CN108997748A - 一种汽车拉杆球头套及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车配件技术领域，具体涉及一种汽车拉杆球头套，通过如下重量份的原料加工得到：改性尼龙66 25‑55份，橡胶改性尼龙20‑40份，无碱玻纤10‑30份，碳纤维10‑20份，硅烷偶联剂KH‑550 1‑5份，无机纳米粒子5‑15份和相容剂1‑5份；克服了传统环形钢环作为球头套与球头互相磨损严重的缺陷，将与无碱玻纤复配改性的尼龙66作为球头套，具有良好的耐磨性及抗冲击性能，使球头与球头套之间为软接触，不会对球头造成磨损，延长了球头使用寿命，保证了汽车拉杆球头总成的正常工作；还提供了该拉杆球头套的制备方法，制备得到颗粒状的制作球头套的优良的改性尼龙复合材料。

Description

一种汽车拉杆球头套及其制备方法

技术领域

本发明涉及汽车配件技术领域，具体涉及一种汽车拉杆球头套及其制备方法。

背景技术

汽车拉杆球头总成是汽车底盘上的一组部件，由横拉杆分总成、直拉杆分总成和上、下悬挂球头等组成，保证车轮转向及跳动的安全性，是独立悬架底盘转向系统中的关键零件。因此，转向拉杆球头总成的设计和制造水平，直接影响车辆行驶的平稳性，如果设计和制造技术存在问题，会使车辆方向盘松动、发抖或者回位困难，甚至方向失灵，造成严重后果。

现有技术中，汽车拉杆球头是在一定的压力条件下铆压装配的，拉杆球头的固定中架为环形钢环，与球头直接接触相当于滚珠轴承的保持架作用。虽然有一定的压力调节作用，但是由于受汽车严酷的工作条件影响，如反复摩擦、振动、启动力矩的变化等，造成钢件表面的严重磨损而变形，影响钢件持续发挥其支撑限位作用。

拉杆球头运动过程中，与钢件之间反复摩擦，两者之间为刚性接触，相互作用力强，磨损一段时间不仅会造成环形钢件表面的损坏，而且会使拉杆球头表面弧度发生扭曲，影响方向盘操控动作的连贯性，并且影响汽车转向的准确性。在汽车行驶过程中，存在较大的安全隐患。

此外，由于汽车拉杆球头是铆压装配在环形钢环内的，长时间使用后，极易老化而难以拆卸下来。当钢环磨损严重时，只能更换整个拉杆球头总成，造成资源浪费。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种汽车拉杆球头套，克服了传统环形钢环作为球头套与球头互相磨损严重的缺陷，将与无碱玻纤复配改性的尼龙66作为球头套，具有良好的耐磨性及抗冲击性能，使球头与球头套之间为软接触，不会对球头造成磨损，延长了球头使用寿命，保证了汽车拉杆球头总成的正常工作。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种汽车拉杆球头套，通过如下重量份的原料加工得到：改性尼龙66 25-55份，橡胶改性尼龙20-40份，无碱玻纤10-30份，碳纤维10-20份，硅烷偶联剂KH-550 1-5份，无机纳米粒子5-15份和相容剂1-5份。

通过采用上述技术方案，橡胶改性尼龙使尼龙中加入了橡胶的弹性及韧性，提高成品球头套的弹性，避免过脆而易折或局部断裂。用硅烷偶联剂KH-550处理无碱玻纤与碳纤维后与改性尼龙66混杂，提高复合材料的综合性能，使其拉伸强度和弯曲强度达到纯尼龙66的2.6倍和2.8倍，从而保证球头套兼具高机械强度与韧性。通过无机纳米粒子和相容剂对无碱玻纤改性，提高无碱玻纤与改性尼龙66的界面相容性，保证改性尼龙66与无碱玻纤较好相容，改善玻纤在改性尼龙66中的分散性，提高复合材料的表面光洁度。此外，无机纳米粒子在无碱玻纤表层形成保护层，保护无碱玻纤表面不被破坏，提高球头套的复合材料的环境耐候性和抗疲劳性能。

作为优选，其通过如下重量份的原料加工得到：改性尼龙66 30-45份，橡胶改性尼龙25-35份，无碱玻纤15-25份，碳纤维15-20份，硅烷偶联剂KH-550 1-3份，无机纳米粒子5-10份和相容剂1-3份。

通过采用上述技术方案，进一步优化了原料配比，使复合材料的综合性能更佳，从而提高球头套的力学性能。

作为优选，所述橡胶改性尼龙通过橡胶共聚物与尼龙6原位聚合改性而成。

作为优选，所述橡胶共聚物通过丁腈橡胶、乙烯-锌烯共聚物和偶联剂A-172共聚得到。

通过采用上述技术方案，丁腈橡胶 NBR(Nitrile-Butadiene Rubber)是由丁二烯和丙烯腈经乳液共聚而成的聚合物，具有良好的耐磨性及耐老化性。尼龙6的化学物理特性和尼龙66很相似，但它的熔点较低，抗冲击性和抗溶解性比尼龙66塑料要好，但吸湿性更强。为了降低尼龙6的吸湿性，提高尼龙6的机械特性，通过丁腈橡胶与尼龙6原位聚合改性，有效降低了尼龙6的吸湿性，进一步提高了尼龙6的抗冲击性能。橡胶改性尼龙兼具尼龙6的抗冲击性和丁腈橡胶的耐磨性及耐老化性，综合性能良好。

作为优选，所述改性尼龙66通过POE-g-ITA共混改性而成。

作为优选，POE-g-ITA的共混质量分数为15-25%。

通过采用上述技术方案，POE-g-ITA为衣康酸（ITA）接枝乙烯-1-辛烯共聚物，用其与尼龙66共混改性，当POE-g-ITA的质量分数为15-25%时，共混物发生了脆-韧的转变，并且质量分数为20%时，共混物的悬梁缺口冲击强度为85kJ/m²，比纯尼龙66提高近19倍。但是随着POE-g-ITA 含量的增加，共混物的缺口冲击强度显著增大，拉伸强度、弯曲强度和弯曲弹性模量有一定程度下降，断裂伸长率增大，熔体流动速率降低，吸水率明显下降，因此，本发明限定POE-g-ITA的共混质量分数为15-25%。

作为优选，所述无碱玻纤表面涂覆有氧化石墨烯涂层。

通过采用上述技术方案，在无碱玻纤表面涂覆氧化石墨烯涂层，增加了无碱玻纤的力学性能，可显著提高其强度和弯曲模量，从而提高球头套的力学性能。

作为优选，所述无机纳米粒子包括纳米二氧化硅、纳米碳酸钙及纳米蒙脱土中的一种或多种。

通过采用上述技术方案，无机纳米粒子在无碱玻纤表层形成保护层，保护无碱玻纤表面不被破坏，提高球头套的复合材料的环境耐候性和抗疲劳性能。并且，纳米二氧化硅、纳米碳酸钙及纳米蒙脱土为成核剂和辅助增强剂，与无碱玻纤复配，起到纳米双增强效果，较单一增强剂效果好。

作为优选，所述相容剂为马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物。

通过采用上述技术方案，马来酸酐接枝相容剂通过引入强极性反应性基团，使材料具有高的极性和反应性，是一种高分子界面偶联剂、相容剂、分散促进剂。增加了改性尼龙66及橡胶改性尼龙与无碱玻纤之间的粘接力，能大大提高复合材料的相容性和无碱玻纤的分散性，从而提高球头套的复合材料的拉伸、冲击强度等机械强度，改善了加工流变性，提高了成品球头套的表面光洁度。

本发明的另一个目的是提供一种汽车拉杆球头套的制备方法，其包括如下操作步骤：

（1）将上述重量份的改性尼龙66，橡胶改性尼龙，碳纤维，硅烷偶联剂KH-550，无机纳米粒子和相容剂，混合搅拌均匀，加入双螺杆挤出机料斗；

（2）将无碱玻纤从双螺杆挤出机的中段加入，挤出造粒，得到颗粒状的球头套料；

（3）将上述颗粒状的球头套料于模具中注塑成型，得到成品球头套。

通过采用上述技术方案，先通过双螺杆挤出机将各原料按照重量份共混，挤出造粒，得到颗粒状的制作球头套的改性尼龙复合材料。然后将改性尼龙复合材料注入注塑机内，注塑得到球头套。将制备得到的球头套套在母模内，将装配好的汽车拉杆球头固定在公模上，公模向下压，将球头挤入球头套内，完成球头套的安装。

在本发明安装有球头套的球头外侧加装刚性配件支撑，使球头与球头套直接接触，避免了刚性接触及磨损对球头的损坏，延长了球头的使用寿命。球头套具有韧性及韧性，当其老化后，可以直接从球头上拆卸下来，进行更换，无需替换掉整个汽车拉杆球头总成，节约资源。

综上所述，本发明具有如下有益效果：

（1）用丁腈橡胶改性处理尼龙6，得到的橡胶改性尼龙，兼具丁腈橡胶的耐磨性、耐老化性及气密性与尼龙6的抗冲击性，使橡胶改性尼龙综合性能好；

（2）POE-g-ITA与尼龙66共混改性，使共混物发生了脆-韧的转变，处理后的改性尼龙66增强、增韧；

（3）无机纳米粒子和相容剂对无碱玻纤改性，提高无碱玻纤与改性尼龙66的界面相容性，提高球头套复合材料的表面光洁度；并且，无机纳米粒子在无碱玻纤表层形成保护层，提高了球头套的复合材料的环境耐候性和抗疲劳性能。

（4）将POE-g-ITA共混处理后的改性尼龙66、丁腈橡胶改性处理的橡胶改性尼龙、无机纳米粒子和相容剂改性处理的无碱玻纤复配共混，兼具有三种改性材料的优良性能，使最终的成品球头套具有良好的抗冲击性、耐磨性及抗疲劳性能，延长了球头套及球头的使用寿命，保证了汽车拉杆球头总成的正常工作；

（5）球头套具有韧性及韧性，当其老化后，直接从球头上拆卸下来，进行更换，无需替换掉整个汽车拉杆球头总成，节约资源。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的内容进行进一步的解释和说明。

本发明中的尼龙66，尼龙6和无碱玻纤均为市售，且选自巨石集团；改性尼龙66是通过双螺杆挤出机熔融挤出尼龙66与POE-g-ITA的共混物，制备得到的，并且保证POE-g-ITA在共混物中的共混质量分数为15-25%。无碱玻纤表面事先涂覆有氧化石墨烯涂层。丁腈橡胶、乙烯-锌烯共聚物和偶联剂A-172在密炼机中密炼、下料过滤后，得到橡胶共聚物；将橡胶共聚物与尼龙6进行原位聚合改性，得到橡胶改性尼龙。其余原料均为市售。为了便于简洁描述，下面各实施例中不再对改性尼龙66、橡胶改性尼龙及无碱玻纤的处理及来源进行阐述，但各实施例均是在该处理后的原料基础上进行的。

实施例1

一种汽车拉杆球头套，下述重量份一份为10g，通过如下步骤制备得到：

（1）称取改性尼龙66 55份，橡胶改性尼龙20份，碳纤维10份，硅烷偶联剂KH-550 5份，纳米二氧化硅5份和马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物1份，加入高速混料机中，控制转速为300rpm/min，充分混合搅拌均匀后，加入双螺杆挤出机主喂料斗；

（2）称取无碱玻纤30份，从双螺杆挤出机的中段即侧喂料斗加入，挤出造粒，得到颗粒状的球头套料；其中，无碱玻纤的长度为1.5-2.0mm，直径为8-10μm；双螺杆挤出机的主机转速为25Hz，主喂料斗转速为15Hz，侧喂料斗转速为8Hz，挤出温度为280℃；

（3）将上述颗粒状的球头套料于100℃下，真空烘干8小时；转入模具中注塑成型，得到成品球头套；其中，模具温度为85℃，注射压力为950bar。

将制备得到的球头套套在母模内，将装配好的汽车拉杆球头固定在公模上，公模向下压，将球头挤入球头套内，完成球头套的安装。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于原料组成及配比不同，具体为：改性尼龙66 25份，橡胶改性尼龙40份，碳纤维30份，硅烷偶联剂KH-550 1份，纳米碳酸钙15份，马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物5份，无碱玻纤10份，其余与实施例1一致。

实施例3

实施例3与实施例1的区别在于原料组成及配比不同，具体为：改性尼龙66 30份，橡胶改性尼龙25份，碳纤维15份，硅烷偶联剂KH-550 3份，纳米蒙脱土5份，马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物1份，无碱玻纤15份，其余与实施例1一致。

实施例4

实施例4与实施例1的区别在于原料组成及配比不同，具体为：改性尼龙66 45份，橡胶改性尼龙35份，碳纤维20份，硅烷偶联剂KH-550 2份，纳米蒙脱土5份，纳米碳酸钙5份，马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物3份，无碱玻纤25份，其余与实施例1一致。

实施例5

实施例5与实施例1的区别在于原料组成及配比不同，具体为：改性尼龙66 40份，橡胶改性尼龙30份，碳纤维18份，硅烷偶联剂KH-550 3份，纳米蒙脱土5份，纳米碳酸钙5份，纳米二氧化硅5份，马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物3份，无碱玻纤20份，其余与实施例1一致。

对比例1

对比例1与实施例5的区别在于原料组成及配比不同，具体为：尼龙66 40份，橡胶改性尼龙30份，碳纤维18份，硅烷偶联剂KH-550 3份，纳米蒙脱土5份，纳米碳酸钙5份，纳米二氧化硅5份，马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物3份，无碱玻纤20份，其余与实施例5一致。

对比例2

对比例2与实施例5的区别在于原料组成及配比不同，具体为：改性尼龙66 40份，尼龙630份，碳纤维18份，硅烷偶联剂KH-550 3份，纳米蒙脱土5份，纳米碳酸钙5份，纳米二氧化硅5份，马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物3份，无碱玻纤20份，其余与实施例5一致。

对比例3

对比例3与实施例5的区别在于原料组成及配比不同，具体为：改性尼龙66 40份，橡胶改性尼龙30份，碳纤维18份，纳米蒙脱土5份，纳米碳酸钙5份，纳米二氧化硅5份，马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物3份，无碱玻纤20份，其余与实施例5一致。

对比例4

对比例4与实施例5的区别在于原料组成及配比不同，具体为：改性尼龙66 40份，橡胶改性尼龙30份，碳纤维18份，硅烷偶联剂KH-550 3份，马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物3份，无碱玻纤20份，其余与实施例5一致。

对比例5

对比例5与实施例5的区别在于原料组成及配比不同，具体为：改性尼龙66 40份，橡胶改性尼龙30份，硅烷偶联剂KH-550 3份，纳米蒙脱土5份，纳米碳酸钙5份，纳米二氧化硅5份，马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物3份，无碱玻纤20份，其余与实施例5一致。

对比例6

对比例6与实施例5的区别在于原料配比不同，具体为：改性尼龙66 60份，橡胶改性尼龙45份，碳纤维21份，硅烷偶联剂KH-550 7份，纳米蒙脱土5份，纳米碳酸钙10份，纳米二氧化硅5份，马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物7份，无碱玻纤35份，其余与实施例5一致。

对比例7

对比例7与实施例5的区别在于原料配比不同，具体为：改性尼龙66 24份，橡胶改性尼龙18份，碳纤维9份，硅烷偶联剂KH-550 0.8份，纳米蒙脱土1份，纳米碳酸钙2份，纳米二氧化硅1份，马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物0.8份，无碱玻纤8份，其余与实施例5一致。

对比例8

对比例8与实施例5的区别在于原料配比不同，具体为：改性尼龙66 60份，橡胶改性尼龙15份，碳纤维8份，硅烷偶联剂KH-550 7份，纳米蒙脱土5份，纳米碳酸钙7份，纳米二氧化硅6份，马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物0.8份，无碱玻纤35份，其余与实施例5一致。

按照如下检测标准，分别对实施例1-5和对比例1-8的改性尼龙复合材料进行综合性能检测。按照ASTM-D638的检测标准进行拉伸强度检测；按照ASTM-D256的检测标准进行缺口冲击强度检测，缺口类型为V类口，缺口剩余厚度为9.87mm；按照ASTM-D790的检测标准进行弯曲强度的检测；按照ASTM-D648的检测标准进行热变形温度检测；按照ASTM-D1238的检测标准进行熔体流动速率检测；检测结果见表1和表2。

表1 实施例1-5的改性尼龙球头套料的性能检测结果

表2 对比例1-8的改性尼龙球头套料的性能检测结果

由表1可知，在本发明的原料组成及配比范围内得到的球头套料，其综合性能优异，并且表面光滑，无浮纤，证明无碱纤维与改性尼龙66及橡胶改性尼龙的界面相容性好。

由表2中结果对比表1可知，若不对尼龙66改性（对比例1），则球头套料的抗冲击强度大大降低，熔体流动速率也相应降低，证明本发明中的改性尼龙66对球头套料的抗冲击性能有很大影响。若不对尼龙6改性（对比例2），则球头套料的抗冲击强度大大降低，熔体流动速率也相应降低，断裂伸长率，弯曲强度等性能也相应降低，证明本发明中的橡胶改性尼龙6对球头套料的抗冲击性能及韧性有很大影响。若原料中不添加硅烷偶联剂KH-550（对比例3），则球头套料的拉伸强度与弯曲强度均大大降低，证明本发明中的硅烷偶联剂KH-550对无碱玻纤及碳纤维处理后与改性尼龙66共混，提高了改性尼龙66的拉伸强度及弯曲强度等机械性能，证明硅烷偶联剂KH-550对球头套料的拉伸强度及弯曲强度有很大影响。若原料中不添加无机纳米粒子和碳纤维（对比例4和对比例5），则球头套料的拉伸强度与弯曲强度均大大降低，并且试样表面粗糙，甚至出现浮纤，证明本发明中无碱玻纤及碳纤维与改性尼龙66共混，可以提高改性尼龙66的拉伸强度及弯曲强度等机械性能，并且提高了无碱玻纤与改性尼龙66的相容性，证明无碱玻纤及碳纤维对球头套料的综合性能有很大影响。对比例6-8中，与本发明的原料成分一致，仅各组分的配比均不在本发明的配比范围内，但是综合力学性能、热变形温度、熔体流动速率及表面光滑度均大大下降，证明本发明的组分只有在其特定的配比范围内制备的改性尼龙复合材料，才具有优良的综合性能。

上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种汽车拉杆球头套，其特征在于，其通过如下重量份的原料加工得到：改性尼龙6625-55份，橡胶改性尼龙20-40份，无碱玻纤10-30份，碳纤维10-20份，硅烷偶联剂KH-550 1-5份，无机纳米粒子5-15份和相容剂1-5份。

2.根据权利要求1所述的汽车拉杆球头套，其特征在于，其通过如下重量份的原料加工得到：改性尼龙66 30-45份，橡胶改性尼龙25-35份，无碱玻纤15-25份，碳纤维15-20份，硅烷偶联剂KH-550 1-3份，无机纳米粒子5-10份和相容剂1-3份。

3.根据权利要求1所述的汽车拉杆球头套，其特征在于：所述橡胶改性尼龙通过橡胶共聚物与尼龙6原位聚合改性而成。

4.根据权利要求3所述的汽车拉杆球头套，其特征在于：所述橡胶共聚物通过丁腈橡胶、乙烯-锌烯共聚物和偶联剂A-172共聚得到。

5.根据权利要求1所述的汽车拉杆球头套，其特征在于：所述改性尼龙66通过POE-g-ITA共混改性而成。

6.根据权利要求5所述的汽车拉杆球头套，其特征在于：POE-g-ITA的共混质量分数为15-25%。

7.根据权利要求1所述的汽车拉杆球头套，其特征在于：所述无碱玻纤表面涂覆有氧化石墨烯涂层。

8.根据权利要求1所述的汽车拉杆球头套，其特征在于：所述无机纳米粒子包括纳米二氧化硅、纳米碳酸钙及纳米蒙脱土中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的汽车拉杆球头套，其特征在于：所述相容剂为马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物。

10.一种权利要求1-9任一项所述的汽车拉杆球头套的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：

（1）将上述重量份的改性尼龙66，橡胶改性尼龙，碳纤维，硅烷偶联剂KH-550，无机纳米粒子和相容剂，混合搅拌均匀，加入双螺杆挤出机料斗；

（2）将无碱玻纤从双螺杆挤出机的中段加入，挤出造粒，得到颗粒状的球头套料；

（3）将上述颗粒状的球头套料于模具中注塑成型，得到成品球头套。