CN109337265A - 一种汽车减振器活塞胶片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高耐磨汽车减振器活塞胶片及其制备方法，属于粉末冶金技术领域。其化学质量分数组成为：电解Cu粉6~10 wt%，石墨烯2~4 wt%，二硫化钨4~8 wt%，余量为聚四氟乙烯。具体制备方法是：（1）采用有机改性剂对电解铜粉进行改性处理，有机溶剂是电解铜粉质量分数的0.5~3%；（2）各原料置入气流混料机中均匀分散；（3）混合料的冷压成形；（4）生坯在大于350℃下，于真空或氩气氛中烧结；（5）经后续机械加工处理，最终制得所需的胶片。本发明制备的高耐磨汽车减振器活塞胶片的耐磨性能优良，同时兼有高硬度和高强度，且热稳定性高，能满足汽车减振器的服役环境。

Description

一种汽车减振器活塞胶片及其制备方法
技术领域
本发明设计了一种汽车减振器活塞胶片及其制备方法，特别是二硫化钨及石墨烯的掺杂，属于汽车减振器配件领域。
背景技术
聚四氟乙烯（PTFE）具有非常低的摩擦系数和表面能，在摩擦磨损领域有着特殊的地位，主要应用于汽车交通、造纸机械、农业机械的轴承，用作活塞环、机床导轨、导向环；在土木建筑工程广泛用于桥梁、隧道、钢结构屋架、大型化工管道、贮槽的支承滑块，以及用作桥梁支座和架桥转体等。但由于PTFE机械强度较差、线膨胀系数较大、耐蠕变性差，特别是抗磨损性差和表面能低、散热性差等，其应用范围受到一定限制。目前主要通过填充改性的手段来提高PTFE的耐磨性和力学强度等。传统的填料成分包含碳纤维、玻璃纤维、三氧化二铝等，但是这些填料的添加增大了聚四氟乙烯复合材料的摩擦系数，相应的复合材料应用于汽车减振器活塞胶片上后，在使用过程中会使活塞发生较大的摩擦损伤，减少活塞的使用寿命。
WS2具有层状结构，兼有出色的润滑性和耐磨性，摩擦系数可低至0.03，且高温环境下，摩擦系数稳定，热稳定性高，抗压强度大，适用于高温、高压、高负荷及腐蚀性介质等苛刻的工作环境，使其被应用于汽车工业、塑料工业、机械工业和医疗器械工业等领域，几乎能代替目前常用的润滑剂MoS2。
石墨烯是一种新型的纳米材料，结构非常稳定，因其具有高机械强度，良好的导电导热性、比表面积大、化学稳定性好等独特的物理和化学性质，使其在电子、信息、能源、材料、催化和生物医药等众多领域具备应用前景。往聚合物基底中添加适量的石墨烯，可以克服一般无机填料使用量大且不能兼顾刚性、耐热性、尺寸稳定性与韧性的缺点，使聚合物的力学性能、热力学性能以及流变性能显著提高，被认为是一种理想的制备石墨烯／聚合物复合材料的无机填料。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种改性汽车减振器活塞胶片的综合配方及其制备工艺，使减振器活塞胶片具备较低的摩擦系数、较高的强度与润滑性，延长胶片的服役寿命。
一种汽车减振器活塞胶片的制备，采用的技术方案如下：
电解Cu粉6~10 wt%，石墨烯2~4 wt%，二硫化钨4~8 wt%，余量为聚四氟乙烯（PTFE）。
本发明所述的汽车减振器活塞胶片的具体制备方法为：
步骤（1）：电解Cu粉的改性处理。将正己烷掺入到电解Cu粉与有机改性中，直至液面浸没电解Cu粉末，有机溶剂占电解Cu粉质量分数的0.5~3 %，混合均匀后置于真空干燥箱中，于50~70 ℃下真空干燥，使正己烷溶剂有效挥发。经有机溶剂改性后，冷压成形生坯具备一定的抗压强度，基体与增强相间结合紧密，使烧结态成品的力学性能得到改善；
步骤（2）：混料。将满足化学质量分数配比的聚四氟乙烯粉、改性电解Cu粉、石墨烯和二硫化钨粉末置入气流混料机中，使各种粉末相互分散均匀；
步骤（3）：压制。均匀混合后的粉末冷压成形；
步骤（4）：烧结。实现聚四氟乙烯粉末熔融粘附实与现致密化。
步骤（5）：后续机械加工及力学性能测试。
优选的是，步骤（1）所述有机改性剂为硬脂酸或硬脂酸锌中的一种或两种。
优选的是，步骤（2）所述石墨烯为还原石墨烯，二维方向的长度为1~10 μm，片层厚度小于5 nm。
优选的是，步骤（4）所述烧结采用真空（真空度10-1~10-3 Pa）或氩气气氛烧结，烧结温度大于350℃。
采用以上技术方案，本发明的有益效果在于：胶片具备较低的摩擦系数、较高的强度与润滑性，胶片的工作寿命延长。
本发明主要选用电解Cu粉、石墨烯和二硫化钨作为填料。添加电解Cu铜粉可以提高PTFE 复合材料的界面结合强度、抗压强度力及耐摩擦磨损性能；二硫化钨属于六方晶系，作为一种重要的润滑剂，阻碍了颗粒从基体的剥离，且热稳定性好，高温工况下，摩擦系数稳定，胶片的的使用寿命得到提高；石墨烯不仅强度高，而且韧性好，且结构稳定，既能润滑又可导热，使得汽车减振器活塞胶片经长时间工作，仍保持剪切强度和物理力学性能的稳定，提高胶片使用寿命。本发明的汽车减振器活塞胶片，强韧匹配较好，润滑性和耐磨性优良。在汽车减振器活塞上使用本胶片，可以降低摩擦力，延长胶片和活塞的工作寿命，具有很好的应用前景。
具体实施方式
实施例1：一种汽车减振器活塞胶片及其制备方法
（1）配料：6 wt%电解Cu粉，2 wt%石墨烯，7 wt%二硫化钨，余量为聚四氟乙烯（PTFE）；
（2）改性处理：将正己烷掺入到电解Cu粉与硬脂酸中，直至液面浸没电解Cu粉。其中，有机溶剂占电解Cu粉质量分数的0.5%，混合均匀后置于真空干燥箱中，设置温度50℃；
（3）混料：粉末混合物在气流混料机中均匀分散；
（4）压制：均匀混合后的粉末冷压成形；
（5）烧结：高于350℃条件下的真空烧结（真空度10-3 Pa）；
（6）后续机械加工及力学性能测试。
测试结果为：
邵氏硬度：64 HS
拉伸强度：28 MPa
断裂伸长率：218%
摩擦系数：0.12
磨损量：9 mg（转速200 r/min，加载20 kg负荷，与样块对磨2小时）
实施例2：一种汽车减振器活塞胶片及其制备方法
（1）配料：10 wt%电解Cu粉，4 wt%石墨烯，6 wt%二硫化钨，余量为聚四氟乙烯（PTFE）；
（2）改性处理：将正己烷掺入到电解Cu粉与硬脂酸锌中，直至液面浸没电解Cu粉。其中，有机溶剂占电解Cu粉质量分数的3%，混合均匀后置于真空干燥箱中，设定温度为70℃；
（3）混料：粉末混合物在气流混料机中均匀分散；
（4）压制：均匀混合后的粉末冷压成形；
（5）烧结：高于350℃条件下的氩气烧结；
（6）后续机械加工及力学性能测试。
测试结果为：
邵氏硬度：61 HS
拉伸强度：31 MPa
断裂伸长率：227%
摩擦系数：0.13
磨损量：14 mg（转速200 r/min，加载20 kg负荷，与样块对磨2小时）
实施例3：一种汽车减振器活塞胶片及其制备方法
（1）配料：8 wt%电解Cu粉，3 wt%石墨烯，8 wt%二硫化钨，余量为聚四氟乙烯（PTFE）；
（2）改性处理：将正己烷掺入到电解Cu粉与硬脂酸中，直至液面浸没电解Cu粉。其中，有机溶剂占电解Cu粉质量分数的2%，混合均匀后置于真空干燥箱中，设定温度为60℃；
（3）混料：粉末混合物在气流混料机中均匀分散；
（4）压制：均匀混合后的粉末冷压成形；
（5）烧结：高于350℃条件下的真空烧结（真空度10-1 Pa）；
（6）后续机械加工及力学性能测试。
测试结果为：
邵氏硬度：63 HS
拉伸强度：29 MPa
断裂伸长率：227%
摩擦系数：0.11
磨损量：13 mg（转速200 r/min，加载20 kg负荷，与样块对磨2小时）
以上所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种汽车减振器活塞胶片，其特征在于，化学质量分数组成为：电解Cu粉 6~10 wt%，石墨烯2-4 wt%，二硫化钨4~8 wt%，余量为聚四氟乙烯（PTFE）。
2.根据权利要求1所述的一种汽车减振器活塞胶片，其特征在于，所述电解Cu粉使用前先经过改性，改性剂采用硬脂酸或硬脂酸锌中的一种或两种，在有机溶剂的环境下进行改性。
3.一种汽车减振器活塞胶片的制备方法，其特征在于，按如下步骤进行：
步骤（1）：电解Cu粉的改性处理；
步骤（2）：混料：将满足化学质量分数配比的聚四氟乙烯粉、改性电解Cu粉、石墨烯和二硫化钨粉末置入气流混料机中，使各种粉末相互均匀分散；
步骤（3）：压制：均匀混合后的粉末冷压成形；
步骤（4）：烧结：粉末混合体的颗粒粘着与致密化。
4.根据权利要求2所述的一种汽车减振器活塞胶片的制备方法，其特征在于，按如下步骤所述：
所述步骤（1）电解Cu粉的改性处理具体步骤如下：将正己烷掺入到电解Cu粉与有机改性剂中，直至液面浸没电解Cu粉末，有机溶剂占电解Cu粉质量分数的0.5~3 %，混合均匀后置于真空干燥箱中，于50~70 ℃下真空干燥，使正己烷溶剂有效挥发。
5.根据权利要求3所述的一种汽车减振器活塞胶片的制备方法，其特征在于，所述有机改性剂为硬脂酸或硬脂酸锌中的一种或两种。
6.根据权利要求2所述一种高耐磨汽车减振器活塞胶片的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述石墨烯为还原石墨烯，二维方向的长度为1~10 μm，片层厚度小于5 nm。
7.根据权利要求2所述的一种汽车减振器活塞胶片的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述烧结采用真空或氩气气氛烧结，烧结温度大于350℃。
8.根据权利要求7所述的一种汽车减振器活塞胶片的制备方法，其特征在于，所述真空度为10-1～10-3Pa。
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