CN112248578B - 一种用于钢板弹簧的减磨垫片及其安装和制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车悬架系统弹性元件领域，尤其涉及一种用于钢板弹簧的减磨垫片及其安装和制备方法。本发明所设计的用于钢板弹簧的减磨垫片，包括钢板基材和粘附在钢板基材表面的减磨纤维片，所述减磨纤维片包括网状纤维布和填充在网状纤维布内的碳材料复合树脂材料，所述碳材料复合树脂材料按重量百分比，由以下组分制备而成：10～18％混合粉料、30～45％树脂、30～35％助剂和10～17％颜填料，其中混合粉料包括减磨粉料和偶联剂，所述减磨粉料为石墨烯、碳纳米管、六方氮化硼中任意二种或三种组成的混合物。制备得到的减磨垫片不仅能够明显减小钢板弹簧片间的摩擦系数，提高整车平顺性，而且具有寿命长、可靠性好的特点。

Description

一种用于钢板弹簧的减磨垫片及其安装和制备方法
技术领域
本发明涉及汽车悬架系统弹性元件领域，尤其涉及一种用于钢板弹簧的减磨垫片及其安装和制备方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高，对汽车行驶的舒适性提出越来越高的要求。钢板弹簧作为商用车悬架系统的重要组件，起到支撑重量、吸收和消除振动以及帮助维持轮胎接触地面的作用，其设计和制造水平直接影响到整车平顺性的品质。为了减缓因钢板弹簧片间的摩擦带来跳动和噪音，影响驾驶人舒适性，国内外诸多商用车生产厂家在钢板弹簧片间安装减磨片，而减磨片的结构因悬架系统不同设计各有差异。
中国专利：授权公告号CN206884633U、授权公告日2018.01.16的实用新型公开了一种变刚度少片簧及缓冲件，该钢板弹簧总成的副板簧两端分别设有缓冲件，缓冲件包括堆叠式橡胶垫。该专利发明人认为采用堆叠式橡胶垫能延长缓冲件吸收冲击的时间，使刚度随着变形量的增加逐渐增大，从而提高整车平顺性。但是，当簧片相对位移超过橡胶的弹性变形强度时，因橡胶与簧片间较大摩擦阻力会使钢板弹簧难以变形，带来更加大幅度跳动，严重恶化驾驶人的舒适性。
另有专利CN201875032U提供了一种钢板弹簧总成，在每两个弹簧片间设有高分子聚乙烯或者聚甲醛材料制成的减磨片。但是由于该减磨片往往不能承受来自钢板弹簧长期振动冲击，而长寿命的高分子聚乙烯或者聚甲醛材料造价成本高，增加商品化难度。
发明内容
为了解决以上问题，本发明的目的是提供一种用于钢板弹簧的减磨垫片及其安装和制备方法，制备得到的减磨垫片不仅能够明显减小钢板弹簧片间的摩擦系数，提高整车平顺性，而且具有寿命长、可靠性好的特点。
为实现上述目的，本发明所设计的用于钢板弹簧的减磨垫片，包括钢板基材和粘附在钢板基材表面的减磨纤维片，所述减磨纤维片包括网状纤维布和填充在网状纤维布内的碳材料复合树脂材料，所述碳材料复合树脂材料按重量百分比，由以下组分制备而成：10～18％混合粉料、30～45％树脂、30～35％助剂和10～17％颜填料，其中混合粉料包括减磨粉料和偶联剂，所述减磨粉料为石墨烯、碳纳米管、六方氮化硼中任意二种或三种组成的混合物。
作为优选方案，按重量百分比，所述混合粉料包括0.5～5％石墨烯、13～35％碳纳米管、60～86％六方氮化硼和0.1～1％偶联剂。
作为优选方案，按重量百分比，所述碳材料复合树脂材料按重量百分比，由以下组分制备而成：15～16.6％混合粉料、38.6～40.5％树脂、32％助剂和10.9～14.4％颜填料，混合粉料包括0.5～5％石墨烯、13.4～16.7％碳纳米管、77.5～85.1％六方氮化硼和0.8～1％偶联剂；其中：石墨烯为10层以下的石墨烯微片或者氨基化石墨烯微片；碳管米管为碳纳米管阵列或无序多壁碳纳米管粉；六方氮化硼尺寸为5μm～10μm；偶联剂为KH-570硅烷偶联剂、环氧基三甲氧基硅烷偶联剂中的一种；树脂为水性环氧树脂、水性丙烯酸树脂和丙烯酸衍生物中的至少一种；助剂由助溶剂与其它助剂按质量百分比70～90％：10～30％组成，助溶剂为去离子水、二甲基乙醇胺和去离子水混合溶液、乙二醇单丁醚和去离子水混合溶液中的一种，其它助剂包括基材润湿剂、消泡剂、附着力助剂和分散助剂；颜填料的细度在30μm以下。
作为优选方案，所述网状纤维布为芳纶纤维布、碳纤维布、玻璃纤维布中的一种；所述钢板基材为冲压板，所述钢板基材的上表面粘附有减磨纤维片，所述钢板基材的下表面设有冲压成型的定位凸台。
作为优选方案，所述钢板基材的厚度为1.5～2mm，所述减磨纤维片的厚度为150～260μm。
一种用于钢板弹簧的减磨垫片的安装方法，将减磨垫片置于两片钢板弹簧之间，减磨垫片的下表面与其中一片钢板弹簧卡扣固定连接，位于减磨垫片上表面的减磨纤维片与另一片钢板弹簧摩擦配合。
作为优选方案，取两片减磨垫片，两片减磨垫片分别为第一减磨垫片和第二减磨垫片，两片减磨垫片的钢板基材下表面均设有冲压成型的定位凸台；两片钢板弹簧分别为第一钢板弹簧和第二钢板弹簧，将两片减磨垫片置于两片钢板弹簧之间，从上至下依次为第一钢板弹簧、第一减磨垫片、第二减磨垫片和第二钢板弹簧，将第一减磨垫片的第一定位凸台朝上摆放，将第一定位凸台按到第一钢板弹簧下表面的定位孔中，实现第一减磨垫片与第一钢板弹簧卡扣固定，将第二减磨垫片的第二定位凸台朝下摆放，将第二定位凸台按到第二钢板弹簧上表面的定位孔中，实现第二减磨垫片与第二钢板弹簧卡扣固定，在整车行驶过程中，第一减磨纤维片与第二减磨纤维片摩擦接触，两片钢板弹簧的表面摩擦转变为两片减磨纤维片之间的摩擦。
一种用于钢板弹簧的减磨垫片的制备方法，包括步骤：
1)混合粉料的制备：
按比例准确配制混合粉料并混合均匀；
2)料浆液的制备
2.1.按比例称取树脂、助剂和颜填料；
2.2.将混合粉料混合在树脂中，并加入助剂和颜填料，混合搅拌得到料浆液；
3)减磨纤维片的制备
3.1.将料浆液喷涂在连续的网状纤维布上，，网状纤维布挂上料浆液之后，置于烘干炉中干燥；
3.2.干燥后对带料浆液的网状纤维布进行辊压，得到表面光亮的减磨纤维片；
4)减磨垫片的制备
用结构胶将减磨纤维布粘结于钢板基材的表面，得到用于钢板弹簧的减磨垫片。
作为优选方案，所述步骤4)减磨垫片的制备具体包括步骤：
4.1.取一块钢板基材，并在其下表面冲压成型定位凸台；
4.2.将减磨纤维布裁剪合适尺寸，用结构胶粘结于钢板基材的上表面，得到用于钢板弹簧的减磨垫片。
作为优选方案，所述结构胶为丙烯酸脂结构胶、硅酮结构胶和环氧树脂结构胶中的任意一种。
与现有的减磨垫片相比，本发明具有的优点为：
(1)本发明将减磨纤维片搭载在钢板基材上，相比于直接将减磨材料加载在板簧片间，钢板基材能够保证与板簧的弹性变形一致性，能够承受板簧的长期振动冲击，提高减磨垫片的使用寿命。
(2)本发明的减磨纤维片为以网状纤维布为骨架，相比于直接将碳材料复合树脂材料涂覆在钢板基材表面，利用网状的空间结构能够更好地约束碳材料复合树脂材料，提高料浆附着在钢板上的效果，提高耐磨性，进而减磨垫片的使用寿命。
(3)本发明的碳材料复合树脂材料由以下成分制备而成，10～18％混合粉料、30～45％树脂、30～35％助剂和10～17％颜填料，其中混合粉料包括0.5～5％石墨烯、13～35％碳纳米管、60～86％六方氮化硼和0.1～1％偶联剂，石墨烯、碳纳米管的碳材料的添加保证良好的导热性，六方氮化硼保证了高温润滑效果，通过石墨烯、碳纳米管和六方氮化硼的组合以及优化各组分的比例降低减磨垫片的摩擦系数。
附图说明
图1为本发明用于钢板弹簧的减磨垫片的结构示意图；
图2为图1中减磨纤维片的结构示意图；
图3为实施例1中用于钢板弹簧的减磨垫片的安装示意图；
图4为实施例1中用于钢板弹簧的减磨垫片和对比例的摩擦试验结果图；
图5为经过549循环磨损试验后，原钢板弹簧表面防腐漆的SEM图；
图6为经过48184次循环后，实施例1中减磨垫片的减磨纤维片的SEM图；
图中各部件标号如下：钢板基材1、减磨纤维片2、定位凸台3、第一减磨垫片10、第一定位凸台13、第一减磨纤维片12、第一钢板基材11、第二减磨垫片20、第二定位凸台23、第二减磨纤维片22、第二钢板基材21、第一钢板弹簧30、第二钢板弹簧40。
具体实施方式
为更好地理解本发明，以下将结合具体实例对发明进行详细的说明。
实施例1
用于钢板弹簧的减磨垫片的制备方法，包括步骤：
(1)混合粉料的制备：
1.1.称取1.6g的石墨烯、5.4g的碳纳米管、25g的六方氮化硼、0.25g的偶联剂；其中石墨烯为10层以下的石墨烯微片，碳管米管为碳纳米管阵列，六方氮化硼的平均尺寸为5μm，偶联剂为KH-570硅烷偶联剂；
1.2.将石墨烯、碳纳米管、六方氮化硼和偶联剂在高速分散机中进行混合1h使之均匀，得到混合粉料；
(2)料浆液的制备
2.1.称取83g的水性丙烯酸树脂、52g的助溶剂、17g的其他助剂和31g的颜填料；其中，其它助剂由基材润湿剂、消泡剂、附着力助剂和分散助剂混合而成，其中助溶剂为去离子水，基材润湿剂为辛基酚聚氧乙烯醚，消泡剂为聚甲基硅氧烷，附着力助剂为丙烯酸磷酸酯，分散助剂为乙二醇丁醚，颜填料的细度在30μm以下。
2.2.将混合粉料全部混合在水性丙烯酸树脂中，并加入助溶剂、其它助剂和颜填料，在转速为2000r/min的高速搅拌机中进行混合搅拌2h分散，得到料浆液；
(3)减磨纤维片的制备
3.1.将料浆液单面喷涂在连续的碳纤维布上，喷枪减磨料浆吐出量为170ml/min，在喷涂3～4道次实现挂浆，碳纤维布挂上料浆液之后，置于烘干炉中80℃进行干燥；
3.2.干燥后对带料浆液的碳纤维布进行辊压，辊压压强为10Mpa，得到表面光亮且结构致密的以网状的碳纤维布为骨架的碳材料复合树脂材料，即为减磨纤维片。
(4)减磨垫片的制备
4.1.取一块冲压板作为钢板基材，并在其下表面上冲压成型定位凸台；
4.2.将减磨纤维布裁剪合适尺寸，用丙烯酸脂结构胶粘结于冲压板的上表面，得到用于钢板弹簧的减磨垫片。
结合图1和图2所示，本实施例得到的用于钢板弹簧的减磨垫片，包括钢板基材1和粘附在钢板基材1上表面的减磨纤维片2，钢板基材1的下表面冲压有定位凸台3，减磨纤维片2包括网状纤维布2.1和填充在网状纤维布2.1中的碳材料复合树脂材料2.2，钢板基材的厚度为2mm，减磨纤维片的厚度为150μm。
结合图3所示，将本实施例得到的两块减磨垫片置于两片钢板弹簧之间，从上至下依次为第一钢板弹簧30、第一减磨垫片10、第二减磨垫片20、第二钢板弹簧40，将第一钢板基材11的第一定位凸台13朝上摆放，将第一定位凸台13按到第一钢板弹簧30下表面的定位孔中，实现第一减磨垫片10与第一钢板弹簧30卡扣固定，将第二钢板基材21的第二定位凸台23朝下摆放，将第二定位凸台23按到第二钢板弹簧40上表面的定位孔中，实现第二减磨垫片20与第二钢板弹簧40卡扣固定，在整车行驶过程中，第一减磨纤维片12与第二减磨纤维片22摩擦接触，将两个钢板弹簧的表面摩擦转化为两个减磨纤维片的摩擦，极大地减小了钢板弹簧的钢板弹簧片间的摩擦系数，而且通过卡扣式的固定方式保证整车行驶过程中减磨垫片不易挪动和脱落。
结合图4所示，将本实施例1得到的减磨垫片安装在钢板弹簧中进行摩擦测试，获得减磨垫片摩擦系数为0.27而且随着载荷的增加摩擦系数较稳定，原钢板弹簧表面防腐漆摩擦系数(对比例)为0.60，而且随着载荷的增加呈缓慢上升趋势。将本实施例1得到的减磨垫片安装在钢板弹簧中进行磨损测试，结果如表1所示，在施加循环载荷139865次出现麻点剥落，而原始钢板弹簧的防腐漆层在549次时出现麻点剥落。
表1
Figure BDA0002693781850000071
如图5所示，经过549循环后的，原漆层产生叠状裂纹，且磨损痕迹粗糙，造成摩擦系数进一步增大，防腐漆存在剥落风险，经过48184次循环后，结合图6所示，本实施例减磨垫片的减磨纤维片的磨损痕迹平整，摩擦系数保持稳定。
实施例2～6
实施例2～6的制备方法与实施例1相同，不同在于制备减磨纤维片中各组分的比例不同，各实施例的组分配比以及安装见表2和表3和表4，在此不再赘述。实施例1～6得到的减磨垫片的摩擦系数和寿命测试的结果如表5所示。
表2混合粉料的组分配比
Figure BDA0002693781850000072
表3料浆液的组分配比
Figure BDA0002693781850000081
表3减磨垫片的厚度和安装
Figure BDA0002693781850000082
表4性能测试
摩擦系数 出现麻点的循环次数
实施例1 0.27 139865
实施例2 0.25 147298
实施例3 0.30 136865
实施例4 0.31 136587
实施例5 0.31 140234
实施例6 0.33 138542
对比例 0.60 549
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种用于钢板弹簧的减磨垫片的安装方法，其特征在于，将减磨垫片置于两片钢板弹簧之间，减磨垫片的下表面与其中的一片钢板弹簧卡扣固定连接，位于减磨垫片的上表面的减磨纤维片与另一片钢板弹簧摩擦配合；
所述用于钢板弹簧的减磨垫片，包括钢板基材（1）和粘附在钢板基材（1）表面的减磨纤维片（2），所述减磨纤维片（2）包括网状纤维布（2.1）和填充在网状纤维布（2.1）内的碳材料复合树脂材料（2.2），所述碳材料复合树脂材料（2.2）按重量百分比，由以下组分制备而成：15~16.6%混合粉料、38.6~40.5%树脂、32%助剂和10.9~14.4%颜填料，其中混合粉料包括0.5~5%石墨烯、13.4~16.7%碳纳米管、77.5~85.1%六方氮化硼和0.8~1%偶联剂；
其中：
石墨烯为10层以下的石墨烯微片或者氨基化石墨烯微片；
碳管米管为碳纳米管阵列或无序多壁碳纳米管粉；
六方氮化硼尺寸为5μm~10μm；
偶联剂为KH-570硅烷偶联剂、环氧基三甲氧基硅烷偶联剂中的一种；
树脂为水性环氧树脂、水性丙烯酸树脂和丙烯酸衍生物中的至少一种；
助剂由助溶剂与其它助剂按质量百分比70~90%：10~30%组成，助溶剂为去离子水、二甲基乙醇胺和去离子水混合溶液、乙二醇单丁醚和去离子水混合溶液中的一种，其它助剂包括基材润湿剂、消泡剂、附着力助剂和分散助剂；
颜填料的细度在30μm以下；
所述网状纤维布（2.1）为芳纶纤维布、碳纤维布、玻璃纤维布中的一种；所述钢板基材（1）为冲压板，所述钢板基材（1）的上表面粘附有减磨纤维片（2），所述钢板基材（1）的下表面设有冲压成型的定位凸台（3）；
所述钢板基材（1）的厚度为1.5~2mm，所述减磨纤维片（2）的厚度为150~260μm。
2.根据权利要求1所述的用于钢板弹簧的减磨垫片的安装方法，其特征在于，取两片减磨垫片，两片减磨垫片分别为第一减磨垫片（10）和第二减磨垫片（20），两片减磨垫片的钢板基材下表面均设有冲压成型的定位凸台；两片钢板弹簧分别为第一钢板弹簧（30）和第二钢板弹簧（40），将两片减磨垫片置于两片钢板弹簧之间，从上至下依次为第一钢板弹簧（30）、第一减磨垫片（10）、第二减磨垫片（20）和第二钢板弹簧（40），将第一减磨垫片（10）的第一定位凸台（13）朝上摆放，将第一定位凸台（13）按到第一钢板弹簧（30）下表面的定位孔中，实现第一减磨垫片（10）与第一钢板弹簧（30）卡扣固定，将第二减磨垫片（20）的第二定位凸台（23）朝下摆放，将第二定位凸台（23）按到第二钢板弹簧（40）上表面的定位孔中，实现第二减磨垫片（20）与第二钢板弹簧（40）卡扣固定，在整车行驶过程中，第一减磨垫片（10）的第一减磨纤维片（12）与第二减磨垫片（20）的第二减磨纤维片（22）摩擦接触，两片钢板弹簧的表面摩擦转变为两片减磨纤维片之间的摩擦。
3.一种如权利要求1或2所述用于钢板弹簧的减磨垫片的制备方法，其特征在于，包括步骤：
1）混合粉料的制备：
按比例准确配制混合粉料并混合均匀；
2）料浆液的制备
2.1.按比例称取树脂、助剂和颜填料；
2.2.将混合粉料混合在树脂中，并加入助剂和颜填料，混合搅拌得到料浆液；
3）减磨纤维片的制备
3.1.将料浆液喷涂在连续的网状纤维布上，网状纤维布挂上料浆液之后，置于烘干炉中干燥；
3.2.干燥后对带料浆液的网状纤维布进行辊压，得到表面光亮的减磨纤维片；
4）减磨垫片的制备
用结构胶将减磨纤维布粘结于钢板基材的表面，得到用于钢板弹簧的减磨垫片；
所述步骤4）减磨垫片的制备具体包括步骤：
4.1.取一块钢板基材，并在其下表面上冲压成型定位凸台；
4.2.将减磨纤维布裁剪合适尺寸，用结构胶粘结于钢板基材的上表面，得到用于钢板弹簧的减磨垫片。
4.根据权利要求3所述的用于钢板弹簧的减磨垫片的制备方法，其特征在于，所述结构胶为丙烯酸脂结构胶、硅酮结构胶和环氧树脂结构胶中的任意一种。
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