CN106084377A - 一种石墨烯改性材料汽车轮毂 - Google Patents

一种石墨烯改性材料汽车轮毂 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯改性材料汽车轮毂，属于汽车零部件领域，旨在提供一种强度高、耐冲击性高的汽车轮毂，包括轮辋、4片轮辐，安装法兰，所述每个轮辐为扇形，所述轮辐和轮辋的横截面成15‑30度，所述轮辋和轮辐由石墨烯改性材料制备，所述石墨烯改性材料的组成按重量比的组成为：基体：100份，石墨烯1‑10份，分散剂，0.5‑1份，抗氧剂1‑5份，偶联剂0.1‑5份。

Description

一种石墨烯改性材料汽车轮毂
技术领域
本发明涉及汽车零部件领域，具体来讲是一种汽车轮毂。
背景技术
随着生活水平的提高，私家车保有量的不断上升，汽车在人们的日常生活中具有重要的作用，而在气候问题日益严峻的当下，对新能源汽车的需求越来越大。而新能源汽车车体的重量直接关系到新能源车的续航里程，所以汽车特别是新能源车的轻量化是整个汽车行业发展的大趋势，在汽车上很多传统由金属材料制成的零部件已经渐渐被质量更轻、性能更优的新型材料特别是新型高分子材料所取代。汽车轮毂是汽车中的重要金属部件，现有的汽车轮毂主要通过钢、铝合金材料制成，一方面，单个轮毂的重量大，增大了整个车身的重量；轮毂的强度、耐冲击强度不足；在汽车高速运转的时候，车轮内部在应力的作用下，易产生内部裂缝，减低了汽车轮毂的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种石墨烯改性材料汽车轮毂，其具有质量轻、耐冲击强度大、导热性好等特点，解决了现有技术中轮毂重、耐冲击强度低、使用寿命短等问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明公开了一种石墨烯改性材料汽车轮毂，其特征在于, 包括轮辋、4片轮辐，安装法兰，所述每个轮辐为扇形，所述轮辐和轮辋的横截面成15-30度，所述轮辋和轮辐石墨烯改性材料制备。所述石墨烯改性材料的组成按重量比的组成为：
基体：100份，石墨烯1-10份，分散剂，0.5-1份，抗氧剂1-5份，偶联剂0.1-5份。
作为优选，所述的石墨烯改性材料的基体为金属材料、热固性材料、热塑性材料、纤维材料的一种或几种的混合物，其中所述热塑性材料的树脂基体可以聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛，聚碳酸酯，聚酰胺、丙烯酸类塑料、其它聚烯侵及其共聚物、聚讽、聚苯醚，氯化聚醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯 (PBT)、 聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)、 聚苯硫醚 (PPS)、 聚醚醚酮的一种或几种共混物合金。
作为优选，所述石墨烯为层数在10-300的多层石墨烯，所述分散剂为乙烯基双硬脂酰胺、硬脂酸单甘油酯、三硬脂酸甘油酯、硬脂酸钡的一种或几种，
所述抗氧剂为2，6-三级丁基-4-甲基苯酚、双（3，5-三级丁基-4-羟基苯基）硫醚、四〔β-(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯的一种或几种。
本发明同时提供了一种石墨烯改性材料汽车轮毂的制备方法，制备流程如下：
一、将石墨烯加入到偶联反应罐中，打开搅拌装置，搅拌使其旋转，将偶联剂和乙醚按照1：0.5配置成溶液后，直接喷洒在石墨烯中，控制搅拌装置的旋转速度为4000转/分钟-6000转/分钟，使得混合物的温度达到120摄氏度，反应10-20分钟后，在100-150℃下烘干10-30分钟制得改性石墨烯；
二、将石墨烯、分散剂、抗氧剂、偶联剂充分混合后加入到挤出机，旋转为2000转/分钟，温度为100-150摄氏度。
三、挤出造粒得到石墨烯增强热塑性材料；
四、将石墨烯增强热塑性材料加热加入模具中，得到石墨烯改性材料汽车轮毂 。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明的优异效果是：
一、在基体材质中加入石墨烯之后，通过石墨烯在基体相中形成的“海岛结构”，“ 海岛结构” 的形成会在不损失基体力学性能、 耐热性能的前提下， 使材料的韧性大幅度提高，石墨烯边缘的-COOH基团与基体产生的化学键反应， 使部分石墨烯能够形成类似于“ 裂纹钉锚效应” 的作用， 这种作用不仅限制了裂纹前端的整体发展，而且钉锚点的桥联力还能够对其附近的裂纹起到抑制作用，使其发展方向从纵向转变为横向发展。由于以上“ 海岛结构”和“ 裂纹钉锚效应” 的协同作用，石墨烯对环氧复合材料起到了较好的增韧效果。另外，石墨烯与环氧的界面在受到外力作用时，会首先在石墨烯两极形成空穴，在应力尚未达到基体屈服应力时，具有超强柔韧性的石墨烯便开始产生形变，并通过形变吸收能量，大量能量的消耗使复合材料韧性得到提高，提高了轮毂的使用寿命。
二、由于纤维、塑料等基体的重量远远小于金属合金，所制成的产品质量较金属轮毂重量减少30%-50%，大大降低了车体的重量，将本发明提供的轮毂新能源车具有广泛的用途，可大大提高新能源车的续航里程。
附图说明
图1是本发明公开的轮毂的截面图；
图中标记：1-轮辋，2-轮辐，3-安装法兰。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
具体实施例1：本实施例公开了一种石墨烯改性材料汽车轮毂，包括轮辋1、4片轮辐2，安装法兰3，所述每个轮辐2为扇形，所述轮辐2和轮辋1的横截面成15-30度，所述轮辋1和轮辐2由石墨烯改性材料制备，其中石墨烯改性材料的组成按重量比的组成为：
基体：100份，石墨烯1份，分散剂，0.5份，抗氧剂1份，偶联剂0.1份。
其中，基体为钢；石墨烯为层数在10的多层石墨烯；分散剂为乙烯基双硬脂酰胺；所述抗氧剂为2，6-三级丁基-4-甲基苯酚；偶联剂为铬络合物偶联剂。
本实施例同时公开了上述石墨烯改性材料汽车轮毂的制备方法，所述制备流程如下：
一、将石墨烯加入到偶联反应罐中，打开搅拌装置，搅拌使其旋转，将偶联剂和乙醚按照1：0.5配置成溶液后，直接喷洒在石墨烯中，控制搅拌装置的旋转速度为4000转/分钟-6000转/分钟，使得混合物的温度达到120摄氏度，反应10-20分钟后，在100-150℃下烘干10-30分钟制得改性石墨烯；
二、将石墨烯、分散剂、抗氧剂、偶联剂充分混合后加入到挤出机，旋转为2000转/分钟，温度为100-150摄氏度。
三、挤出造粒得到石墨烯增强热塑性材料；
四、将石墨烯增强热塑性材料加热加入模具中，得到石墨烯改性材料汽车轮毂。
具体实施例2：本实施例公开了一种石墨烯改性材料汽车轮毂，包括轮辋1、4片轮辐2，安装法兰3，所述每个轮辐2为扇形，所述轮辐2和轮辋1的横截面成30度，所述轮辋1和轮辐2由石墨烯改性材料制备，其中石墨烯改性材料的组成按重量比的组成为：
基体：100份，石墨烯10份，分散剂， 1份，抗氧剂5份，偶联剂5份。
其中，基体为聚乙烯；石墨烯为层数在300的多层石墨烯；分散剂为硬脂酸钡；所述抗氧剂为四〔β-(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯；偶联剂为硅烷偶联剂。
本实施例同时公开了上述石墨烯改性材料汽车轮毂的制备方法，所述制备流程如下：
一、将石墨烯加入到偶联反应罐中，打开搅拌装置，搅拌使其旋转，将偶联剂和乙醚按照1：0.5配置成溶液后，直接喷洒在石墨烯中，控制搅拌装置的旋转速度为4000转/分钟-6000转/分钟，使得混合物的温度达到120摄氏度，反应10-20分钟后，在100-150℃下烘干10-30分钟制得改性石墨烯；
二、将石墨烯、分散剂、抗氧剂、偶联剂充分混合后加入到挤出机，旋转为2000转/分钟，温度为100-150摄氏度。
三、挤出造粒得到石墨烯增强热塑性材料；
四、将石墨烯增强热塑性材料加热加入模具中，得到石墨烯改性材料汽车轮毂。
具体实施例3：本实施例公开了一种石墨烯改性材料汽车轮毂，包括轮辋1、4片轮辐2，安装法兰3，所述每个轮辐2为扇形，所述轮辐2和轮辋1的横截面成20度，所述轮辋1和轮辐2由石墨烯改性材料制备，其中石墨烯改性材料的组成按重量比的组成为：
基体：100份，石墨烯5份，分散剂，0.8份，抗氧剂3份，偶联剂2份。
其中，基体为聚甲醛；石墨烯为层数在50的多层石墨烯；分散剂为硬脂酸单甘油酯；所述抗氧剂为双（3，5-三级丁基-4-羟基苯基）硫醚；偶联剂为钛酸酯偶联剂。
本实施例同时公开了上述石墨烯改性材料汽车轮毂的制备方法，所述制备流程如下：
一、将石墨烯加入到偶联反应罐中，打开搅拌装置，搅拌使其旋转，将偶联剂和乙醚按照1：0.5配置成溶液后，直接喷洒在石墨烯中，控制搅拌装置的旋转速度为4000转/分钟-6000转/分钟，使得混合物的温度达到120摄氏度，反应10-20分钟后，在100-150℃下烘干10-30分钟制得改性石墨烯；
二、将石墨烯、分散剂、抗氧剂、偶联剂充分混合后加入到挤出机，旋转为2000转/分钟，温度为100-150摄氏度。
三、挤出造粒得到石墨烯增强热塑性材料；
四、将石墨烯增强热塑性材料加热加入模具中，得到石墨烯改性材料汽车轮毂。
具体实施例4：本实施例公开了一种石墨烯改性材料汽车轮毂，包括轮辋1、4片轮辐2，安装法兰3，所述每个轮辐2为扇形，所述轮辐2和轮辋1的横截面成15度，所述轮辋1和轮辐2由石墨烯改性材料制备，其中石墨烯改性材料的组成按重量比的组成为：
基体：100份，石墨烯5份，分散剂，0.7份，抗氧剂3份，偶联剂5份。
其中，基体为聚酰胺；石墨烯为层数在100的多层石墨烯；分散剂为三硬脂酸甘油酯；所述抗氧剂为2，6-三级丁基-4-甲基苯酚，偶联剂采用锆类偶联剂
本实施例同时公开了上述石墨烯改性材料汽车轮毂的制备方法，所述制备流程如下：
一、将石墨烯加入到偶联反应罐中，打开搅拌装置，搅拌使其旋转，将偶联剂和乙醚按照1：0.5配置成溶液后，直接喷洒在石墨烯中，控制搅拌装置的旋转速度为4000转/分钟-6000转/分钟，使得混合物的温度达到120摄氏度，反应10-20分钟后，在100-150℃下烘干10-30分钟制得改性石墨烯；
二、将石墨烯、分散剂、抗氧剂、偶联剂充分混合后加入到挤出机，旋转为2000转/分钟，温度为100-150摄氏度。
三、挤出造粒得到石墨烯增强热塑性材料；
四、将石墨烯增强热塑性材料加热加入模具中，得到石墨烯改性材料汽车轮毂。
以下为实施1-4下汽车轮毂在国家标准测试下的性能指标：
性能 单位 现有的轮毂 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 备注（检测依据）
重量 KG 9-12 6.2 6.3 6.5 6.8
悬壁梁冲击韧性 (+25℃ ) KJ/m2 25 42 41 43 45 ISO180-2000/A
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种石墨烯改性材料汽车轮毂，其特征在于, 包括轮辋（1）、4片轮辐（2），安装法兰（3），所述每个轮辐（2）为扇形，所述轮辐（2）和轮辋（1）的横截面成15-30度，所述轮辋（1）和轮辐（2）由石墨烯改性材料制备。
2.根据权利要求1所述的石墨烯改性材料汽车轮毂，其特征在于,所述石墨烯改性材料的组成按重量比的组成为：
基体：100份，石墨烯1-10份，分散剂，0.5-1份，抗氧剂1-5份，偶联剂0.1-5份。
3.根据权利要求2所述的一种石墨烯改性材料汽车轮毂，其特征在于，所述的石墨烯改性材料的基体为金属材料、热固性材料、热塑性材料、纤维材料的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求3所述的石墨烯改性材料汽车轮毂，其特征在于，所述热塑性材料的树脂基体为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛，聚碳酸酯，聚酰胺、丙烯酸类塑料、其它聚烯侵及其共聚物、聚讽、聚苯醚，氯化聚醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯 (PBT)、 聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)、 聚苯硫醚 (PPS)、 聚醚醚酮的一种或几种共混物合金。
5.根据权利要求2-4任一项所述的石墨烯改性材料汽车轮毂，其特征在于所述石墨烯为层数在10-300的多层石墨烯。
6.根据权利要求2-4任一项所述的石墨烯改性材料汽车轮毂，其特征在于所述分散剂为乙烯基双硬脂酰胺、硬脂酸单甘油酯、三硬脂酸甘油酯、硬脂酸钡的一种或几种。
7.根据权利要求2-4任一项所述的石墨烯改性材料汽车轮毂，其特征在于所述抗氧剂为2，6-三级丁基-4-甲基苯酚、双（3，5-三级丁基-4-羟基苯基）硫醚、四〔β-(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯的一种或几种。
8.根据权利要求4所述的石墨烯改性材料汽车轮毂的制备方法，其特征在于，所述制备流程如下：
一、将石墨烯加入到偶联反应罐中，打开搅拌装置，搅拌使其旋转，将偶联剂和乙醚按照1：0.5配置成溶液后，直接喷洒在石墨烯中，控制搅拌装置的旋转速度为4000转/分钟-6000转/分钟，使得混合物的温度达到120摄氏度，反应10-20分钟后，在100-150℃下烘干10-30分钟制得改性石墨烯；
二、将石墨烯、分散剂、抗氧剂、偶联剂充分混合后加入到挤出机，旋转为2000转/分钟，温度为100-150摄氏度;
三、挤出造粒得到石墨烯增强热塑性材料；
四、将石墨烯增强热塑性材料加热加入模具中，得到石墨烯改性材料汽车轮毂。
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