CN109664485A - 新型聚氨酯防尘罩的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种新型聚氨酯防尘罩的加工方法，包括步骤：1)造粒：将组分a、组分b、组分c三种组分按照重量比100:(8～12):(4～6)在双螺杆挤出机中进行造粒，形成色母料颗粒；其中，组分a为TPU或EVA材料；组分b为矿物盐的纳米级颗粒；组分c为颜料；2)混合：将TPU材料与色母料颗粒按照重量比100：(1～3)混合搅拌，并在100±10℃的温度下加热4‑12h，得原料；3)将得到的原料通过吹塑机口模制成料坯，将料坯在模具中采用下吹法吹胀料坯形成产品。本发明还提供由该方法制得的产品。采用本发明的方法，原料的可加工温度区间增大，对螺杆筒壁和口模机头内壁的粘连性降低，料坯表面光洁度好，原料自身粘稠度增大，产品的弹性性能更好，提高产品合格率。

Description

新型聚氨酯防尘罩的加工方法

技术领域

本发明涉及汽车配件加工领域，特别是涉及一种汽车用聚氨酯防尘罩的加工方法及所得到的新型聚氨酯防尘罩。

背景技术

汽车行驶过程中，悬架系统受到路面等冲击产生振动。为了克服行驶过程中的震动，提高舒适性能，现代汽车中广泛使用减震器于悬架系统中。现代汽车领域的减震器主要是液压减震器，其工作原理是当车身与车桥间受震动产生相对运动时，减震器内的活塞通过上下移动，减震器腔内的减震油便反复的从一个腔经过孔隙流入到另一个腔内，此时，通过孔壁与油液间的摩擦和油液分子间的摩擦对震动形成阻尼力，从而实现减震目的。

在现代悬架系统中，减震器的防尘罩显得十分重要。防尘罩可以对减震器起到防尘、防水、防碎石撞伤等保护作用，保护减震器不被风尘、水及其他杂物的侵蚀。此外，防尘罩另一个作用就是起到卸荷的作用，把刚性接触变成柔性或挠性接触，达到卸荷的作用。

现代轿车用防尘罩大多采用TPV(PP+EPDM)材料加工制作，操作方便，便于成型。但其致命的缺陷是产品在多次压缩耐久后，产品的弹性回复和耐久效果差，耐久后高度损失往往超过30％的初始高度。这样将造成防尘罩从装配位置脱落或产品开裂，大大降低产品的防尘效果。

为了改善弹性回复和耐久性能，通常采用弹性较高的TPU(聚氨酯弹性体)材料或TPEE/TEEE材料来改善。TPEE/TEEE材料由于其高昂的价格，致使产品的成本大幅上涨。在考虑经济成本的条件下，与TPV材料价格相当的聚氨酯(TPU)材料便成为了一种更好的选择。

聚氨酯防尘罩通常可提供较低的耐久高度损失，通常小于10％。且其良好的弹性可以改善产品的寿命。保证了产品的防尘效果同时聚氨酯材料的高耐磨特性，也防止了产品在使用过程中磨穿的风险。聚氨酯防尘罩由于其较好的弹性和强度，可以通过改善壁厚就可以获得TPV材料的性能，降低了产品重量，保证了产品成本。

如图2所示，为下吹法吹胀料坯形成产品的加工流程示意图，其基本步骤分为：①料坯下料→②合模→③填充吹气→④脱模成型。尤其对于具有波纹形状的聚氨酯防尘罩而言，在③填充吹气(吹塑过程)中存在着两次拉伸，每次拉伸时，料坯物料均会随着物料的扩张壁厚变薄(如图3所示)；但在二次拉伸时，产品局部变薄，导致在拉伸中由于料坯的不良形成气孔、缩坑或吹不起来，导致不良率增加，合格率下降。除此之外，由于聚氨酯材料的结晶特性和表面极性，产品的可加工温度范围比较窄，可加工性较差。一方面，其可加工温度范围小于目前工厂现有设备的加工温度控制精度(±5℃)，现有设备加工过程中容易出现堵料等问题导致产品缺陷，导致产品合格率下降；该产品加工对设备的要求非常高，但升级设备需要大量成本投入；另一方面，常规聚氨酯材料在吹塑成型的过程中，聚氨酯材料与吹塑机螺杆或口模机头形成粘连，导致产品的料坯表面不光洁，或因温度过高而下垂；料坯在向外吹胀的过程中，容易发生吹破、壁厚不均或表面缺料，导致产品的合格率非常低，仅有60-70％左右，造成产品成本升高，产品质量下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一在于，提供一种提高产品合格率的聚氨酯防尘罩加工方法。

本发明所要解决的技术问题之二在于，提供一种新型聚氨酯防尘罩，其具有更优的断裂伸长率和更好的表面光洁度，弹性和耐久性更好。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

一种新型聚氨酯防尘罩的加工方法，包括步骤：

1)造粒：将组分a、组分b、和组分c三种组分按照重量比100:(8～12):(4～6)的比例在双螺杆挤出机中进行造粒，形成色母料颗粒；其中，组分a为TPU(聚氨酯弹性体)或EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)材料；组分b为矿物盐的纳米级颗粒；组分c为颜料；

2)混合：将TPU材料与步骤1)得到的色母料颗粒按照重量比100：(1～3)混合搅拌，并在100±10℃的温度下加热4-12h，得原料；

3)将步骤2)得到的原料通过吹塑机口模制成料坯，将料坯在模具中采用下吹法吹胀料坯形成产品。

具体的，所述纳米级矿物盐颗粒的粒径为0.01nm～1000nm。优选的，所述纳米级矿物盐颗粒的粒径为0.1nm～500nm；进一步优选的，所述纳米级矿物盐颗粒的粒径为1nm～300nm；更优选的，纳米级矿物盐颗粒的粒径为1nm～100nm。

具体的，所述纳米级矿物盐颗粒中的矿物盐为由阳离子和阴离子构成的无机盐。所述无机盐中的阳离子和阴离子，阳离子可以包括Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Zn²⁺、Ba²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Al³⁺；所述阴离子可以包括Cl^-、Br^-、HCO₃ ^-、NO₂ ^-、NO₃ ^-、HSO₄ ^-、CO₃ ^2-、SO₃ ^2-、SO₄ ^2-、SiO₄ ^2-、SiO₃ ^2-。更优选的，阳离子选自Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Zn²⁺中的一种或多种；所述阴离子可以包括Cl^-、Br^-、NO₃ ^-、CO₃ ^2-、SO₄ ^2-、SiO₄ ^2-、SiO₃ ^2-中的一种或多种。进一步的，所述无机盐选自氯化钙、碳酸钙、硫酸钙、偏硅酸钙、硅酸镁、氯化镁、碳酸镁、硫酸镁、硫酸锌中的一种或多种。

优选的，所述纳米级矿物盐颗粒占原料的重量份的0.1％-0.3％。步骤2)得到的原料中纳米级矿物盐颗粒的重量份可以为0.1％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、或0.3％。进一步优选的，原料中纳米级矿物盐颗粒的重量份为0.15％-0.25％；更优选的，原料中纳米级矿物盐颗粒的重量份为0.2％。

具体的，所述颜料为炭黑。

具体的，所述步骤3)中，下吹法吹胀料坯时的加工温度为165℃～185℃。

具体的，所述步骤3)还包括，将得到的产品进行修边，将多余物料去除。

具体的，所述防尘罩的外表面具有波纹形状。

本发明还提供由上述方法所制得的新型聚氨酯防尘罩。

本发明的方法，首先将矿物盐的纳米级颗粒与组分a和组分c制成色母料颗粒，然后再将色母料颗粒与TPU材料混合制得原料，可利于提高矿物盐的纳米级颗粒在原料中的分散效果，改善原料的成核性和成核均匀性。

本发明的方法，在常规聚氨酯防尘罩的加工配方中，创造性的加入了矿物盐的纳米级颗粒，克服了现有聚氨酯材料由于极性和结晶性导致的产品加工困难和加工缺陷。本发明通过矿物盐的纳米级颗粒的加入，意外的发现聚氨酯材料的结晶特性、表面极性和对温度的敏感性均发生了变化。其中，1)原料的可加工温度区间增大，扩宽产品的可加工性能，在更宽的加工温度区间内原料均保持良好的可加工性能，可以快速的制成料坯和通过下吹法吹胀料坯形成产品；2)原料的极性变小，原料对螺杆筒壁和口模机头内壁的粘连性降低，在挤出时能形成良好的料坯，料坯表面光洁度和完整性好，改善了产品外观并有利于下一步的吹胀加工；3)原料自身的粘稠度增大，在料坯吹胀过程，可形成更加均匀的拉伸，有效避免吹胀过程中因不均匀拉伸而导致的气孔破裂和产品无法成型，产品的弹性性能更好。由于以上性能的改善，本发明的方法制得产品的合格率显著提升。

尤其是针对外表面具有波纹形状的防尘罩，由于其加工过程中存在二次拉伸，原料的极性和粘稠度带来的不良影响更大，加工困难更大。采用本发明的方法可以有效解决波纹形状的防尘罩的现有加工缺陷，改善产品质量，提高产品合格率。

本发明主要利用矿物盐的纳米级颗粒的高分散性、高稳定性，在常规聚氨酯材料中加入少量的纳米超细粉末来改善TPU材料的加工过程中由于材料极性和结晶性导致的产品加工困难和加工缺陷，实现产品的低成本运营。矿物盐的纳米级颗粒的加入，在聚氨酯极性材料分子间形成一种润滑作用和弱极性作用，在聚氨酯材料表面和内部形成一种均匀的分散。

附图说明

图1为TPU防尘罩的外形结构示意图。

图2为下吹法吹胀料坯形成产品的加工流程示意图。

图3为吹塑的二次拉伸的效果示意图。

具体实施方式

下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明聚氨酯防尘罩加工方法，包含如下步骤：

1.将TPU材料、碳酸钙的纳米级颗粒和炭黑按照重量比100:10:5的比例在双螺杆挤出机中进行造粒，形成色母料颗粒；

2.将加工防尘罩的TPU材料与前一步所制得的色母料颗粒按照重量比100:2的配比，进行搅拌混匀；

3.将混合物在100±10℃的温度下加热4-12h，得到原料；

4.通过TPU专用螺杆将混合后的原料通过口模形成料坯；

5.将料坯在模具中采用下吹法吹胀料坯形成产品；可以通过修边将多余物料去除形成产品。制得的产品为外表面具有波纹形状的防尘罩。本实施例中，在造粒时TPU材料可以由EVA材料替换。

对比例：按照旧工艺实施，在第一步造粒时不添加碳酸钙的纳米级颗粒，其他条件相同，制得产品。

对两种加工方法的产品性能进行比较。测试项目及测试方法如下表所示。时间是观察制成料坯的时间；硬度、拉伸强度和断裂伸长率是按照美国材料与试验协会(ASTM)发布的标砖测试方法进行检测。

由以上数据可知，下20℃的区间范围完全能够满足工厂现有设备加工温度控制精度(±5℃)的要求，有利于对在添加矿物盐的纳米级颗粒(碳酸钙)之后，原料(料坯)的可加工温度区间大大扩宽，由加入前的5℃(175℃～180℃)区间扩宽为20℃(165℃～185℃)，有利于对加工温度的准确控制，原料可加工性能大大提升，避免了因温度过高或过低导致的产品缺陷。

原料对螺杆筒壁和口模机头内壁的粘连性降低，制成料坯的时间明显缩短(由平均30.0s缩短为平均21.3s)，有利于提高生产效率。而且料坯表面光洁度和完整性好，而对比例的料坯及产品外观不光滑、表面较为粗糙，本发明制得的产品外观有明显的改善。

本发明制得的产品的拉伸强度和断裂伸长率相比对比例均有明显提高，产品的弹性和耐久性能更好。

经过批量生产检验产品的合格率，本发明的方法(添加矿物盐的纳米级颗粒)生产的产品合格率能达92％以上，而之前的旧工艺(未添加矿物盐的纳米级颗粒)只能达到60-70％，本发明的产品合格率显著提高。

综上所述，上述各实施例仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，皆应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种新型聚氨酯防尘罩的加工方法，其特征在于，包括步骤：

1)造粒：将组分a、组分b、组分c三种组分按照重量比100:(8～12):(4～6)的比例在双螺杆挤出机中进行造粒，形成色母料颗粒；其中，组分a为TPU或EVA材料；组分b为矿物盐的纳米级颗粒；组分c为颜料；

2)混合：将TPU材料与步骤1)得到的色母料颗粒按照重量比100：(1～3)混合搅拌，并在100±10℃的温度下加热4-12h，得原料；

3)将步骤2)得到的原料通过吹塑机口模制成料坯，将料坯在模具中采用下吹法吹胀料坯形成产品。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米级矿物盐颗粒的粒径为0.01nm～1000nm。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述纳米级矿物盐颗粒的粒径为0.1nm～500nm；进一步优选的，所述纳米级矿物盐颗粒的粒径为1nm～300nm；更优选的，纳米级矿物盐颗粒的粒径为1nm～100nm。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米级矿物盐颗粒中的矿物盐为由阳离子和阴离子构成的无机盐。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述无机盐中的阳离子和阴离子，阳离子选自Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Zn²⁺、Ba²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Al³⁺；所述阴离子选自Cl^-、Br^-、HCO₃ ^-、NO₂ ^-、NO₃ ^-、HSO₄ ^-、CO₃ ^2-、SO₃ ^2-、SO₄ ^2-、SiO₄ ^2-、SiO₃ ^2-。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述无机盐选自氯化钙、碳酸钙、硫酸钙、偏硅酸钙、硅酸镁、氯化镁、碳酸镁、硫酸镁、硫酸锌中的一种或多种。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米级矿物盐颗粒占原料的重量份的0.1％-0.3％。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述颜料为炭黑。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中，下吹法吹胀料坯时的加工温度为165℃～185℃。

10.由权利要求1-9任一项所述方法所制得的一种新型聚氨酯防尘罩。