CN103881560B - 一种基于氰酸酯的斜盘 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于氰酸酯的斜盘，由基板与耐磨涂层组成，所述耐磨涂层由以下质量配比的组分组成：氰酸酯／环氧树脂共聚物40-60份、PTFE20-50份、二硫化钼10-30份、氟化石墨5-10份、增强材料1-10份。本发明公开的耐磨涂料的组成合理，耐热性与粘接性优异，基于此的斜盘具有优异的耐磨性，无论是干态还是油态摩擦性能远远优于现有树脂制备的斜盘，能够满足汽车空调压缩机的需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车空调压缩机斜盘，具体涉及一种基于氰酸酯的斜盘。
背景技术
汽车空调压缩机是汽车空调系统的关键部件，其中斜盘式空调压缩机以其结构简单、调节可靠、机器的平衡性能较好、可达到较高的转速等优点，成为目前汽车空调系统中应用最普遍的压缩机，约占乘用车市场份额的80％左右，而且有进一步扩大的趋势。
斜盘式空调压缩机中，斜盘与穿过斜盘的主轴同速转动，斜盘通过滑履与活塞连接驱动活塞做往复运动，再通过吸气与排气的单向控制完成气体的压缩；斜盘转速可控制活塞往复运动的频率，斜盘和主轴之间的角度可以调节，由斜盘的倾斜角控制活塞往复运动行程的大小。斜盘的性能直接决定压缩机的寿命，因此是斜盘式空调压缩机非常关键的部件。
斜盘式空调压缩机运动初期，润滑油尚未到达斜盘表面，斜盘需要在没有润滑油的干燥条件下运行；在润滑油到达斜盘的表面之后，斜盘仍需在高速和高载荷下运行(转速和载荷不断变化)，所以说，斜盘的运行条件是非常苛刻的，因此要求斜盘在无润滑油状态(干摩擦)和润滑油状态下都具有良好的耐磨和抗卡塞性能。
斜盘是在钢或铝的基板上沉积一层厚度为20～30微米的高分子层，该高分子层为二硫化钼、石墨、PTFE和基础树脂以及部分增强材料所构成的耐磨涂层，又称滑动接触层。斜盘的制备与选材直接决定了斜盘的性能，包括斜盘的耐磨性、耐热性以及自润滑性。基础树脂在耐磨涂层中起到粘接的作用，并且由于树脂材料的固有缺陷，其耐热性较其他组分偏低，因此，要求构成斜盘的基础树脂除了具有优异的粘接性、耐磨性外，还需具有好的耐热性。
现有的用于斜盘制备的基础树脂一般为聚酰亚胺或者聚酰胺酰亚胺，其能够一定程度上改善斜盘的自润滑性能，但是由此构成的耐磨涂层的摩擦性，特别是干摩擦性能，以及粘接性还需提高；另外还有一些关于将聚醚酮、聚醚砜或者聚醚砜酮材料用于斜盘的报道，此类材料具有一定的耐热性，但是粘接性差，与其余材料的相容性差；并且现有的基础树脂不能溶于诸如丙酮的常规溶剂，都需要毒性较大、不环保的溶剂才能溶解，有害于社会环境，同时现有的基础树脂的固化工艺很苛刻，都需要超过300℃，时间都为几小时，不仅增加制备难度，更增加了社会能耗。
所以寻找一种高分子材料作为基础树脂，既能满足斜盘的耐磨、耐热性，又能够简化斜盘的制备，同时环保，很有必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于氰酸酯的斜盘，其既有优异的耐热性、耐磨性，而且固化后无需机加工即可满足安装精度要求。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于氰酸酯的斜盘，由基板与耐磨涂层组成，所述耐磨涂层由以下质量配比的组分组成：
所述氰酸酯／环氧树脂共聚物由以下质量配比的原料共聚制得：
氰酸酯单体100份
环氧树脂单体5-20份
催化剂0.01-0.05份
共聚时的温度为100℃，时间为30分钟；
所述催化剂的制备为：将氯化甲基锡与巯基乙胺溶于乙醇，60℃反应3小时；然后升温至回流温度，反应2小时；最后减压除去溶剂得到无色透明液体为催化剂；其中氯化甲基锡与巯基乙胺的摩尔比为1∶(3-4)。
优选的，所述基板的材质为45#钢。45#钢广泛用于机械制造，具有机械性能好、强度高和切削加工性能好等优点；其综合力学性能要优于其他中碳结构钢，具有较高的强度和韧性等优点。
上述技术方案中，所述PTFE的粒径为1-10um；所述二硫化钼的粒径为1-5um；所述氟化石墨的粒径为1-10um；所述纳米三氧化二铝的粒径为20-100nm；优选的，所述PTFE的粒径为3-5um；所述二硫化钼的粒径为2-3um；所述氟化石墨的粒径为3-5um；所述纳米三氧化二铝的粒径为40-60nm。
优选的技术方案中，所述耐磨涂层由以下质量配比的组分组成：
上述技术方案中，所述斜盘的制备包括以下步骤：
(1)耐磨涂层的配制：将氰酸酯／环氧树脂共聚物溶于丙酮得到质量浓度为35-40％的共聚物丙酮溶液；然后将PTFE、二硫化钼、氟化石墨以及增强材料纳米三氧化二铝混合均匀，得到固体润滑剂；最后将共聚物丙酮溶液与固体润滑剂混合均匀，得到耐磨涂层溶液；
(2)喷涂：先将基板在100℃预热；然后在基板两侧喷涂耐磨涂层溶液；溶液喷出量10-15g；喷涂时间2-3s；
(3)固化：喷涂有耐磨涂层的基板经过固化，得到所述基于氰酸酯的斜盘；固化工艺为：120℃保温10分钟，再升温至150℃保温10分钟，然后升温至180℃保温10分钟，再升温至200℃保温10分钟，最后升温至240℃保温10分钟。
优选的技术方案中，所述步骤(2)中基板在喷涂耐磨涂层溶液前经过表面磷化或钛化处理，提高了耐磨涂层与基板的结合强度。
氰酸酯／环氧树脂共聚物虽然被报道过，但各个具体的部件对其性能的要求全然不同，有的需要良好的电性能，有的看中优异的力学性能，其中如何得到性能适合的共聚物是各个应用的关键，本发明利用环氧树脂改善了氰酸酯的韧性，同时未降低其粘接性与耐热性，以此为基础获得的斜盘耐热、耐磨性优异。
本发明制备的基础树脂可以溶于丙酮常规溶剂配成共聚物溶液，再与其余组分混合，然后喷涂至基板两侧；所利用的聚合物与其余组分相容性好，能够使得其余组分在其中分散均匀，这对于斜盘很重要，因为斜盘的耐磨涂层很薄，若是构成涂层的各组分相容性差，会导致基板表面的涂层分布不均、缺陷很多，严重影响斜盘的稳定性与使用寿命。
在加热条件下，热固性树脂会进一步固化，形成交联结构，从而体现出树脂的优异性能，此时，加热条件，包括温度与时间，对树脂的固化程度有影响，从而影响固化树脂的性能，进一步影响斜盘的性能；并且催化剂对氰酸酯的固化以及固化后的性能影响很大，特别对于用于斜盘的树脂来说，要求树脂在预聚制备共聚物的时候多发生共聚，并且聚合慢，在固化时，要求三嗪环快速生成以保证耐磨涂层的性能，同时环氧树脂与氰酸酯的固化过程需要接近。本发明热处理得到的耐磨涂层固化合理，由此得到的斜盘性能优异。
本发明中氰酸酯单体可选用常规氰酸酯单体，比如双酚A型氰酸酯单体或者双酚F氰酸酯单体；环氧树脂单体可选用常规环氧树脂单体，比如双酚A型环氧树脂单体或者酚醛环氧树脂单体。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
(1)本发明公开的用于汽车空调压缩机斜盘的基础树脂可以溶于丙酮，后处理温度低、时间短，耐热性好，与其余组分的相容性佳，以此为基础配制的耐磨涂层与基板粘接良好。
(2)本发明公开的斜盘用耐磨涂料组成合理，各组分分布均匀，与基底材料粘接优异，并且喷涂厚度易于调控，固化后无须机加工即可满足安装精度要求。
(3)本发明将可以溶于丙酮的基础树脂配成共聚物溶液，再与其余组分混合，然后喷涂至基板两侧，经加热得到斜盘，无需再精加工；制备过程简单可控，避免了现有技术中有毒溶剂的使用，降低了后处理条件，既环保，又降低了成本。
(4)本发明利用氰酸酯／环氧树脂共聚物作为基础树脂，配合其余合理组分制备得到的斜盘耐磨性能、耐热性能优异，外观均匀光滑，是一种性能优异、成本低、环保的汽车空调压缩机斜盘。
具体实施方式
下面结合实施例、对比例对本发明做进一步详细的说明。
合成例一
催化剂的制备：
将氯化甲基锡与巯基乙胺溶于乙醇，60℃反应3小时；然后升温至回流温度，反应2小时；最后减压除去溶剂得到无色透明液体为催化剂。氯化甲基锡与巯基乙胺的摩尔比为1∶3。该催化剂在100℃的预聚温度下，缓慢的催化氰酸酯与环氧的聚合；当温度升至150℃以上的时候，快速催化树脂固化。
实施例一
一种基于氰酸酯的斜盘，制备包括以下步骤：
(1)共聚物的制备，100℃下，将1000g双酚A氰酸酯单体、0.1g催化剂与50g双酚A环氧树脂单体加入到烧杯中，反应30分钟，将液体倒入托盘中，自然冷却得到固体即为氰酸酯／环氧树脂共聚物；
(2)耐磨涂层的配制：将氰酸酯／环氧树脂共聚物溶于丙酮得到质量浓度为35％的共聚物丙酮溶液；然后将PTFE、二硫化钼、氟化石墨以及增强材料纳米三氧化二铝混合均匀，得到固体润滑剂；最后将共聚物丙酮溶液与固体润滑剂混合均匀，得到耐磨涂层溶液；各组分的质量配比为：
(3)喷涂：先将基板45#钢在100℃预热；然后在基板两侧喷涂耐磨涂层溶液；溶液喷出量为10g；喷涂时间为3s；
(4)固化：喷涂有耐磨涂层的基板经过固化，得到所述基于氰酸酯的斜盘；固化工艺为：150℃保温10分钟，再升温至200℃保温10分钟，然后升温至220℃保温10分钟，最后升温至240℃保温10分钟。
实施例二
一种基于氰酸酯的斜盘，制备包括以下步骤：
(1)共聚物的制备，100℃下，将1000g双酚F氰酸酯单体、0.2g催化剂与双酚A环氧树脂单体加入到烧杯中，反应30分钟，将液体倒入托盘中，自然冷却得到固体即为氰酸酯／环氧树脂共聚物；
(2)耐磨涂层的配制：将氰酸酯／环氧树脂共聚物溶于丙酮得到质量浓度为40％的共聚物丙酮溶液；然后将PTFE、二硫化钼、氟化石墨以及增强材料纳米三氧化二铝混合均匀，得到固体润滑剂；最后将共聚物丙酮溶液与固体润滑剂混合均匀，得到耐磨涂层溶液；各组分的质量配比为：
(3)喷涂：先将基板45#钢在100℃预热；然后在基板两侧喷涂耐磨涂层溶液；溶液喷出量15g；喷涂时间为2s；
(4)固化：喷涂有耐磨涂层的基板经过固化，得到所述基于氰酸酯的斜盘；固化工艺为：150℃保温10分钟，再升温至200℃保温10分钟，然后升温至220℃保温10分钟，最后升温至240℃保温10分钟。
实施例三
一种基于氰酸酯的斜盘，制备包括以下步骤：
(1)共聚物的制备，100℃下，将1000g双酚A氰酸酯单体、0.3g催化剂与200g酚醛环氧树脂单体加入到烧杯中，反应30分钟，将液体倒入托盘中，自然冷却得到固体即为氰酸酯／环氧树脂共聚物；
(2)耐磨涂层的配制：将氰酸酯／环氧树脂共聚物溶于丙酮得到质量浓度为40％的共聚物丙酮溶液；然后将PTFE、二硫化钼、氟化石墨以及增强材料纳米三氧化二铝混合均匀，得到固体润滑剂；最后将共聚物丙酮溶液与固体润滑剂混合均匀，得到耐磨涂层溶液；各组分的质量配比为：
(3)喷涂：先将基板45#钢在100℃预热；然后在基板两侧喷涂耐磨涂层溶液；溶液喷出量为15g；喷涂时间为3s；
(4)固化：喷涂有耐磨涂层的基板经过固化，得到所述基于氰酸酯的斜盘；固化工艺为：150℃保温10分钟，再升温至200℃保温10分钟，然后升温至220℃保温10分钟，最后升温至240℃保温10分钟。
实施例四
一种基于氰酸酯的斜盘，制备包括以下步骤：
(1)共聚物的制备，100℃下，将1000g双酚A氰酸酯单体、0.25g催化剂与105g双酚A环氧树脂单体加入到烧杯中，反应30分钟，将液体倒入托盘中，自然冷却得到固体即为氰酸酯／环氧树脂共聚物；
(2)耐磨涂层的配制：将氰酸酯／环氧树脂共聚物溶于丙酮得到质量浓度为38％的共聚物丙酮溶液；然后将PTFE、二硫化钼、氟化石墨以及增强材料纳米三氧化二铝混合均匀，得到固体润滑剂；最后将共聚物丙酮溶液与固体润滑剂混合均匀，得到耐磨涂层溶液；各组分的质量配比为：
(3)喷涂：先将基板45#钢在100℃预热；然后在基板两侧喷涂耐磨涂层溶液；溶液喷出量为13g；喷涂时间为3s；
(4)固化：喷涂有耐磨涂层的基板经过固化，得到所述基于氰酸酯的斜盘；固化工艺为：150℃保温10分钟，再升温至200℃保温10分钟，然后升温至220℃保温10分钟，最后升温至240℃保温10分钟。
实施例五
一种基于氰酸酯的斜盘，制备包括以下步骤：
(1)共聚物的制备，100℃下，将1000g双酚A氰酸酯单体、0.5g催化剂与15g酚醛环氧树脂单体加入到烧杯中，反应30分钟，将液体倒入托盘中，自然冷却得到固体即为氰酸酯／环氧树脂共聚物；
(2)耐磨涂层的配制：将氰酸酯／环氧树脂共聚物溶于丙酮得到质量浓度为36％的共聚物丙酮溶液；然后将PTFE、二硫化钼、氟化石墨以及增强材料纳米三氧化二铝混合均匀，得到固体润滑剂；最后将共聚物丙酮溶液与固体润滑剂混合均匀，得到耐磨涂层溶液；各组分的质量配比为：
(3)喷涂：先将基板45#钢在100℃预热；然后在基板两侧喷涂耐磨涂层溶液；溶液喷出量15g；喷涂时间3s；
(4)固化：喷涂有耐磨涂层的基板经过固化，得到所述基于氰酸酯的斜盘；固化工艺为：150℃保温10分钟，再升温至200℃保温10分钟，然后升温至220℃保温10分钟，最后升温至240℃保温10分钟。
对比例一
一种基于氰酸酯的斜盘，制备包括以下步骤：
(1)共聚物的制备，100℃下，将1000g双酚F氰酸酯单体、0.3g催化剂与300g酚醛环氧树脂单体加入到烧杯中，反应50分钟，将液体倒入托盘中，自然冷却得到固体即为氰酸酯／环氧树脂共聚物；
(2)耐磨涂层的配制：将氰酸酯／环氧树脂共聚物溶于丙酮得到质量浓度为35％的共聚物丙酮溶液；然后将PTFE、二硫化钼、氟化石墨以及增强材料纳米三氧化二铝混合均匀，得到固体润滑剂；最后将共聚物丙酮溶液与固体润滑剂混合均匀，得到耐磨涂层溶液；各组分的质量配比为：
(3)喷涂：先将基板45#钢在100℃预热；然后在基板两侧喷涂耐磨涂层溶液；溶液喷出量15g；喷涂时间3s；
(4)固化：喷涂有耐磨涂层的基板经过固化，得到所述基于氰酸酯的斜盘；固化工艺为：150℃保温10分钟，再升温至200℃保温10分钟，然后升温至220℃保温10分钟，最后升温至240℃保温10分钟。
对比例二
一种基于聚酰亚胺的斜盘，制备包括以下步骤：
(1)耐磨涂层的配制：将聚酰亚胺树脂溶于N-甲基吡咯烷酮得到质量浓度为35％的聚酰亚胺溶液；然后将PTFE、二硫化钼、氟化石墨以及增强材料纳米三氧化二铝混合均匀，得到固体润滑剂；最后将聚酰亚胺溶液与固体润滑剂混合均匀，得到耐磨涂层溶液；各组分的质量配比为：
(2)喷涂：在基板45#钢两侧喷涂耐磨涂层溶液；溶液喷出量15g；喷涂时间3s；
(3)固化：喷涂有耐磨涂层的基板经过固化，得到所述基于聚酰亚胺的斜盘；固化工艺为：50℃保温30分钟，再升温至300℃保温60分钟，然后升温至320℃保温30分钟，最后升温至350℃保温100分钟。
对比例三
一种基于聚酰胺酰亚胺的斜盘，制备包括以下步骤：
(1)耐磨涂层的配制：将聚酰胺酰亚胺树脂溶于N-甲基吡咯烷酮得到质量浓度为35％的聚酰胺酰亚胺溶液；然后将PTFE、二硫化钼、氟化石墨以及增强材料纳米三氧化二铝混合均匀，得到固体润滑剂；最后将聚酰胺酰亚胺溶液与固体润滑剂混合均匀，得到耐磨涂层溶液；各组分的质量配比为：
(2)喷涂：在基板45#钢两侧喷涂耐磨涂层溶液；溶液喷出量14g；喷涂时间2s；
(3)固化：喷涂有耐磨涂层的基板经过固化，得到所述基于聚酰胺酰亚胺的斜盘；固化工艺为：50℃保温30分钟，再升温至300℃保温60分钟，然后升温至320℃保温30分钟，最后升温至350℃保温100分钟。
将实施例一、二、三、四、五以及对比例一、二、三制备的斜盘上的高分子层刮下，进行热失重性能测试，以热失重5％时的温度为初始分解温度，考察各耐磨涂料层的耐热性；根据根据GB1720测试了上述各实施例以及对比例中耐磨涂料的附着力，考察各耐磨涂料层的粘接性；具体结果见表1，可以看出本发明公开的耐磨涂料的组成合理，耐热性与粘接性优异。
表1实施例、对比例中耐磨涂料层的表征
对斜盘进行干摩擦和喷油条件下的抗卡塞测试：
干摩擦测试，测试时间为40分钟，室温开始，要求光滑无磨损
试验机：三销／盘型卡塞试验机
压力：5Mpa
转速：800rpm
滑动状态：制冷气体(无)
试样尺寸：外径96mm，内径64mm
喷油测试，测试时间为100小时，室温开始，要求光滑无磨损
试验机：三销／盘型卡塞试验机
压力：5Mpa
转速：4500rpm
滑动状态：喷油雾、制冷气体(无)
试样尺寸：外径96mm，内径64mm
对上述斜盘进行耐磨涂料层抗咬合测试：干态或者油态下，用三个直径为12mm的半钢球的平面作为对磨件在斜盘上滑动，对磨件和斜盘间的载荷是5N／mm2，对磨件与斜盘的相对运动速度为3.35m／s或者18.8m／s，摩擦，测试到斜盘涂层磨光，所记时间即为咬合时间，其越大说明斜盘耐摩擦性越好。上述耐磨测试结果与咬合时间结果见表2。
表2斜盘的各项技术指标
从表2可以看出，本发明的斜盘具有优异的耐磨性，无论是干态还是油态摩擦性能远远优于现有技术制备的斜盘。
Claims (5)
1.一种基于氰酸酯的斜盘，由基板与耐磨涂层构成，其特征在于：所述耐磨涂层由以下质量配比的组分组成：
所述氰酸酯/环氧树脂共聚物由以下质量配比的原料共聚制得：
氰酸酯单体100份
环氧树脂单体5-20份
催化剂0.01-0.05份
共聚时的温度为100℃，时间为30分钟；
所述催化剂的制备为：将氯化甲基锡与巯基乙胺溶于乙醇，60℃反应3小时；然后升温至回流温度，反应2小时；最后减压除去溶剂得到无色透明液体为催化剂；其中氯化甲基锡与巯基乙胺的摩尔比为1∶(3-4)。
2.根据权利要求1所述基于氰酸酯的斜盘，其特征在于：所述基板的材质为45#钢。
3.根据权利要求1所述基于氰酸酯的斜盘，其特征在于：
所述PTFE的粒径为1-10μm；
所述二硫化钼的粒径为1-5μm；
所述氟化石墨的粒径为1-10μm；
所述纳米三氧化二铝的粒径为20-100nm。
4.根据权利要求3所述基于氰酸酯的斜盘，其特征在于：
所述PTFE的粒径为3-5μm；
所述二硫化钼的粒径为2-3μm；
所述氟化石墨的粒径为3-5μm；
所述纳米三氧化二铝的粒径为40-60nm。
5.根据权利要求1所述基于氰酸酯的斜盘，其特征在于：所述耐磨涂层由以下质量配比的组分组成：
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160413 Termination date: 20170331 |