CN103640143B - 一种汽车用轻量化橡胶减震件的制作方法 - Google Patents

一种汽车用轻量化橡胶减震件的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽车用轻量化橡胶减震件的制作方法，特点是橡胶减震件由橡胶主簧、塑料支架和金属嵌件组成，制作方法包括硫化、涂胶、烘干、装配、注塑、冷却和吸湿7个步骤，其优点在于该方法工艺简单、成本低，同时通过该方法制造的轻量化橡胶减震件性能好、使用寿命长。

Description

一种汽车用轻量化橡胶减震件的制作方法
技术领域
本发明涉及汽车零部件制造领域，尤其是涉及一种汽车用轻量化橡胶减震件的制作方法。
背景技术
当前能源日趋紧张、环境压力加剧，汽车行业的可持续发展遭遇挑战，作为有效的节能手段，汽车轻量化技术已经成为汽车工业发展中的重要研究课题之一。目前实现汽车轻量化主要有三种途径：一是对汽车底盘、发动机等零部件进行结构优化，在结构设计上主要采用前轮驱动、高刚性结构和超轻悬架结构等方法；二是在使用材料方面通过材料替代使汽车轻量化，在替代材料方面，可使用增强型塑料聚合物材料、铝镁轻合金等有色金属材料、陶瓷材料等密度小、强度高的轻质材料，或者使用同密度、同弹性模量而且工艺性能好的截面厚度较薄的高强度钢；三是采用先进的制造工艺，使用基于新材料加工技术而成的轻量化结构用材，如连续挤压变截面型材、金属基复合材料板、激光焊接板材等，从而达到轻量化的目的。
工程塑料具有较高的机械强度和良好的耐蠕变性能，因此在很多领域已经广泛替代金属材料在使用。在国外特别是日本，汽车用橡胶减震件（如发动机和变速箱支承、悬挂和底盘衬套等）中也广泛采用玻纤增强塑料取代金属作为支架或内外管使用，金属材料被取代后，零件重量可减少20%～50%左右。
目前制作塑料-橡胶复合零件的工艺和传统金属-橡胶零部件的工艺类似，但是对于汽车结构件来说，此工艺存在如下缺陷：根据传统工艺，塑料支架与橡胶主簧一般都需要同步进行硫化处理，但是由于支架较大，且塑料结构件相对金属结构会更复杂，使得橡胶模具的成本较高，封边保压比较困难，制作工艺的难度也较大，特别是塑料支架与橡胶在高温模具中一起硫化，在5—20分钟的长时间的硫化过程中，易造成塑料的降解或形态的变化，从而降低工程塑料的性能和使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种汽车用轻量化橡胶减震件的制作方法，该方法工艺简单、成本低，同时通过该方法制造的轻量化橡胶减震件性能好、使用寿命长。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种汽车用轻量化橡胶减震件的制作方法，所述的橡胶减震件由橡胶主簧、塑料支架和金属嵌件组成，所述的制作方法包括如下步骤：
（1）硫化：将橡胶主簧放入到硫化模具中进行硫化处理，对硫化模具施加10—30MPa的硫化压力，控制硫化处理的温度为140—170℃，设定硫化处理的时间为5—20分钟；
（2）涂胶：在经过硫化处理后的橡胶主簧的外表面上涂覆热硫化型胶黏剂，控制热硫化型胶黏剂的涂层厚度为15—40μm；
（3）烘干：将步骤（2）中涂覆有热硫化型胶黏剂的橡胶主簧进行烘干处理，控制烘干温度为50—80℃，设定烘干时间为5—30分钟；
（4）装配：将金属嵌件和步骤（3）中得到的橡胶主簧放入到用于制作塑料支架的模具中；
（5）注塑：将在70—110℃的环境下经过2—5小时烘干处理后的塑料粒子注射到步骤（4）中用于制作塑料支架的模具中，在注塑过程中实现塑料支架及橡胶主簧的粘接，并最终形成汽车用轻量化橡胶减震件；塑料粒子在注塑成型时，熔体温度为270—310℃，模具温度为70—100℃，注塑时间为2—5s，注塑压力为40—100Bar，同时将保压压力设置为注塑压力的30%—60%，控制保压时间为5—20s；
（6）冷却：将步骤（5）中得到的汽车用轻量化橡胶减震件进行冷却处理，冷却时间为10—60s；
（7）吸湿：将步骤（6）中经过冷却处理的汽车用轻量化橡胶减震件进行吸湿处理。
步骤（1）中的橡胶主簧的硫化过程采用目前比较成熟的硫化工艺：通常按配方将生胶、填料、软化剂、促进剂、硫化剂（S或者其它硫化剂）等在开放式炼胶机或密闭式炼胶机中混炼均匀，然后出片，对胶片进行检验，合格后，预成型，最后用模具在硫化压机上进行硫化（也就是C原子与S原子交联成网状结构）。硫化过程中橡胶经过一系列复杂的化学反应，由线型结构变成体型结构，失去了混炼胶的可塑性，具有了交联橡胶的高弹性，进而获得优良的物理机械性能、耐热性、耐溶剂性及耐腐蚀性，提高了橡胶制品的使用和应用价值。
步骤（1）中橡胶主簧的材料选自天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶中的一种或几种任意比例的混合物。天然橡胶、顺丁橡胶和丁苯橡胶是常规的橡胶种类，价格较低，其混炼及硫化工艺成熟，同时这些种类的橡胶机械强度高、疲劳寿命长、生热低、动静比小，是制作减震件的首选胶种。
步骤（2）中的热硫化型胶黏剂选自溴化-2,3-二氯-1,3-丁二烯的均聚物类热硫化型胶黏剂。溴化-2,3-二氯-1,3-丁二烯均聚物类热硫化型胶黏剂，是一种具有较高粘接强度和优良储存稳定性的胶粘剂，使用这种类型的胶黏剂可保证橡胶与金属及塑料间的牢固粘接，同时使得制作完成的减震件在-50℃～250℃的温度环境下依然保持良好的粘接性。此步骤中涂胶可采用手工刷涂或喷涂等方式。
步骤（5）中塑料粒子为玻纤增强塑料，该玻纤增强塑料中增强玻纤的含量为10～60%。增强玻纤具有重量轻、强度高、耐腐蚀、电绝缘性能好、传热慢、热绝缘性好、耐瞬时超高温性能好以及容易着色、能透过电磁波等特性，同时增强玻纤材料的可设计性较强，制作时可一次性成型，避免了其他材料通常所需的二次加工，可大大降低产品的物质消耗，减少人力和物力的浪费，且增强玻纤还是一种节能型材料。增强玻纤在塑料中的添加，使得塑料的机械强度、刚性、耐热性、耐蠕变性和耐疲劳强度有大幅度的提高，且增强玻纤的含量为10—60%时，材料的综合力学性能最佳。
所述的玻纤增强塑料选自聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚苯醚、聚甲醛、聚醚醚酮中一种或几种混合物。此类材料具有优良的耐磨性、耐热性及电性能，机械强度高，能自熄，尺寸稳定性良好。
步骤（7）中吸湿处理采用水煮或蒸汽的方法。
步骤（7）中吸湿处理采用温度为100℃的水煮处理方法，处理时间为1—5小时。
步骤（7）中吸湿处理采用温度为120—180℃的蒸汽处理方法，处理时间为1—3小时。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）与传统工艺相比，本方法先单独硫化橡胶主簧，打破了传统工艺中需将塑料支架与橡胶同步硫化的传统观念，避免了塑料支架因长时间的硫化而降解或形态变化，从而提高了工程塑料的性能和使用寿命；同时先单独硫化橡胶主簧可使模具结构设计简单化，降低了模具的加工成本，且可以设计一模多腔，提高了生产效率；
（2）本方法采用涂覆一层热硫化型胶黏剂，与传统技术中需涂覆底胶和面胶各一层的工序相比，节省了工时，提高了生产效率；
（3）本方法在装配和注塑之前先进行烘干处理，使得橡胶主簧和胶黏剂涂层具有50～80℃的初始温度，缩短了橡胶主簧在模具中的预热时间，提高了塑料的注塑效率，同时保证了胶黏剂在短时间的高温条件下让橡胶与塑料发生协同粘接交联反应；
（4）本方法中的注塑步骤具有双重功能，一是塑料支架的制作成型，二是塑料支架与橡胶主簧的粘接完成。塑料粒子在70—110℃的环境下经过2—5小时烘干处理后，可保证水分的彻底脱除，保证塑料支架与橡胶主簧的顺利粘接；塑料粒子在注塑成型过程中，从熔融，注塑，保压到最后冷却等一系列的动作，并设定了特殊的压力、温度、时间等工艺参数，既保证了塑料支架的顺利成型，同时这些工艺参数可提升胶黏剂的使用效果，进而使得塑料支架与橡胶主簧进行更好的粘接交联反应；
（5）在注塑完成后对成型的橡胶减震件进行冷却处理，冷却时间为10—60s，可使塑料支架与橡胶主簧充分粘接在一起，保证橡胶减震件的稳定性；
（6）对成型的橡胶减震件进行吸湿处理，可增强成型的塑料支架的屈服伸长率和抗冲击强度，保证塑料支架在高温条件下的冲击强度和韧性，且能明显改善塑料支架的低温脆裂问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一：
一种汽车用轻量化橡胶减震件的制作方法，其中橡胶减震件由橡胶主簧、塑料支架和金属嵌件组成，该制作方法包括如下步骤：
（1）硫化：将橡胶主簧2放入到硫化模具中进行硫化处理，对硫化模具施加10MPa的硫化压力，控制硫化处理的温度为140℃，设定硫化处理的时间为20分钟。
此步骤中橡胶主簧的材料选自天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶中的一种或几种任意比例的混合物。
在此步骤中，采用传统混炼工艺制备橡胶主簧2所用的混炼胶料，称取混炼胶的各组份：100g天然橡胶SVR3L，5g氧化锌ZnO，1.5g硬脂酸，1g微晶蜡，8g凡士林，2g防老剂RD，2g防老剂4010NA，10g高耐磨炭黑N330，20g半补强炭黑N774，5g石墨，2.2g硫磺S，0.8g促进剂CZ，0.3g促进剂DM，将天然橡胶SVR3L在开炼机上进行包辊塑炼，加入除硫黄和促进剂外的小料，然后加入炭黑，左右割刀各三次，最后加入硫磺和促进剂，打三角包三次后翻厚出片，制成混炼胶，然后橡胶主簧2在注橡机上进行硫化成型。
（2）涂胶：在经过硫化处理后的橡胶主簧2的外表面上涂覆一层热硫化型胶黏剂，控制热硫化型胶黏剂的涂层厚度为15μm。
此步骤中，热硫化型胶黏剂选自溴化-2,3-二氯-1,3-丁二烯的均聚物类热硫化型胶黏剂，本实施例中热硫化型胶黏剂选用美国LORD公司生产的Chemlock250胶黏剂。
（3）烘干：将步骤（2）中涂覆有热硫化型胶黏剂的橡胶主簧2进行烘干处理，控制烘干温度为50℃，设定烘干时间为30分钟。
（4）装配：将金属嵌件3和步骤（3）中得到的橡胶主簧放入到用于制作塑料支架1的模具中；
（5）注塑：将在70℃的环境下经过5小时烘干处理后的塑料粒子注射到步骤（4）中用于制作塑料支架1的模具中，在注塑过程中实现塑料支架1及橡胶主簧2的粘接，并最终形成汽车用轻量化橡胶减震件；塑料粒子在注塑成型时，熔体温度为270℃，模具温度为70℃，注塑时间为2s，注塑压力为100Bar，同时将保压压力设置为注塑压力的30%，控制保压时间为20s。
此步骤中，塑料粒子为玻纤增强塑料，玻纤增强塑料选自聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚苯醚、聚甲醛、聚醚醚酮中一种或几种混合物，本实施例中塑料粒子选用德国BASF公司生产的Ultramid A3WG10CR bk564，其中增强玻纤的含量为10—60%。
（6）冷却：将步骤（5）中得到的汽车用轻量化橡胶减震件进行冷却处理，冷却时间为10s。
（7）吸湿：将步骤（6）中经过冷却处理的汽车用轻量化橡胶减震件进行吸湿处理。
此步骤中，吸湿处理采用温度为100℃的水煮处理方法，处理时间为1小时。
实施例二：其他部分与实施例一相同，其不同之处在于步骤（1）中硫化时对硫化模具施加20MPa的硫化压力。
实施例三：其他部分与实施例一相同，其不同之处在于步骤（1）中硫化时对硫化模具施加30MPa的硫化压力。
实施例四：其他部分与实施例一或二或三相同，其不同之处在于步骤（1）中硫化时控制硫化处理的温度为155℃,设定硫化处理的时间为10分钟。
实施例五：其他部分与实施例一或二或三相同，其不同之处在于步骤（1）中硫化时控制硫化处理的温度为170℃,设定硫化处理的时间为5分钟。
实施例六：其他部分与实施例一至五中任意一个相同，其不同之处在于步骤（2）中热硫化型胶黏剂的涂层厚度为35μm。
实施例七：其他部分与实施例一至五中任意一个相同，其不同之处在于步骤（2）中热硫化型胶黏剂的涂层厚度为40μm。
实施例八：其他部分与实施例一至七中任意一个相同，其不同之处在于步骤（3）中控制烘干温度为65℃，设定烘干时间为20分钟。
实施例九：其他部分与实施例一至七中任意一个相同，其不同之处在于步骤（3）中控制烘干温度为80℃，设定烘干时间为5分钟。
实施例十：其他部分与实施例一至九中任意一个相同，其不同之处在于步骤（5）：将在90℃的环境下经过3小时烘干处理后的塑料粒子注射到步骤（4）中用于制作塑料支架的模具中，在注塑过程中实现塑料支架及橡胶主簧的粘接，并最终形成汽车用轻量化橡胶减震件；塑料粒子在注塑成型时，熔体温度为300℃，模具温度为85℃，注塑时间为3s，注塑压力为70Bar，同时将保压压力设置为注塑压力的45%，控制保压时间为10s。
实施例十一：其他部分与实施例一至九中任意一个相同，其不同之处在于步骤（5）：将在110℃的环境下经过2小时烘干处理后的塑料粒子注射到步骤（4）中用于制作塑料支架的模具中，在注塑过程中实现塑料支架及橡胶主簧的粘接，并最终形成汽车用轻量化橡胶减震件；塑料粒子在注塑成型时，熔体温度为310℃，模具温度为100℃，注塑时间为5s，注塑压力为40Bar，同时将保压压力设置为注塑压力的60%，控制保压时间为5s。
实施例十二：其他部分与实施例一至十一中任意一个相同，其不同之处在于步骤（6）中冷却时间为60s。
实施例十三：其他部分与实施例一至十二中任意一个相同，其不同之处在于步骤（7）中吸湿处理采用温度为100℃的水煮处理方法，处理时间为4小时。
实施例十四：其他部分与实施例一至十二中任意一个相同，其不同之处在于步骤（7）中吸湿处理采用温度为100℃的水煮处理方法，处理时间为5小时。
实施例十五：其他部分与实施例一至十二中任意一个相同，其不同之处在于步骤（7）中吸湿处理采用温度为120℃的蒸汽处理方法，处理时间为3小时。
实施例十六：其他部分与实施例一至十二中任意一个相同，其不同之处在于步骤（7）中吸湿处理采用温度为180℃的蒸汽处理方法，处理时间为1小时。
上述实施例中制作完成的橡胶减震件，其粘结强度、支架破坏强度及疲劳强度均满足要求，如下表所示：

Claims (8)

1.一种汽车用轻量化橡胶减震件的制作方法，其特征在于所述的橡胶减震件由橡胶主簧、塑料支架和金属嵌件组成，所述的制作方法包括如下步骤：
（1）硫化：将橡胶主簧放入到硫化模具中进行硫化处理，对硫化模具施加10—30MPa的硫化压力，控制硫化处理的温度为140—170℃，设定硫化处理的时间为5—20分钟；
（2）涂胶：在经过硫化处理后的橡胶主簧的外表面上涂覆一层热硫化型胶黏剂，控制热硫化型胶黏剂的涂层厚度为15—40μm；
（3）烘干：将步骤（2）中涂覆有热硫化型胶黏剂的橡胶主簧进行烘干处理，控制烘干温度为50—80℃，设定烘干时间为5—30分钟；
（4）装配：将金属嵌件和步骤（3）中得到的橡胶主簧放入到用于制作塑料支架的模具中；
（5）注塑：将在70—110℃的环境下经过2—5小时烘干处理后的塑料粒子注射到步骤（4）中用于制作塑料支架的模具中，在注塑过程中实现塑料支架及橡胶主簧的粘接，并最终形成汽车用轻量化橡胶减震件；塑料粒子在注塑成型时，熔体温度为270—310℃，模具温度为70—100℃，注塑时间为2—5s，注塑压力为40—100Bar，同时将保压压力设置为注塑压力的30%—60%，控制保压时间为5—20s；
（6）冷却：将步骤（5）中得到的汽车用轻量化橡胶减震件进行冷却处理，冷却时间为10—60s；
（7）吸湿：将步骤（6）中经过冷却处理的汽车用轻量化橡胶减震件进行吸湿处理。
2.如权利要求1所述的一种汽车用轻量化橡胶减震件的制作方法，其特征在于步骤（1）中橡胶主簧的材料选自天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶中的一种或几种任意比例的混合物。
3.如权利要求1所述的一种汽车用轻量化橡胶减震件的制作方法，其特征在于步骤（2）中的热硫化型胶黏剂选自溴化-2,3-二氯-1,3-丁二烯的均聚物类热硫化型胶黏剂。
4.如权利要求1所述的一种汽车用轻量化橡胶减震件的制作方法，其特征在于步骤（5）中塑料粒子为玻纤增强塑料，该玻纤增强塑料中增强玻纤的含量为10—60%。
5.如权利要求4所述的一种汽车用轻量化橡胶减震件的制作方法，其特征在于所述的玻纤增强塑料选自聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚苯醚、聚甲醛、聚醚醚酮中一种或几种混合物。
6.如权利要求1所述的一种汽车用轻量化橡胶减震件的制作方法，其特征在于步骤（7）中吸湿处理采用水煮或蒸汽的方法。
7.如权利要求1或6所述的一种汽车用轻量化橡胶减震件的制作方法，其特征在于步骤（7）中吸湿处理采用温度为100℃的水煮处理方法，处理时间为1—5小时。
8.如权利要求1或6所述的一种汽车用轻量化橡胶减震件的制作方法，其特征在于步骤（7）中吸湿处理采用温度为120—180℃的蒸汽处理方法，处理时间为1—3小时。
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