38%。如果所述纤维增强改性聚丙烯粒料的纤维含量低于25%，则会得到的产品强度不够；如果所述纤维增强改性聚丙烯粒料的纤维含量高于38%，则会因树脂不过影 响纤维与树脂的浸渍效果，从而影响产品性能；因此，所述纤维增强改性聚丙烯粒料的纤维含量为25～38%是合理的，优选地是30～36%，更优选地是32%。
所述的聚丙烯粒料、聚苯乙烯、增韧剂与增容剂按照上述比例混匀，然后加入纤维材料混匀。再开启挤出机进行在线混炼挤出，得到一种纤维增强改性聚丙烯料块，其尺寸需要根据实际要求确定，例如所述纤维增强改性聚丙烯料块的厚为16～22mm、长500～1000mm与宽200mm。
所述挤出机在温度160～265℃下进行在线混炼挤出成型，得到所述的纤维增强改性聚丙烯料块。
本发明使用的挤出机可以是目前市场上销售的各种挤出机，只要它们的加热温度符合本发明要求就可以使用，例如科倍隆(南京)机械有限公司销售的大型在线混炼挤出成型设备。
所述的纤维增强改性聚丙烯料块在压制前需要置于温度200～230℃的保温箱中进行保温，以避免料快因温度降低而变硬，无法较好地在压机模具上进行铺料，影响模压效果。
B、压制
步骤A得到的纤维增强改性聚丙烯料块从保温箱中取出，将其铺覆在成型设备的模具型腔中，在压力机滑块工作压力280～350吨的条件下维持1.0～6.0min；然后开启模具，取出其粗制阀盖罩或油底壳产品。
所述的压力机是目前市场上销售的各种模压用压力机，例如滕州市大器重工机械制造有限公司公司以商品名“800T压机”销售的压力机。由于PP材料的熔融指数较高，流动性比较好，在模具上进行铺料时，可采用单块料铺覆在模具中央的方式进行。
C、加工处理
步骤B得到的粗制阀盖罩或油底壳产品进行打磨处理，再使用 打孔工装进行打孔；然后使用定型工装进行定型28～40min；装配零配件，得到所述的汽车用纤维增强改性聚丙烯阀盖罩或油底壳。
在本发明中，打磨处理的作用在于改善制品表面效果。
在本发明中，所使用的打孔工装是一种能够在产品上进行快速、准确打孔的设备，它是目前市场上销售的各种打孔机，例如东莞市寮步精益五金机械厂公司以商品名复合材料用打孔机销售的产品。
然后，将打孔的阀盖罩置于定型工装上进行定型30min以上，定型的目的在于防止其打孔阀盖罩在热变形后因收缩作用而影响其尺寸稳定性与外观。
在本发明中，所使用的定型工装是一种为防止产品经热变形收缩而影响产品的尺寸稳定性及外观的设备，它是目前市场上销售的各产品定型设备。
定型完成后，在阀盖罩上装配零配件。例如使用一种市售结构胶将L型呼吸器及其它零配件粘接或装配在所述阀盖罩或油底壳上，然后固化2～8h，这样得到本发明的碳纤维增强PP阀盖罩或油底壳。
在本发明中，L型呼吸器是一种防止发动机的曲轴箱产生高压，起到平衡发动机的内部与外部压力的作用的配件，是目前市场上销售的产品。
本发明还涉及另一种使用纤维增强改性聚丙烯复合材料生产汽车阀盖罩或油底壳的方法。这个方法是首先由一个步骤得到所述的粗制阀盖罩或油底壳产品，然后进行加工处理步骤。而前面所述方法是由步骤A与B得到所述的粗制阀盖罩或油底壳产品，然后进行加工处理步骤。这两种方法的加工处理步骤是相同的。
在这个方法中，得到粗制阀盖罩或油底壳产品的步骤如下：
让聚丙烯粒料在温度80～120℃的条件下烘干1.0～4.0h，然后将烘干的粒料加入到注塑机的料筒中，再按照聚丙烯粒料、聚苯乙烯、增韧剂与增容剂的重量比100：16～25：16～25：3～8往所述料筒中加入 聚苯乙烯、增韧剂与增容剂，然后加入纤维材料混匀，所述纤维材料的量是所述聚丙烯粒料、聚苯乙烯、增韧剂、增容剂与纤维材料总重量的25～38%；再开启注塑机进行在线混炼注塑成型，得到一种粗制阀盖罩或油底壳产品。
关于聚丙烯粒料、聚苯乙烯、增韧剂与增容剂以及纤维材料的情况与在前面所作的描述相同，在此不再赘述。
所述注塑机在温度211～240℃与压力700～1000巴的条件下以速度20～80mm/s进行在线混炼注塑成型，得到所述的粗制阀盖罩或油底壳。
本发明使用的注塑机可以是目前市场上销售的各种注塑机，只是它们的加热温度、压力及注射速度符合本发明要求就可以使用，例如宁波海天塑机集团有限公司销售的注塑机。
采用本发明方法生产得到的阀盖罩产品在0.03MPa气压下对产品进行气密性检验，保持时间为1min，无泄漏。
使用Ф125mm、厚度10mm的饼状钢板与Ф125mm、厚度5mm的橡胶板作为样品缓冲，对采用本发明方法生产得到的阀盖罩产品进行压力试验，测定在压力2000N载荷下的变形情况。经过压力试验后，经过仔细观察发现本发明的阀盖罩内外表面完整，均无裂纹出现。
[有益效果]
本发明的有益效果是：本发明的阀盖罩和油底壳具有耐高温、耐腐蚀、强度高、耐热老化等优点，同时与金属阀盖罩相比噪音低，本发明方法生产的阀盖罩的使用寿命长，另外本发明生产方法简便易行，投资小，具有非常好的经济效益。因此，采用本发明生产方法生产的阀盖罩具有非常好的市场前景。
【附图说明】
图1为本发明的油底壳正面图；
图2为本发明的油底壳底面图；
图3为本发明的阀盖罩的正面和底面图；
图4为本发明的阀盖罩的侧面图。
【具体实施方式】
通过下述实施例将能够更好地理解本发明。
实施例1：汽车用纤维增强改性聚丙烯阀盖罩的生产
该实施例的实施步骤如下：
A、生产纤维增强改性聚丙烯块料
让玻璃纤维增强改性聚丙烯粒料在温度95℃下烘干3.0h，然后将烘干的粒料加入到科倍隆(南京)机械有限公司销售的挤出机的料筒中，再按照聚丙烯粒料、聚苯乙烯、增韧剂与增容剂的重量比为100：18：20：6，往所述料筒中加入聚苯乙烯、EPR增韧剂与丙烯酸增容剂混匀，然后加入玻璃纤维混匀，再开启挤出机机在下述温度的条件下进行挤出成型：
| 第一段料筒温控： | 160℃ |
| 第二段料筒温控： | 255℃ |
| 第三段料筒温控： | 255℃ |
| 第四段料筒温控： | 255℃ |
| 第五段料筒温控： | 255℃ |
| 第六段料筒温控： | 255℃ |
| 第七段料筒温控： | 255℃ |
| 第八段料筒温控： | 255℃ |
| 第九段料筒温控： | 263℃ |
| 刀口温控： | 265℃ |
| 烘箱温度 | 245℃ |
得到一种纤维增强改性聚丙烯料块，其中所述纤维材料的含量是 所述纤维增强改性聚丙烯料块总重量的25%；然后把这种料块置于温度220℃的保温箱中；
B、压制
步骤A得到的纤维增强改性聚丙烯料块从保温箱中取出，将其铺覆在滕州市大器重工机械制造有限公司以商品名800T压力机销售的压力机模具型腔中，在滑块工作压力280吨的条件下维持4.0min；然后开启模具，利用压力机顶出杆顶出其粗制阀盖罩产品；
C、加工处理
步骤B得到的粗制阀盖罩产品进行打磨光滑，再使用打孔工装进行打孔；然后使用定型工装进行定型25min；使用所述结构胶将L型呼吸器粘接在所述阀盖罩上，固化2h，得到所述的汽车用纤维增强改性聚丙烯阀盖罩。
采用本发明方法生产得到的阀盖罩产品在0.03MPa气压下对产品进行气密性检验，保持时间为1min，无泄漏。
使用Ф125mm、厚度10mm的饼状钢板与Ф125mm、厚度5mm的橡胶板作为样品缓冲，对采用本发明方法生产得到的阀盖罩产品进行压力试验，测定在压力2000N载荷下的变形情况。经过压力试验后，经过仔细观察发现本发明的阀盖罩内外表面完整，均无裂纹出现。
实施例2：汽车用纤维增强改性聚丙烯阀盖罩的生产
该实施例的实施步骤如下：
A、生产纤维增强改性聚丙烯块料
让涤纶纤维增强改性聚丙烯粒料在温度80℃下烘干4.0h，然后将烘干的粒料加入到科倍隆(南京)机械有限公司销售的挤出机的料筒中，再按照聚丙烯粒料、聚苯乙烯、增韧剂与增容剂的重量比为100：16：18：3，往所述料筒中加入聚苯乙烯、EPDM增韧剂与马来酸酐增容剂，然后加入表面氧化处理碳纤维混匀，所述表面氧化处理 碳纤维是采用下述方法得到的：碳纤维在由以重量计15%KClO3与40%H2SO4水溶液组成的液相氧化处理液中，在温度70℃的条件下进行表面氧化处理120min。
再开启挤出机在与实施例1相同的条件下进行挤出成型，得到一种纤维增强改性聚丙烯料块；其中所述纤维材料的含量是所述纤维增强改性聚丙烯料块总重量的30%；然后把这种料块置于温度200℃的保温箱中；
B、压制
步骤A得到的纤维增强改性聚丙烯料块从保温箱中取出，将其铺覆在滕州市大器重工机械制造有限公司以商品名800T压力机销售的压力机模具型腔中，在滑块工作压力280吨的条件下维持6.0min；然后开启模具，利用压力机的顶出杆顶出其粗制阀盖罩产品；
C、加工处理
步骤B得到的粗制阀盖罩产品进行打磨光滑，再使用打孔工装进行打孔；然后使用定型工装进行定型30min；使用所述结构胶将L型呼吸器粘接在所述阀盖罩上，固化6h，得到所述的汽车用纤维增强改性聚丙烯阀盖罩。
按照本申请说明书描述的方法进行气密性与压力试验，其结果与实施例1的相同。
实施例3：汽车用纤维增强改性聚丙烯油底壳的生产
该实施例的实施步骤如下：
A、生产纤维增强改性聚丙烯块料
让锦纶纤维增强改性聚丙烯粒料在温度120℃下烘干1.0h，然后将烘干的粒料加入到宁波海天塑机集团有限公司销售的注塑机的料筒中，再按照聚丙烯粒料、聚苯乙烯、增韧剂与增容剂的重量比为100：25：16：4，往所述料筒中加入聚苯乙烯、SBS增韧剂与马来酰 亚胺增容剂，然后加入涤纶纤维材料混匀，所述涤纶纤维材料的量是聚丙烯粒料、聚苯乙烯、SBS增韧剂、马来酰亚胺增容剂与涤纶纤维材料总重量的28%；再开启注塑机在下述温度的条件下进行注塑，得到粗制的纤维增强改性聚丙烯油底壳：
B、加工处理
步骤A得到的粗制阀盖罩产品进行打磨光滑，再使用打孔工装进行打孔；然后使用定型工装进行定型28min；装配零部件，得到所述的汽车用纤维增强改性聚丙烯油底壳。
按照本申请说明书描述的方法进行气密性与压力试验，其结果与实施例1的相同。
实施例4：汽车用纤维增强改性聚丙烯油底壳的生产
该实施例的实施步骤如下：
A、生产纤维增强改性聚丙烯块料
让碳纤维增强改性聚丙烯粒料在温度110℃下烘干2.0h，然后将烘干的粒料加入到宁波海天塑机集团有限公司销售的注塑机的料筒中，再按照聚丙烯粒料、聚苯乙烯、增韧剂与增容剂的重量比为100：20：25：8，往所述料筒中加入聚苯乙烯、POE增韧剂与马来酸酐增容剂，然后加入表面氧化处理碳纤维材料混匀，所述碳纤维材料的量是聚丙烯粒料、聚苯乙烯、POE增韧剂、马来酸酐增容剂与碳纤维材料总重量的38%；所述表面氧化处理碳纤维是采用下述方法得到的：碳纤维在由以重量计15%KClO3与40%H2SO4水溶液组成的液相氧化处理液中，在温度70℃的条件下进行表面氧化处理120min。
再开启注塑机在与实施例3相同的条件下进行注塑，得到粗制的纤维增强改性聚丙烯油底壳。
B、加工处理
步骤A得到的粗制阀盖罩产品进行打磨处理，再使用打孔工装进行打孔；然后使用定型工装进行定型35min；装配零配件，得到所述的汽车用纤维增强改性聚丙烯油底壳。
按照本申请说明书描述的方法进行气密性与压力试验，其结果与实施例1的相同。
Claims (9)
1.一种使用纤维增强改性聚丙烯复合材料生产汽车阀盖罩或油底壳的方法，其特征在于该方法的步骤如下：
A、生产纤维增强改性聚丙烯块料
让聚丙烯粒料在温度80～120℃的条件下烘干1.0～4.0h，然后将烘干的粒料加入到挤出机的料筒中，再按照聚丙烯粒料、聚苯乙烯、增韧剂与增容剂的重量比100：16～25：16～25：3～8往所述料筒中加入聚苯乙烯、增韧剂与增容剂，然后加入纤维材料混匀；再开启挤出机进行在线混炼挤出，得到一种纤维增强改性聚丙烯料块，其中所述纤维材料的含量是所述纤维增强改性聚丙烯料块总重量的25～38%；然后把这种料块置于温度200～230℃的保温箱中；
B、压制
步骤A得到的纤维增强改性聚丙烯料块从保温箱中取出，将其铺覆在压力机模具型腔中，在压力机滑块工作压力280～350吨的条件下维持1.0～6.0min；然后开启模具，取出其粗制阀盖罩或油底壳产品；
C、加工处理
步骤B得到的粗制阀盖罩产品进行打磨处理，再使用打孔工装进行打孔；然后使用定型工装进行定型28～40min；装配零部件，这样得到所述的汽车用纤维增强改性聚丙烯阀盖罩或油底壳。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于让聚丙烯粒料在温度80～120℃的条件下烘干1.0～4.0h，然后将烘干的粒料加入到注塑机的料筒中，再按照聚丙烯粒料、聚苯乙烯、增韧剂与增容剂的重量比100：16～25：16～25：3～8往所述料筒中加入聚苯乙烯、增韧剂与增容剂，然后加入纤维材料混匀，所述纤维材料的量是所述聚丙烯粒料、聚苯乙烯、增韧剂、增容剂与纤维材料总重量的25～38%；再开启注塑机进行在线混炼注塑成型，得到一种粗制阀盖罩或油底壳产品。
3.根据权利要求1或2所述的生产方法，其特征在于所述纤维材料是玻璃纤维、涤纶纤维、锦纶纤维、腈纶纤维、维纶纤维或丙纶纤维。
4.根据权利要求1或2所述的生产方法，其特征在于所述的纤维材料是采用下述表面氧化处理方法处理的碳纤维：
让碳纤维在由以重量计15%KClO3与40%H2SO4水溶液组成的液相氧化处理液中，在温度70～100℃的条件下进行表面氧化处理20～120min。
5.根据权利要求1或2所述的生产方法，其特征在于所述的增韧剂是EPR、EPDM、SBS或POE。
6.根据权利要求1或2所述的生产方法，其特征在于所述的增容剂是丙烯酸、马来酸酐马来酰亚胺。
7.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于所述纤维增强改性聚丙烯料块的厚为16～22mm、长500～1000mm与宽200mm。
8.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于所述的挤出机在温度160～265℃下进行在线混炼挤出成型，得到所述的纤维增强改性聚丙烯料块。
9.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于所述注塑机在温度211～240℃与压力700～1000巴的条件下以速度20～80mm/s进行在线混炼注塑成型，得到所述的粗制阀盖罩或油底壳。
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Denomination of invention: Method for producing automobile bonnet cover or oil pan with fiber reinforced modified polypropylene composite Effective date of registration: 20220406 Granted publication date: 20140820 Pledgee: Beijing technology intellectual property financing Company limited by guarantee Pledgor: BEIJING SINOMA COMPOSITE AUTO PARTS Co.,Ltd. Registration number: Y2022110000075 |
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