CN104672892A - 汽车发动机气缸罩盖专用尼龙复合材料及其制备方法 - Google Patents

汽车发动机气缸罩盖专用尼龙复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽车发动机气缸罩盖专用尼龙复合材料，由以下原料混合而成：尼龙30～50％、玻璃纤维20～35％、矿物填料5～15％和助剂2～5％；本发明还公开了这种尼龙复合材料的制备方法，是通过以下的步骤实现的：(1)将预先干燥的尼龙和助剂按照比例在高速混合机内混合至均匀；(2)将上述尼龙混合物通过计量称喂入双螺杆挤出机中，将玻璃纤维和矿物填料分别通过双螺杆挤出机的两个侧喂料口加入，设定挤出工艺条件后，经挤出、冷却、风干、造粒即可得到尼龙复合材料。工艺简单，产品材料具有优异的耐热性能、尺寸稳定性和加工流动性，性能指标达到或超过同类材料，满足发动机汽缸罩盖的性能要求。

Description

汽车发动机气缸罩盖专用尼龙复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种汽车发动机气缸罩盖专用尼龙符合材料及其制备方法，属于汽车发动机气缸罩盖用材料技术领域。
背景技术
近十年来，我国汽车行业经历了高速发展期，汽车轻量化和低排放成为汽车工业的发展方向，原有的金属及高污染化工材料已不适应现代汽车工业对发动机零部件和车身结构件高性能化和轻量化的需求。发动机汽缸罩盖是汽车发动机上较大的零部件，因此对其进行减重轻量化具有重要的实际意义。但是，发动机汽缸罩盖对材料的性能要求十分苛刻。首先，材料必须具有足够高的机械强度(模量和冲击强度等)，以满足汽缸内外压力差或者由振动等带来的负荷；其次，材料必须能够在高达150℃的环境下长期工作，并且能够承受高温机油的腐蚀；另外，材料还必须具有足够高的尺寸稳定性和热老化性能，否则会由于压缩永久变形导致密封力无法保持造成机油泄漏。
玻纤增强尼龙复合材料具有足够高的机械力学性能和耐热性能，可以用作发动机汽缸罩盖的材料。例如，美国首诺公司开发的用于泛达R400G，这种40％玻纤增强PA66材料广泛用作汽车发动机汽缸罩盖材料。但是单纯的使用玻纤增强尼龙，注塑过程中玻纤容易取向，导致零件在熔体流动方向和垂直方向收缩率不一致产生翘曲变形，严重影响零件的使用。在玻纤增强尼龙体系中引入矿粉可以有效的解决这一问题。发动机汽缸罩盖属于大型、结构复杂零件，并且需要很高的高温稳定性，因此，用于汽缸罩盖的材料除具有良好的耐高温性能外，还需要较高的流动性。
发明内容
本发明提供一种发动机气缸罩盖专用尼龙复合材料及其制备方法，产品具有优异的耐热性能，性能指标超过同类产品，同时制备方法简单。
本发明是通过以下的技术方案实现的：
一种发动机气缸罩盖专用尼龙复合材料，是通过以下质量分数的原料混合而成：
尼龙30～50％
玻璃纤维20～35％
矿物填料5～15％
助剂2～5％。
所述尼龙为尼龙66或者尼龙66与PA6的混合物，其中PA66和PA6为中粘尼龙，相对粘度为2.2～3.0。
所述的矿物填料为硅灰石、云母粉或滑石粉中的一种或几种的混合物。
所述助剂包含润滑剂、抗氧剂、耐热剂和着色剂。
所述润滑剂为乙撑双硬酯酰胺、改性乙撑双硬酯酰胺、硅酮粉、金属皂盐、油酸酰胺、芥酸酰胺中的一种或几种。
所述耐热剂为为有机或无机铜化合物。
所述抗氧剂为三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇、N,N′-双(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺)己二胺中的一种或者几种的混合物。
本发明还公开了一种汽车发动机气缸罩盖专用尼龙复合材料的制备方法，是通过以下的步骤实现的：
(1)将预先干燥完成的尼龙和助剂按照质量分数为尼龙30～50％，助剂2～5％的比例在高速混合机内混合至均匀；
(2)将上述尼龙混合物通过计量称喂入双螺杆挤出机中，将玻璃纤维和矿物填料分别通过双螺杆挤出机的两个侧喂料口加入，设定挤出工艺温度、主机转数进行挤出，后经冷却、风干、造粒即可得到尼龙复合材料。
本发明的有益效果为：
1.本发明原料尼龙可以是尼龙66和PA6的复合尼龙，既可以提高复合材料的冲击性能，又能解决尼龙66不易加工的问题。
2.玻纤和矿物填料均经侧喂料口加入，可有效的提高玻纤的保留长度以及保持针状或片状填料的结构，进而提高复合材料的机械性能。
3.通过添加不同种类助剂可以大幅提高复合材料的流动性以及耐高温等性能。经验证，本发明得到的复合材料可以满足发动机汽缸罩盖材料的性能要求。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1
配方：
尼龙为尼龙66(相对粘度2.7)；
无碱短切玻璃纤维为经表面处理的尼龙专用玻纤(巨石集团，ECS11-4.5--568H)；
矿物填料为硅灰石(1250目)；
助剂包含润滑剂、抗氧剂、耐热剂和着色剂；
润滑剂为改性乙撑双硬酯酰胺；
抗氧剂是三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇的混合物；
耐热剂为复合铜盐耐热剂；
着色剂是有机黑色母。
各组分的含量如表1所示。
制备方法：
1)将预先干燥的56.6份的尼龙66及3.4份的助剂，按照比例在高速混合机内混合至均匀；
2)将上述尼龙混合料通过计量称喂入双螺杆挤出机中，将25份玻璃纤维和15份硅灰石均通过双螺杆挤出机的两个侧喂料口加入。挤出工艺条件为：一区温度160，二区温度280，三区温度270，四区温度260，五区温度250，六区温度240，七区温度240，八区温度240，九区温度250，十区温度250，模头温度250。主机转速450转/分钟，经挤出、冷却、风干、造粒即可得到尼龙复合材料。
实施例2
配方：
尼龙为PA66(相对粘度2.7)和PA6(相对粘度2.3)的混合物；
无碱短切玻璃纤维为经表面处理的尼龙专用玻纤(重庆国际，ECS301HP-3)；
矿物填料为硅灰石(1250目)；
助剂包含润滑剂、抗氧剂、耐热剂和着色剂；
润滑剂为改性硅酮粉；
抗氧剂是三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、N,N′-双(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺)己二胺的混合物；
耐热剂为复合铜盐耐热剂；
着色剂是有机黑色母。
各组分的含量如表1所示。
制备方法：
1)将预先干燥的50.6份的尼龙66和6份的尼龙6及3.4份的助剂，按照比例在高速混合机内混合至均匀；
2)将上述尼龙混合料通过计量称喂入双螺杆挤出机中，将25份玻璃纤维和15份硅灰石均通过双螺杆挤出机的两个侧喂料口加入。挤出工艺条件为：一区温度160，二区温度280，三区温度270，四区温度260，五区温度250，六区温度240，七区温度240，八区温度240，九区温度250，十区温度250，模头温度250。主机转速450转/分钟，经挤出、冷却、风干、造粒即可得到尼龙复合材料。
实施例3
尼龙为PA66(相对粘度2.7)和PA6(相对粘度2.3)的混合物；
无碱短切玻璃纤维为经表面处理的尼龙专用玻纤(巨石集团，ECS11-4.5--568H)；
矿物填料为云母粉(800目)；
助剂包含润滑剂、抗氧剂、耐热剂和着色剂；
润滑剂为改性乙撑双硬酯酰胺；
抗氧剂是三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇的混合物；
耐热剂为复合铜盐耐热剂；
着色剂是有机黑色母。
各组分的含量如表1所示。
制备方法：
1)将预先干燥的56.6份的尼龙66和6份的尼龙6及3.4份的助剂，按照比例在高速混合机内混合至均匀；
2)将上述尼龙混合料通过计量称喂入双螺杆挤出机中，将25份玻璃纤维和15份云母粉均通过双螺杆挤出机的两个侧喂料口加入。挤出工艺条件为：一区温度160，二区温度280，三区温度270，四区温度260，五区温度250，六区温度240，七区温度240，八区温度240，九区温度250，十区温度250，模头温度250。主机转速450转/分钟，经挤出、冷却、风干、造粒即可得到尼龙复合材料。
实施例4
尼龙为PA66(相对粘度2.7)和PA6(相对粘度2.3)的混合物；
无碱短切玻璃纤维为经表面处理的尼龙专用玻纤(巨石集团，ECS11-4.5--568H)；
矿物填料为滑石粉(3000目)；
助剂包含润滑剂、抗氧剂、耐热剂和着色剂；
润滑剂为改性乙撑双硬酯酰胺；
抗氧剂是三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇的混合物；
耐热剂为复合铜盐耐热剂；
着色剂是有机黑色母。
各组分的含量如表1所示。
制备方法：
1)将预先干燥的51.4份的尼龙66和6份的尼龙6及2.6份的助剂，按照比例在高速混合机内混合至均匀；
2)将上述尼龙混合料通过计量称喂入双螺杆挤出机中，将25份玻璃纤维和15份滑石粉均通过双螺杆挤出机的两个侧喂料口加入。挤出工艺条件为：一区温度160，二区温度280，三区温度270，四区温度260，五区温度250，六区温度240，七区温度240，八区温度240，九区温度250，十区温度250，模头温度250。主机转速450转/分钟，经挤出、冷却、风干、造粒即可得到尼龙复合材料。
实施例5
尼龙为PA66(相对粘度2.7)和PA6(相对粘度2.3)的混合物；
无碱短切玻璃纤维为经表面处理的尼龙专用玻纤(重庆国际，ECS301HP-3)；
矿物填料为云母粉(800目)；
助剂包含润滑剂、抗氧剂、耐热剂和着色剂；
润滑剂为硅酮粉；
抗氧剂是三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、N,N′-双(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺)己二胺的混合物；
耐热剂为复合铜盐耐热剂；
着色剂是有机黑色母。
各组分的含量如表1所示。
制备方法：
1)将预先干燥的46.3份的尼龙66和10份的尼龙6及3.7份的助剂，按照比例在高速混合机内混合至均匀；
2)将上述尼龙混合料通过计量称喂入双螺杆挤出机中，将25份玻璃纤维和15份云母粉均通过双螺杆挤出机的两个侧喂料口加入。挤出工艺条件为：一区温度160，二区温度280，三区温度270，四区温度260，五区温度250，六区温度240，七区温度240，八区温度240，九区温度250，十区温度250，模头温度250。主机转速450转/分钟，经挤出、冷却、风干、造粒即可得到尼龙复合材料。
实施例6
尼龙为PA66(相对粘度2.7)和PA6(相对粘度2.3)的混合物；
无碱短切玻璃纤维为经表面处理的尼龙专用玻纤(巨石集团，ECS11-4.5--568H)；
矿物填料为云母粉(800目)；
助剂包含润滑剂、抗氧剂、耐热剂和着色剂；
润滑剂为改性乙撑双硬酯酰胺和硅酮粉的混合物；
抗氧剂是三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇的混合物；
耐热剂为复合铜盐耐热剂；
着色剂是有机黑色母。
各组分的含量如表1所示。
制备方法：
1)将预先干燥的41.3份的尼龙66和15份的尼龙6及3.7份的助剂，按照比例在高速混合机内混合至均匀；
2)将上述尼龙混合料通过计量称喂入双螺杆挤出机中，将25份玻璃纤维和15份云母粉均通过双螺杆挤出机的两个侧喂料口加入。挤出工艺条件为：一区温度160，二区温度280，三区温度270，四区温度260，五区温度250，六区温度240，七区温度240，八区温度240，九区温度250，十区温度250，模头温度250。主机转速450转/分钟，经挤出、冷却、风干、造粒即可得到尼龙复合材料。
实施例7
尼龙为PA66(相对粘度2.7)和PA6(相对粘度2.3)的混合物；
无碱短切玻璃纤维为经表面处理的尼龙专用玻纤(巨石集团，ECS11-4.5-568H)；
矿物填料为云母粉(800目)；
助剂包含润滑剂、抗氧剂、耐热剂和着色剂；
润滑剂为硅酮母粒和改性乙撑双硬酯酰胺的混合物；
抗氧剂是三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇的混合物；
耐热剂为复合铜盐耐热剂；
着色剂是有机黑色母。
各组分的含量如表1所示。
制备方法：
1)将预先干燥的46.3份的尼龙66和10份尼龙6及3.7份的助剂，按照比例在高速混合机内混合至均匀；
2)将上述尼龙混合料通过计量称喂入双螺杆挤出机中，将30份玻璃纤维和10份云母粉均通过双螺杆挤出机的两个侧喂料口加入。挤出工艺条件为：一区温度160，二区温度280，三区温度270，四区温度260，五区温度250，六区温度240，七区温度240，八区温度240，九区温度250，十区温度250，模头温度250。主机转速450转/分钟，经挤出、冷却、风干、造粒即可得到尼龙复合材料。
性能测试：
实施例1-7所得复合材料在真空干燥箱内烘干至水分小于0.02％后，按照ISO标准制备样条并测试。其中拉伸性能按照ISO 527测试，拉伸速度10mm/min；弯曲性能按照ISO 178测试，弯曲速度2mm/min；冲击性能按照ISO 179测试；熔融指数按照ISO 1133测试，测试条件为275℃/2.16Kg；热变形温度按照ISO 75测试，负载为1.80MPa。实施例1-7制备的材料以及与进口材料的性能对比如表2所示。
表1：实施例1-7所述制备汽车发动机汽缸罩盖专用料配方中各原材料的质量份
表2：实施例1-7所述制备汽车发动机汽缸罩盖专用料与进口材料的性能
从表2中的性能可以看出，根据本发明所得汽车发动机汽缸罩盖专用尼龙复合材料具有较高的热变形温度，可以满足发动机汽缸罩盖高达150℃的长期工作温度；材料中并用矿物填料，可以有效的解决较大零件翘曲变形的问题；材料还具有较高的流动性，满足注塑体积较大、结构复杂功能件的要求。与对比材料对比，性能完全可以满足汽车发动机汽缸盖罩的要求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种发动机气缸罩盖专用尼龙复合材料，其特征在于是通过以下质量分数的原料混合而成：
尼龙30～50％
玻璃纤维20～35％
矿物填料5～15％
助剂2～5％。
2.如权利要求1所述的发动机气缸罩盖专用尼龙复合材料，其特征在于所述尼龙为尼龙66或者尼龙66与PA6的混合物，其中PA66和PA6为中粘尼龙，相对粘度为2.2～3.0。
3.如权利要求1所述的发动机气缸罩盖专用尼龙复合材料，其特征在于所述的矿物填料为硅灰石、云母粉或滑石粉中的一种或几种的混合物。
4.如权利要求1所述的发动机气缸罩盖专用尼龙复合材料，其特征在于所述助剂包含润滑剂、抗氧剂、耐热剂和着色剂。
5.如权利要求4所述的发动机气缸罩盖专用尼龙复合材料，其特征在于所述润滑剂为乙撑双硬酯酰胺、改性乙撑双硬酯酰胺、硅酮粉、金属皂盐、油酸酰胺、芥酸酰胺中的一种或几种。
6.如权利要求4所述的发动机气缸罩盖专用尼龙复合材料，其特征在于所述耐热剂为为有机或无机铜化合物。
7.如权利要求4所述的发动机气缸罩盖专用尼龙复合材料，其特征在于所述抗氧剂为三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇、N,N′-双(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺)己二胺中的一种或者几种的混合物。
8.一种汽车发动机气缸罩盖专用尼龙复合材料的制备方法，其特征在于是通过以下的步骤实现的：
(1)将预先干燥完成的尼龙和助剂按照质量分数为尼龙30～50％，助剂2～5％的比例在高速混合机内混合至均匀；
(2)将上述尼龙混合物通过计量称喂入双螺杆挤出机中，将玻璃纤维和矿物填料分别通过双螺杆挤出机的两个侧喂料口加入，设定挤出工艺温度、主机转数进行挤出，后经冷却、风干、造粒即可得到尼龙复合材料。
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