CN108394398A - 一种汽车塑料真空罐及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车塑料真空罐，包括上盖、下盖和密封圈，上盖和下盖通过密封圈密封连接，上盖和下盖均是采用以下原料组分混合注塑而成，原料组分包括：聚丙烯、VAE乳液、聚甲基丙烯酸甲酯、高密度聚乙烯、抗氧化剂、增塑剂和耐磨剂；本发明还公开了汽车塑料真空罐的制备工艺，包括原料预处理、设备预处理、塑化、注射、保压、冷却成型、脱模和换模等工艺步骤。本发明针对金属真空罐质量重，能源浪费严重，生产工序复杂，无法长时间抵抗恶劣环境等技术问题进行改进；本发明生产的汽车塑料真空罐具有高低温气密性好、耐压性较高、耐湿热环境，同时还具有较高的抗氧化、耐磨性能，完全达到了真空储罐的使用标准。

Description

一种汽车塑料真空罐及其制备工艺

技术领域

本发明涉及汽车刹车助力系统用真空罐领域，尤其涉及一种汽车塑料真空罐及其制备工艺。

背景技术

长期以来，燃油车都是汽车行业的主力军。不过，随着环境污染日趋加重，石油资源逐渐枯竭等问题的出现，新能源汽车开始成为车市新的增长点。推动高污染、高排放的传统燃油车向零排放或者低排放的新能源汽车过渡，已是汽车行业必由之路。传统的燃油汽车主要通过发动机的旋转来不断地抽真空，以保证有一定的刹车助力。而在现有的电动汽车中，发动机己被电动机替换掉，混合动力汽车中的发动机也不是一直在工作，而且电动机不能像发动机那样一直旋转，因此刹车的效果远不如传统的燃油汽车。所以在电动汽车或混合动力汽车中就需要配设一种刹车助力系统，尤其是电动汽车的真空刹车助力系统。而真空助力器是刹车助力系统的重要部件，它是利用发动机空气进气歧管形成的真空与外部大气压力的压差，借助于膜片式动力活塞将制动踏力放大，推动制动总泵工作。决定电动汽车真空刹车助力系统功能好坏的最大因素就是刹车系统所提供真空度的优劣程度，真空刹车助力系统需要能够为刹车系统提供足够压力的真空源。而真空源的压力大小又与存储真空的真空罐质量有关，因此真空罐的改良和改进已经成为了提升刹车助力系统好坏的重要课题。并且随着汽车轻量化、低污染标准的提出，在提高真空罐真空存储性能的同时，也需要降低真空罐的罐体重量，以提高电动汽车的使用效率。而目前市场上用来作为存储真空的真空罐大都是采用铁质或不锈钢质材料制成，真空罐自身的重量在汽车行驶过程中也加大了对能源的浪费。并且铁质或不锈钢质真空罐制造时往往采用冲压、焊接、喷塑、组装、点胶固化等一系列加工工序，焊接过程中易出现焊渣、虚焊、变形等问题；并且不锈钢真空罐上的进、出气接口往往采用外加的L形配件在罐体顶部进行钻孔螺纹安装，因此L形配件在进气口和出气孔的螺纹安装角度往往不能很好控制，这也为后续的安装、美观程度带来了难题。

如果采用塑料件作为真空罐为真空刹车助力系统存储真空，其完全可以达到铁质罐体的功能，并降低能源消耗；由于真空罐作为真空刹车助力系统中的重要零部件，其质量的好坏直接影响刹车系统的安全性能，因此必须要对真空罐进行严格生产，质量严格把控。目前工程塑料最常用的就是聚丙烯塑料，聚丙烯是一种半结晶的热塑性塑料，具有较高的耐冲击性，机械性质强韧，抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀，但是单一的聚丙烯材料往往又不具备较好的耐磨性、耐热性和抗氧化性，同时在机械强度方面也存在不足，因此必须要对聚丙烯进行改性加工，使得其达到作为真空储罐的标准。同时现有的塑料注塑工艺，往往注塑温度把控不严，配料不均，生产出来的塑料往往较脆，机械强度往往达不到要求，材料对于温度的变化往往较为敏感，从而导致其性能也得不到发挥。本发明针对以上技术问题进行改进，公开了一种汽车塑料真空罐及其制备工艺，本发明具有高低温气密性好、耐压性较高、耐湿热环境，同时还具有较高的抗氧化、耐磨性能，完全达到了真空储罐的使用标准。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种汽车塑料真空罐及其制备工艺，以解决现有技术中的金属真空罐质量重，能源浪费严重，生产工序复杂以及现有的塑料制品强度不高，耐氧化性能差，不耐磨，高低温气密性差，无法长时间抵抗恶劣环境等技术问题，同时也对塑料制品的生产工艺进行改进；本发明生产的汽车塑料真空罐具有高低温气密性好、耐压性较高、耐湿热环境，同时还具有较高的抗氧化、耐磨性能，完全达到了真空储罐的使用标准。为解决以上技术问题，本发明公开的技术方案如下：

本发明公开了一种汽车塑料真空罐，包括上盖、下盖和密封圈，上盖和下盖通过密封圈密封连接，上盖和下盖均是采用以下原料组分混合注塑而成，原料组分包括：聚丙烯、VAE乳液、聚甲基丙烯酸甲酯、高密度聚乙烯、抗氧化剂、增塑剂和耐磨剂；

其中，聚丙烯是一种半结晶的热塑性塑料，具有较高的耐冲击性，机械性质强韧，抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀；

VAE乳液是醋酸乙烯-乙烯共聚乳液的简称，是以醋酸乙烯和乙烯单体为基本原料，加入乳化剂和引发剂通过高压乳液聚合方法共聚而成的高分子乳液；同时，VAE乳液还具有永久的柔韧性、能够耐紫外线老化、具有良好的混容性和良好的粘接性；

聚甲基丙烯酸甲酯以丙烯酸及其酯类聚合所得到的聚合物，具有良好的化学稳定性、和耐候性；

高密度聚乙烯具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好等特点。

进一步的，为了更好的提高真空罐的机械性能和抗恶劣环境的性能，原料组分的重量含量为：

进一步的，抗氧化剂为2，6-二叔丁基对甲酚和/或四[亚甲基β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。

进一步的，增塑剂为邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二丁酯或环氧乙酰蓖麻油酸甲酯；耐磨剂为白炭黑或有机硅塑料耐磨剂。

进一步的，密封圈采用聚苯硫醚材料制成，其具有耐高温，耐腐蚀和优越的机械性能。

进一步的，为了更好的规范塑料真空罐生产工序，本发明还公开了塑料真空罐的制备工艺，包括以下制备步骤：

步骤一、上盖和下盖的制备

1)原料预处理

将称量好的聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和高密度聚乙烯混合均匀后用干燥箱进行干燥，干燥时间为2～3h；然后将VAE乳液、抗氧化剂、增塑剂和耐磨剂再一同加入干燥箱中并混合均匀，再持续干燥1～2h，得到均混料，备用；

2)设备预处理

将注塑机的注射筒温度控制在230～250℃，热流道温度控制在265～280℃，并将注塑嘴温度控制在285～290℃，注塑机内模具温度控制在85～90℃，注塑压力控制在3～5MPa；

3)塑化

将1)中的均混料倒入2)中的注射筒中进行塑化、熔融，塑化时间控制在120～150s；

4)注射

将熔融状态下的原料混合物经注塑机热流道注射到注塑机的定模和动模中；

5)保压

通过均匀注射进行保压，保压时间为3～5s；

6)冷却成型

将熔融状态的原料混合物充满注塑机动模和注塑机定模中进行冷却成型，冷却时间控制在10～15s；

7)脱模

为了防止塑料件粘模，脱模采用压缩空气方法进行脱模，制得上盖；

8)换模

上盖制作完成后，换上下盖模具，按照上述1)～7)的方法制得下盖；

步骤二、密封圈的制备

将密封圈制备所需原材料依次经过原料预处理、设备预处理、塑化、注射、保压、冷却成型和脱模处理后，注塑成圆环形结构；

步骤三、合腔焊装

将步骤一中注塑成的上盖和下盖分别安装在密封圈的两个开口端面处，并且上盖与下盖的位置对正，用热风焊枪对所述密封圈进行加热熔融，使得上盖与下盖密封连接。

进一步的，为了防止易吸湿性材料聚甲基丙烯酸甲酯以及其他原料中混有水分，导致塑料制品易产生气泡、银纹等缺陷，1)中干燥箱的温度控制在90～95℃。

进一步的，为了防止注塑速度过大导致塑料成型后会存有气泡，速度过慢会导致塑料成型温度、重量不均匀，4)中注射的速度控制在30～40mm/s，注射压力控制在135bar。

进一步的，为了防止注塑件出现熔接线，凹陷，飞边和翘曲变形等现象，5)中保压的压力控制在55～85bar。

本发明公开了一种汽车塑料真空罐，本发明公开的塑料真空罐相比于现有的金属真空罐具有生产工艺简单、易加工成型、不易腐蚀等特点，同时采用本发明公开的注塑工艺，注塑成型的真空罐具有高低温气密性好、耐压性较高、耐湿热环境，同时还具有较高的抗氧化、耐磨性能，完全达到了真空储罐的使用标准。

附图说明

图1为汽车塑料真空罐结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

实施例1公开了一种汽车塑料真空罐，如图1所示，包括上盖1、下盖2和密封圈3，上盖1和下盖2通过密封圈3密封连接，上盖1和下盖2均是采用以下原料组分混合注塑而成，原料组分包括：55千克聚丙烯、20千克VAE乳液、15千克聚甲基丙烯酸甲酯、15千克高密度聚乙烯、0.3千克2，6-二叔丁基对甲酚、5千克邻苯二甲酸丁苄酯和1千克白炭黑；密封圈3采用聚苯硫醚材料制成。

本发明还公开了塑料真空罐的制备工艺，包括以下制备步骤：

步骤一、上盖和下盖的制备

1)原料预处理

将称量好的聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和高密度聚乙烯混合均匀后用干燥箱进行干燥，干燥箱的温度控制在90℃干燥时间为2h；然后将VAE乳液、2，6-二叔丁基对甲酚、邻苯二甲酸丁苄酯和白炭黑再一同加入干燥箱中并混合均匀，再持续干燥2h，得到均混料，备用；

2)设备预处理

将注塑机的注射筒温度控制在230℃，热流道温度控制在265℃，并将注塑嘴温度控制在285℃，注塑机内模具温度控制在85℃，注塑压力控制在3MPa；

3)塑化

将1)中的均混料倒入2)中的注射筒中进行塑化、熔融，塑化时间控制在120s；

4)注射

将熔融状态下的原料混合物经注塑机热流道注射到注塑机的定模和动模中；注射的速度控制在30mm/s，注射压力控制在135bar。

5)保压

通过均匀注射进行保压，保压时间为3s，保压的压力控制在55～85bar；

6)冷却成型

将熔融状态的原料混合物充满注塑机动模和注塑机定模中进行冷却成型，冷却时间控制在10s；

7)脱模

为了防止塑料件粘模，脱模采用压缩空气方法进行脱模，制得上盖；

8)换模

上盖制作完成后，换上下盖模具，按照上述1)～7)的方法制得下盖；

步骤二、密封圈的制备

将密封圈制备所需原材料依次经过原料预处理、设备预处理、塑化、注射、保压、冷却成型和脱模处理后，注塑成圆环形结构；

步骤三、合腔焊装

将步骤一中注塑成的上盖和下盖分别安装在密封圈的两个开口端面处，并且上盖与下盖的位置对正，用热风焊枪对所述密封圈进行加热熔融，使得上盖与下盖密封连接。

实施例2

实施例2公开了一种汽车塑料真空罐，包括上盖1、下盖2和密封圈3，上盖1和下盖2通过密封圈3密封连接，上盖1和下盖2均是采用以下原料组分混合注塑而成，原料组分包括：60千克聚丙烯、25千克VAE乳液、18千克聚甲基丙烯酸甲酯、20千克高密度聚乙烯、0.3千克2，6-二叔丁基对甲酚和0.2千克四[亚甲基β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯混合物、8千克邻苯二甲酸二丁酯和2千克有机硅塑料耐磨剂；密封圈采用聚苯硫醚材料制成。

本发明还公开了塑料真空罐的制备工艺，包括以下制备步骤：

步骤一、上盖和下盖的制备

1)原料预处理

将称量好的聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和高密度聚乙烯混合均匀后用干燥箱进行干燥，干燥箱的温度控制在95℃；干燥时间为3h；然后将VAE乳液、2，6-二叔丁基对甲酚和四[亚甲基β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯混合物、邻苯二甲酸二丁酯和有机硅塑料耐磨剂再一同加入干燥箱中并混合均匀，再持续干燥2h，得到均混料，备用；

2)设备预处理

将注塑机的注射筒温度控制在250℃，热流道温度控制在280℃，并将注塑嘴温度控制在290℃，注塑机内模具温度控制在90℃，注塑压力控制在5MPa；

3)塑化

将1)中的均混料倒入2)中的注射筒中进行塑化、熔融，塑化时间控制在150s；

4)注射

将熔融状态下的原料混合物经注塑机热流道注射到注塑机的定模和动模中；注射的速度控制在40mm/s，注射压力控制在135bar；

5)保压

通过均匀注射进行保压，保压时间为5s，保压的压力控制在55～85bar；

6)冷却成型

将熔融状态的原料混合物充满注塑机动模和注塑机定模中进行冷却成型，冷却时间控制在15s；

7)脱模

为了防止塑料件粘模，脱模采用压缩空气方法进行脱模，制得上盖；

8)换模

上盖制作完成后，换上下盖模具，按照上述1)～7)的方法制得下盖；

步骤二、密封圈的制备

将密封圈制备所需原材料依次经过原料预处理、设备预处理、塑化、注射、保压、冷却成型和脱模处理后，注塑成圆环形结构；

步骤三、合腔焊装

将步骤一中注塑成的上盖和下盖分别安装在密封圈的两个开口端面处，并且上盖1与下盖2的位置对正，用热风焊枪对密封圈3进行加热熔融，使得上盖1与下盖2密封连接。

实施例3

实施例3公开了一种汽车塑料真空罐，包括上盖1、下盖2和密封圈3，上盖1和下盖2通过密封圈3密封连接，上盖1和下盖2均是采用以下原料组分混合注塑而成，原料组分包括：60千克聚丙烯、23千克VAE乳液、17千克聚甲基丙烯酸甲酯、18千克高密度聚乙烯、0.5千克四[亚甲基β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、7千克环氧乙酰蓖麻油酸甲酯和2千克白炭黑；密封圈采用聚苯硫醚材料制成。

本发明还公开了塑料真空罐的制备工艺，包括以下制备步骤：

步骤一、上盖和下盖的制备

1)原料预处理

将称量好的聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和高密度聚乙烯混合均匀后用干燥箱进行干燥，干燥箱的温度控制在93℃；干燥时间为3h；然后将VAE乳液、四[亚甲基β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、环氧乙酰蓖麻油酸甲酯和白炭黑再一同加入干燥箱中并混合均匀，再持续干燥2h，得到均混料，备用；

2)设备预处理

将注塑机的注射筒温度控制在250℃，热流道温度控制在280℃，并将注塑嘴温度控制在290℃，注塑机内模具温度控制在90℃，注塑压力控制在5MPa；

3)塑化

将1)中的均混料倒入2)中的注射筒中进行塑化、熔融，塑化时间控制在150s；

4)注射

将熔融状态下的原料混合物经注塑机热流道注射到注塑机的定模和动模中；注射的速度控制在40mm/s，注射压力控制在135bar；

5)保压

通过均匀注射进行保压，保压时间为5s，保压的压力控制在55～85bar；

6)冷却成型

将熔融状态的原料混合物充满注塑机动模和注塑机定模中进行冷却成型，冷却时间控制在15s；

7)脱模

为了防止塑料件粘模，脱模采用压缩空气方法进行脱模，制得上盖；

8)换模

上盖制作完成后，换上下盖模具，按照上述1)～7)的方法制得下盖；

步骤二、密封圈的制备

将密封圈制备所需原材料依次经过原料预处理、设备预处理、塑化、注射、保压、冷却成型和脱模处理后，注塑成圆环形结构；

步骤三、合腔焊装

将步骤一中注塑成的上盖和下盖分别安装在密封圈的两个开口端面处，并且上盖1与下盖2的位置对正，用热风焊枪对密封圈3进行加热熔融，使得上盖1与下盖2密封连接。

试验检测项目：

1、高低温密封性试验：

将真空罐置于120℃±3℃干燥环境中，保持24h后取出，进行密封性试验：真空罐抽真空，达到66.7kPa真空度，保持15s。常温保持1小时后，再将其置于-40℃±3℃干燥环境中，保持24h。然后进行密封性试验：真空罐抽真空，达到66.7kPa真空度，保持15s。

2、高温存储试验：

将试验样件置于高温试验箱中进行储存；存储温度T＝130℃；存储时间：200小时；

3、低温存储试验：

将试验样件置于低温环境中存储；存储温度T＝-40℃，存储时间：72小时；

4、高低温耐压试验：

真空罐连接到一个真空度为100kPa的真空源上，然后真空罐置于80℃±3℃干燥环境中，保持24h后取出，常温保持1小时后，再将其置于-40℃±3℃干燥环境中，保持24h。

5、温度交变试验：

将试验样件置于高低温交变试验箱中进行高低温交变循环冲击；温度循环：-40℃～125℃；样品在最终温度的停留时间各为0.5小时；转换时间△T<3分钟；循环次数N＝200；

6、湿热存储试验：

将试验样件置于高低温湿热试验箱中进行存储；存储温度T＝85±3℃；存储湿度为85±3％RH；存储时间120小时；

7、压力爆破试验：

向真空罐内以0.1kpa/s的速度增加压力至500kpa

8、振动试验：

将试验样件沿X、Y、Z三轴方向固定在振动设备上，进行持续振动测试；振动参数依据：频率10-60Hz，振幅1.2mm；频率10-60Hz，加速度30m/s2，每个方向试验8h±1h；

9、跌落试验：

将试验样件分别以X、Y、Z三轴方向从1.0m高度自由跌落至水泥地，测试高度：1.00m±0.05m；

10、盐雾试验：

将试验样件放入盐雾环境中存储；存储时间：144小时；

11、风化试验：

试验后的样件外观(目视观察)无裂纹、无粉化、不变形、不发粘、无银纹等异常现象；12、耐磨性试验：

将试验样件，用含有5％/活化剂的溶液洗，将样件放入表面摩擦机上，压紧力矩10N，进行5000次循环试验，结束后检测试验样件表面情况，应无花纹交错；允许有轻微的表面光泽。

13、耐臭氧试验：

将其试片裁成长10Omm、宽10mm、厚(2.0±0.2)mm的条状,拉伸20％,将其放置在(5O±5)pphm×(23±2)℃的臭氧老化箱中,72h后取出观察，试片不得有龟裂等现象；

14、耐刮擦试验：

试样尺寸为50mm×50mm。应在零部件可视表面进行，每个划痕只能朝单一方向刻画一次，然后用色差仪，与未划痕表面进行色差比较。

15、耐光照老化试验：

试验设备为旋转式水冷氙灯老化机，试样尺寸145mm×65mm，准备4个试样，其中1个试样作为试验后对比试样。辐照能量600kJ/m2。试验后的样件外观(目视观察)无裂纹、无粉化、不变形、不发粘、无银纹等异常现象；灰度等级≥4级；

16、气味性试验：

在温度20±2℃，湿度65％±5％环境下，取三块100*100大小的样品；将样品放置在温度为85±2℃的热控制室中保温3小时，然后将样件取出，无异味，气味性等级≥4级；

17、耐冲击试验：

(1)将样件在-30℃保存3h；

(2)恢复常温后，从1m高处自由落体，坠向10mm厚钢板或100mm厚混凝土平台；

(3)前、后、左、右、上、下各坠一次；

18、耐冷冲击性试验：

将总成放置在-40℃±3℃的低温环境中4h，并用500g金属球从300mm处对试验件表面进行冲击，不允许出现开裂、变形等缺陷；

经过以上实验检测项目检测后，本发明生产的真空罐完全符合上述检测要求，目前标准1.6L的不锈钢金属真空罐重量为805.7g，而采用本发明生产的塑料罐重量仅为400g。完全符合新能源汽车要求的使用标准。

Claims (9)

1.一种汽车塑料真空罐，包括上盖、下盖和密封圈，所述上盖和下盖通过所述密封圈密封连接，其特征在于，所述上盖和下盖均是采用以下原料组分混合注塑而成，所述原料组分包括：聚丙烯、VAE乳液、聚甲基丙烯酸甲酯、高密度聚乙烯、抗氧化剂、增塑剂和耐磨剂。

2.如权利要求1所述的汽车塑料真空罐，其特征在于，所述原料组分的重量含量为：

3.如权利要求1所述的汽车塑料真空罐，其特征在于，所述抗氧化剂为2，6-二叔丁基对甲酚和/或四[亚甲基β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。

4.如权利要求1所述的汽车塑料真空罐，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二丁酯或环氧乙酰蓖麻油酸甲酯；所述耐磨剂为白炭黑或有机硅塑料耐磨剂。

5.如权利要求1所述的汽车塑料真空罐，其特征在于，所述密封圈采用聚苯硫醚材料制成。

6.一种如权利要求1-5任一所述汽车塑料真空罐的制备工艺，其特征在于，

包括以下制备步骤：

步骤一、上盖和下盖的制备

1)原料预处理

将称量好的聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和高密度聚乙烯混合均匀后用干燥箱进行干燥，干燥时间为2～3h；然后将VAE乳液、抗氧化剂、增塑剂和耐磨剂再一同加入所述干燥箱中并混合均匀，再持续干燥1～2h，得到均混料，备用；

2)设备预处理

将注塑机的注射筒温度控制在230～250℃，热流道温度控制在265～280℃，并将注塑嘴温度控制在285～290℃，注塑机内模具温度控制在85～90℃，注塑压力控制在3～5MPa；

3)塑化

将1)中的均混料倒入2)中的注射筒中进行塑化、熔融，塑化时间控制在120～150s；

4)注射

将熔融状态下的原料混合物经注塑机热流道注射到注塑机的定模和动模中；

5)保压

通过均匀注射进行保压，保压时间为3～5s；

6)冷却成型

将熔融状态的原料混合物充满注塑机动模和注塑机定模中进行冷却成型，冷却时间控制在10～15s；

7)脱模

脱模采用压缩空气方法进行脱模，制得上盖；

8)换模

上盖制作完成后，换上下盖模具，按照上述1)～7)的方法制得下盖；

步骤二、密封圈的制备

将密封圈制备所需原材料依次经过原料预处理、设备预处理、塑化、注射、保压、冷却成型和脱模处理后，注塑成圆环形结构；

步骤三、合腔焊装

将步骤一中注塑成的上盖和下盖分别安装在所述密封圈的两个开口端面处，并且上盖与下盖的位置对正，用热风焊枪对所述密封圈进行加热熔融，使得所述上盖与下盖密封连接。

7.如权利要求6所述汽车塑料真空罐的制备工艺，其特征在于，1)中所述干燥箱的温度控制在90～95℃。

8.如权利要求6所述汽车塑料真空罐的制备工艺，其特征在于，4)中注射的速度控制在30～40mm/s，注射压力控制在135bar。

9.如权利要求6所述汽车塑料真空罐的制备工艺，其特征在于，5)中保压的压力控制在55～85bar。