CN111471296A - 一种轻量化高疲劳性空气弹簧塑料底座的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轻量化高疲劳性空气弹簧塑料底座的制造工艺，所述制造工艺包括如下步骤：S1：制备混合液；S2：制备改性材料；S3：制备石墨烯和玻璃纤维改性的尼龙‑66材料；S4：设计空气弹簧塑料底座的结构；S5：将S3获得的石墨烯和玻璃纤维改性的尼龙‑66材料采用挤出注塑法制造S4设计的空气弹簧塑料底座。本发明的优点在于：本发明通过在氮气保护条件下实现石墨烯与尼龙‑66之间的改性接枝，再将改性材料与尼龙‑66、玻璃纤维共混，进一步增强材料的硬度和强度，最后通过挤出注塑工艺能够制造出轻量化的空气弹簧塑料底座。

Description

一种轻量化高疲劳性空气弹簧塑料底座的制造方法
技术领域
本发明涉及纳米材料改性高分子尼龙材料合成与应用技术领域，特别涉及一种轻量化高疲劳性空气弹簧塑料底座的制造方法。
背景技术
目前，空气弹簧底座主要使用钢制件，特点是强度高、可靠性好。但是钢制件的缺点在于重量大，单个空气弹簧总重量约10.0kg，橡胶皮囊不超过2.5kg，其余全部是钢制件的重量，钢制件大幅提高了空气弹簧总重量，不符合轻量化的要求。
塑料制品质量轻，符合轻量化要求，能够实现节能减排。但是塑料强度低、韧性差，需要进行改性才能达到性能要求。石墨烯、碳纤维、玻璃纤维等新型无机材料在高分子材料物理性能改善方面表现出极大的优越性，可以用于改善高分子尼龙的强度性能和韧性，制造轻量化的空气弹簧塑料底座。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种轻量化高疲劳性空气弹簧塑料底座的制造方法，使得高分子尼龙能够满足空气弹簧底座对材料强度性能等物性的要求。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种轻量化高疲劳性空气弹簧塑料底座的制造工艺，其创新点在于：所述制造工艺包括如下步骤：
S1：通过有机溶剂分别溶解分散石墨烯和尼龙-66，并搅拌分散均匀，得到石墨烯分散液和尼龙-66溶液，然后将石墨烯分散液倒入尼龙-66溶液中，搅拌均匀，得到混合液；
S2：向S1得到的混合液中加入6-氨基己酸，并在氮气保护条件下加热至150℃-250℃反应3h-12h，保持回流冷却，得到改性材料；
S3：将S2获得的改性材料与玻璃纤维、尼龙-66按照质量比为60.0-160.0：1000-2000：2000-5000共混，采用高速混合机混合1-2h，然后在230℃-260℃条件下熔融混合均匀，冷却后造粒，得到石墨烯和玻璃纤维改性的尼龙-66材料；
S4：设计空气弹簧塑料底座的结构，所述空气弹簧塑料底座包括底座本体，所述底座本体具有一筒体，筒体的内部中心设有气室，且筒体外壁与气室的轴向夹角为1-5°；所述气室内部具有两层加强筋组结构，每一层加强筋组由若干条加强筋构成，且在气室外侧与筒体之间也设置有若干条加强筋；
S5：将S3获得的石墨烯和玻璃纤维改性的尼龙-66材料采用挤出注塑法制造S4设计的空气弹簧塑料底座，挤出温度230℃-280℃，注塑压力70-100MPa，注射速度30-50r/min，背压2.0-4.0MPa，冷却时间30-60s。
进一步地，所述有机溶剂采用异丙醇、丙酮和N,N-二甲基甲酰胺的混合物，且异丙醇、丙酮和N,N-二甲基甲酰胺的体积比为0-100：0-100：800-1000。
进一步地，所述S4中筒体外壁厚度为2-12mm。
进一步地，所述S4中每一层加强筋组由3-8条加强筋构成，且在气外侧与筒体之间也设置有3-8条加强筋，加强筋的厚度为2-5mm。
本发明的优点在于：
（1）本发明轻量化高疲劳性空气弹簧塑料底座的制造方法，通过在氮气保护条件下实现石墨烯与尼龙-66之间的改性接枝，再将改性材料与尼龙-66、玻璃纤维共混，进一步增强材料的硬度和强度，最后通过挤出注塑工艺能够制造出轻量化的空气弹簧塑料底座；
（2）本发明轻量化高疲劳性空气弹簧塑料底座的制造方法，其中，空气弹簧塑料底座设计过程中，筒体外壁与气室的轴向夹角为1-5°，筒体外壁厚度为2-12mm，既满足高强度要求，又具有良好的生产工艺性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明轻量化高疲劳性空气弹簧塑料底座的结构示意图。
图2为通过该发明制得的空气弹簧塑料底座样品疲劳性能与石墨烯用量关系曲线。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例进行空气弹簧塑料底座的结构设计，如图1所示，包括底座本体，底座本体具有一筒体1，筒体1的内部中心设有气室2，且筒体外壁与气室2的轴向夹角为1-5°，具体实施过程中，筒体外壁厚度为2-12mm。
气室2内部具有两层加强筋组3结构，每一层加强筋组3由3-8条加强筋构成，且在气室2外侧与筒体1之间也设置有3-8条加强筋，加强筋的厚度为2-5mm。
实施例2
取1000ml N,N-二甲基甲酰胺（DMF）转移入1500ml广口瓶中，搅拌5min。然后，将80.0g尼龙-66颗粒加入其中，搅拌分散、溶胀、溶解24h。
取50ml异丙醇、50ml丙酮、900ml N,N-二甲基甲酰胺（DMF）转移入1500ml广口瓶中共混，搅拌5min。然后，将80.0g石墨烯加入其中，搅拌均匀并超声分散1h。然后，将石墨烯分散液倒入尼龙-66溶液中，搅拌1h。
将上述所得到的混合液转入三口烧瓶中，加入10.0g的6-氨基己酸，氮气保护条件下加热至250℃反应4h，保持回流冷却。反应结束后，将混合液转入旋转蒸发器中，待溶剂全部蒸发完毕，将尼龙和石墨烯混合物取出，冷却后用粉碎机破碎成细小颗粒。
将160.0g石墨烯与尼龙-66混合物、1000g玻璃纤维、3840g尼龙-66颗粒共混，采用高速混合机混合1h，然后在240℃条件下熔融混合均匀，冷却后造粒。
将石墨烯和玻璃纤维改性的尼龙-66材料采用挤出注塑法制作实施例1设计的空气弹簧底座，挤出温度238℃，注塑压力95MPa，注射速度30r/min，背压3.2MPa，冷却时间40s。
实施例3
取1000ml N,N-二甲基甲酰胺（DMF）转移入1500ml广口瓶中。然后，将60.0g尼龙-66颗粒加入其中，搅拌分散、溶胀、溶解24h。
取100ml异丙醇、900ml N,N-二甲基甲酰胺（DMF）转移入1500ml广口瓶中共混，搅拌5min。然后，将60.0g石墨烯加入其中，搅拌均匀并超声分散1h。然后，将石墨烯分散液倒入尼龙-66溶液中，搅拌1h。
将上述所得到的混合液转入三口烧瓶中，加入7.5g的6-氨基己酸，氮气保护条件下加热至245℃反应6h，保持回流冷却。反应结束后，将混合液转入旋转蒸发器中，待溶剂全部蒸发完毕，将尼龙和石墨烯混合物取出，冷却后用粉碎机破碎成细小颗粒。
将120.0g石墨烯与尼龙-66混合物、1000g玻璃纤维、3880g尼龙-66颗粒共混，采用高速混合机混合1h，然后在240℃条件下熔融混合均匀，冷却后造粒。
将石墨烯和玻璃纤维改性的尼龙-66材料采用挤出注塑法制作实施例1设计的空气弹簧底座，挤出温度238℃，注塑压力90MPa，注射速度35r/min，背压3.2MPa，冷却时间40s。
实施例4
取1000ml N,N-二甲基甲酰胺（DMF）转移入1500ml广口瓶中。然后，将40.0g尼龙-66颗粒加入其中，搅拌分散、溶胀、溶解24h。
取100ml异丙醇、900ml N,N-二甲基甲酰胺（DMF）转移入1500ml广口瓶中共混，搅拌5min。然后，将40.0g石墨烯加入其中，搅拌均匀并超声分散1h。然后，将石墨烯分散液倒入尼龙-66溶液中，搅拌1h。
将上述所得到的混合液转入三口烧瓶中，加入5.0g的6-氨基己酸，氮气保护条件下加热至265℃反应6h，保持回流冷却。反应结束后，将混合液转入旋转蒸发器中，待溶剂全部蒸发完毕，将尼龙和石墨烯混合物取出，冷却后用粉碎机破碎成细小颗粒。
将80.0g石墨烯与尼龙-66混合物、1000g玻璃纤维、3920g尼龙-66颗粒共混，采用高速混合机混合1h，然后在235℃条件下熔融混合均匀，冷却后造粒。
将石墨烯和玻璃纤维改性的尼龙-66材料采用挤出注塑法制作实施例1设计的空气弹簧底座，挤出温度238℃，注塑压力85MPa，注射速度35r/min，背压3.2MPa，冷却时间40s。
实施例5
取1000ml N,N-二甲基甲酰胺（DMF）转移入1500ml广口瓶中。然后，将20.0g尼龙-66颗粒加入其中，搅拌分散、溶胀、溶解24h。
取100ml异丙醇、900ml N,N-二甲基甲酰胺（DMF）转移入1500ml广口瓶中共混，搅拌5min。然后，将20.0g石墨烯加入其中，搅拌均匀并超声分散1h。然后，将石墨烯分散液倒入尼龙-66溶液中，搅拌1h。
将上述所得到的混合液转入三口烧瓶中，加入2.5g的6-氨基己酸，氮气保护条件下加热至265℃反应12h，保持回流冷却。反应结束后，将混合液转入旋转蒸发器中，待溶剂全部蒸发完毕，将尼龙和石墨烯混合物取出，冷却后用粉碎机破碎成细小颗粒。
将40.0g石墨烯与尼龙-66混合物、1000g玻璃纤维、3960g尼龙-66颗粒共混，采用高速混合机混合1h，然后在235℃条件下熔融混合均匀，冷却后造粒。
将石墨烯和玻璃纤维改性的尼龙-66材料采用挤出注塑法制作实施例1设计的空气弹簧底座，挤出温度236℃，注塑压力85MPa，注射速度30r/min，背压3.2MPa，冷却时间40s。
将实施例2-实施例5制造的空气弹簧塑料底座样品进行疲劳性能测试，其测试结果，如图2所示，空气弹簧塑料底座疲劳寿命刚开始随着石墨烯用量的增加而增加，但是随后又随着石墨烯用量的增加而减小，由图可以看出，石墨烯的最佳用量为60g。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.在一种轻量化高疲劳性空气弹簧塑料底座的制造工艺，其特征在于：所述制造工艺包括如下步骤：
S1：通过有机溶剂分别溶解分散石墨烯和尼龙-66，并搅拌分散均匀，得到石墨烯分散液和尼龙-66溶液，然后将石墨烯分散液倒入尼龙-66溶液中，搅拌均匀，得到混合液；
S2：向S1得到的混合液中加入6-氨基己酸，并在氮气保护条件下加热至150℃-250℃反应3h-12h，保持回流冷却，得到改性材料；
S3：将S2获得的改性材料与玻璃纤维、尼龙-66按照质量比为60.0-160.0：1000-2000：2000-5000共混，采用高速混合机混合1-2h，然后在230℃-260℃条件下熔融混合均匀，冷却后造粒，得到石墨烯和玻璃纤维改性的尼龙-66材料；
S4：设计空气弹簧塑料底座的结构，所述空气弹簧塑料底座包括底座本体，所述底座本体具有一筒体，筒体的内部中心设有气室，且筒体外壁与气室的轴向夹角为1-5°；所述气室内部具有两层加强筋组结构，每一层加强筋组由若干条加强筋构成，且在气室外侧与筒体之间也设置有若干条加强筋；
S5：将S3获得的石墨烯和玻璃纤维改性的尼龙-66材料采用挤出注塑法制造S4设计的空气弹簧塑料底座，挤出温度230℃-280℃，注塑压力70-100MPa，注射速度30-50r/min，背压2.0-4.0MPa，冷却时间30-60s。
2.根据权利要求1所述的轻量化高疲劳性空气弹簧塑料底座的制造工艺，其特征在于：所述有机溶剂采用异丙醇、丙酮和N,N-二甲基甲酰胺的混合物，且异丙醇、丙酮和N,N-二甲基甲酰胺的体积比为0-100：0-100：800-1000。
3.根据权利要求1或2所述的轻量化高疲劳性空气弹簧塑料底座的制造工艺，其特征在于：所述S4中筒体外壁厚度为2-12mm。
4.根据权利要求3所述的轻量化高疲劳性空气弹簧塑料底座的制造工艺，其特征在于：所述S4中每一层加强筋组由3-8条加强筋构成，且在气外侧与筒体之间也设置有3-8条加强筋，加强筋的厚度为2-5mm。
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