CN117820740B - 一种发动机冷却管及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本申请涉及冷却管制备技术领域，具体公开了一种发动机冷却管及其制备工艺。本申请的发动机冷却管，主要由如下原料制成：橡胶、增塑剂、硫化剂、交联剂、防老剂、炭黑、全氟乙烯丙烯共聚物、耐热剂、辅助剂；制备工艺，包括如下步骤：将橡胶塑炼，随后加入耐热剂、增塑剂、辅助剂、炭黑、防老剂、交联剂、全氟乙烯丙烯共聚物，混炼，得到胶料一；将胶料一散热，薄通，下片，冷却，得到混合物一；将混合物一、硫化剂混炼，得到胶料二；后将胶料二散热，薄通，下片，冷却，得到混合物二；将混合物二挤出，得到半成品冷却管；半成品冷却管进行硫化，即得。本申请制得的发动机冷却管耐热性以及抗老化性能佳。

Description

一种发动机冷却管及其制备工艺

技术领域

本申请涉及冷却管制备技术领域，更具体地说，它涉及一种发动机冷却管及其制备工艺。

背景技术

由于经济的发展，人们生活水平的提高，汽车已经成为人们的交通工具之一，汽车主要由发动机、底盘、电器、车身组成，其中，发动机是汽车的心脏，而在发动机的使用过程中，往往会产生大量的热量，从而使得其需要进行冷却。

汽车发动机广泛采用水冷方式进行冷却，称为水冷系统。 水冷系统一般采用冷却水管，冷却水管分为进水管和出水管两端，进水管是由散热器出口到发动机水泵进水口的一段，出水管是从节温器到散热器进水口的一段，散热器的作用就是冷却发动机内流动的冷却液，冷却水管也就是传递发动机与散热器之间的冷却水的通道；冷却水管的表面出现缺陷或者磨损后，会造成设备运行过程的不稳定，误差累计可能导致设备出现震动的情况，会降低工作质量。

传统的冷却水管通常为橡胶管，当橡胶管长时间在高温的情况下使用时，容易出现热氧老化的情况，热氧老化是一种自由基链式自催化氧化反应，从而导致橡胶管出现开裂的问题，影响发动机的使用。

因此，亟需制备一种耐热性佳的发动机用冷却管。

发明内容

为了进一步提高冷却管的耐热性，本申请提供一种发动机冷却管及其制备工艺。

第一方面，本申请提供一种发动机冷却管，采用如下的技术方案：

一种发动机冷却管，主要由如下重量份数的原料制成：橡胶100-120份、增塑剂5-8份、硫化剂3-5份、交联剂1-3份、防老剂5-11份、炭黑15-20份、全氟乙烯丙烯共聚物5-10份、耐热剂4-10份、辅助剂3-8份，所述耐热剂包括聚醚醚酮-氧化铝-氮化硅、聚酰亚胺和四针状氧化锌晶须，所述聚醚醚酮-氧化铝-氮化硅的制备方法，包括如下步骤：将氮化硅、氧化铝、磷酸二氢铝溶液混合，研磨，得到研磨物，将研磨物煅烧，冷却得到中间料；将中间料、聚醚醚酮、乙醇混合，超声，得到半成品，将半成品干燥后，压实，得到压实后的半成品，将压实后的半成品加热、冷却，即得；所述辅助剂的制备方法，包括如下步骤：将三甲氧基(4-氟苯基)硅烷、钠基膨润土、丙烯酸乳液混合，得到混合料，将混合料、螺旋状碳纤维、镍钛合金混合，干燥，即得。

优选的，所述交联剂为N，N'－间苯撑双马来酰亚胺。

优选的，所述硫化剂为过氧化二异丙苯。

通过采用上述技术方案，本申请加入辅助剂、耐热剂、全氟乙烯丙烯共聚物三种组分，这三种组分相互配合，与冷却管中其他原料相互配合，全氟乙烯丙烯共聚物耐水、耐油性佳，便于减少水、油导致冷却管出现老化的情况，采用自制的辅助剂，耐热剂与辅助剂相互配合，便于减少热量对冷却管性能的影响，提高冷却管的密封性；其中，

全氟乙烯丙烯共聚物具有优良的耐磨性，且摩擦系数低，优良的耐化学性和耐蠕变性能；

辅助剂采用特殊的方式制备，将三甲氧基(4-氟苯基)硅烷、钠基膨润土与丙烯酸乳液混合，三甲氧基(4-氟苯基)硅烷含有硅烷基团和苯环，便于提高丙烯酸乳液的耐热性，随后，粘附在螺旋状碳纤维、镍钛合金表面，便于进一步提高螺旋状碳纤维、镍钛合金的耐热性，氟、硅基团的引入便于提高辅助剂的耐水、耐油性，进而与全氟乙烯丙烯共聚物相互配合，提高冷却管的耐水、耐油性，提高冷却管的抗老化性能；辅助剂中的镍钛合金、螺旋状碳纤维受热胀冷缩影响较小，便于减少冷却管受温度影响出现开裂的情况，螺旋状碳纤维、镍钛合金导热性佳，便于减少冷却管出现温度骤升导致冷却管出现开裂的情况；

耐热剂包括聚醚醚酮-氧化铝-氮化硅、聚酰亚胺和四针状氧化锌晶须，采用自制的聚醚醚酮-氧化铝-氮化硅，氧化铝、氮化硅导热性、耐热性均佳，将氧化铝、氮化硅与磷酸二氢铝混合，氧化铝、氮化硅与磷酸二氢铝相互配合，一方面缩短磷酸二氢铝的固化时间，降低磷酸二氢铝的固化温度，便于使得氧化铝、氮化硅更好的与聚醚醚酮混合，将由此得到的中间料与聚醚醚酮混合，中间料与聚醚醚酮在共混和成型过程中形成了互穿聚合物网络结构，便于进一步提高制得的聚醚醚酮-氧化铝-氮化硅的耐热性和力学性能，氧化铝与磷酸盐反应形成Al-O-P键，从而形成网络骨架结构，熔融的聚醚醚酮会流动并填充到骨架结构的内部孔洞和孔隙中，形成互穿的磷酸盐网络，进而使得制得的聚醚醚酮-氧化铝-氮化硅耐热性、力学性能较佳；聚酰亚胺耐热性佳；四针状氧化锌晶须与辅助剂中的螺旋状碳纤维交织成网状结构，且四针状氧化锌晶须导热性和耐热性较佳，便于更好的与辅助剂作用，同时与冷却管中的其他组分作用，有助于提高冷却管的导热性、耐热性，减少热量对于冷却管性能的影响。

优选的，所述聚醚醚酮为改性聚醚醚酮，所述改性聚醚醚酮的制备方法，包括如下步骤：将聚醚醚酮、聚醚砜、碳纤维混合，得到混合聚醚醚酮，将混合聚醚醚酮熔融后，加入羟基磷灰石晶须，混合均匀，保温，冷却，烘干，即得。

通过采用上述技术方案，聚醚醚酮具有良好的抗疲劳特性，且具有优异的自润滑性，耐腐蚀性和耐磨性能佳，加入聚醚砜、碳纤维后，便于降低聚醚醚酮受温度影响而出现的膨胀情况；聚醚砜与聚醚醚酮相容性佳，有助于提高聚醚醚酮与碳纤维的界面结合性，且聚醚砜具有刚性的苯环，柔性的砜基和醚基，形成的大共轭体系使得聚醚砜具有高力学性能和氧化稳定性，且耐温性和耐化学腐蚀性佳，便于进一步提高制得的改性聚醚醚酮的性能；羟基磷灰石晶须表面粗糙，富含极性基团，化学活性较大，在聚醚醚酮内得到充分接触，与聚醚醚酮之间的粘合力作用显著增强，羟基磷灰石晶须的加入便于提高聚醚醚酮的力学性能和耐热性。

优选的，所述耐热剂、辅助剂的质量比为(6-8):(5-7)。

通过采用上述技术方案，对耐热剂、辅助剂两种组分的配比进行调整，使得两种组分的配比达到最佳，便于更好的发挥耐热剂、辅助剂之间的协同作用，同时，提高耐热剂、辅助剂与冷却管其他组分之间的配合作用，进而提高制得的冷却管的性能。

优选的，所述三甲氧基(4-氟苯基)硅烷、螺旋状碳纤维、镍钛合金的质量比为(5-6):(1-2):(3-4)。

通过采用上述技术方案，对三甲氧基(4-氟苯基)硅烷、螺旋状碳纤维、镍钛合金三种组分的配比进行调整，使得三种组分的配比达到最佳，三甲氧基(4-氟苯基)硅烷的加入量大于螺旋状碳纤维、镍钛合金的加入量，三甲氧基(4-氟苯基)硅烷便于在螺旋状碳纤维、镍钛合金表面形成防水防油层，进而与冷却管中的全氟乙烯丙烯共聚物相互配合，便于提高冷却管的耐水、耐油性，减少油、水对冷却管老化性能的影响。

优选的，所述耐热剂由聚醚醚酮-氧化铝-氮化硅、聚酰亚胺、四针状氧化锌晶须按质量比(3-4):(1-2):(5-6)组成。

通过采用上述技术方案，耐热剂由聚醚醚酮-氧化铝-氮化硅、聚酰亚胺、四针状氧化锌晶须三种组分复配得到，对三种组分的配比进行调整，使得三种组分的配比达到最佳，四针状氧化锌晶须是一种具有三维空间结构的晶须，在基体中可能呈现三维分布，同时，使得制得的复合材料呈现各相同性；采用自制的聚醚醚酮-氧化铝-氮化硅，便于提高聚醚醚酮的导热性、耐热性，进而便于与聚酰亚胺相互配合，由此制得的冷却管性能更佳。

优选的，所述四针状氧化锌晶须为预处理四针状氧化锌晶须，所述预处理四针状氧化锌晶须的制备方法，包括如下步骤：将四针状氧化锌晶须浸渍在钛酸酯偶联剂溶液中，烘干，即得。

通过采用上述技术方案，采用钛酸酯偶联剂对四针状氧化锌晶须进行预处理，有助于提高四针状氧化锌晶须与橡胶、聚酰亚胺、聚醚醚酮-氮化硅-氧化铝之间的相容性，便于更好的发挥四针状氧化锌晶须在冷却管中的作用，进而提高冷却管的性能。

优选的，所述防老剂由N-(1，3-二甲基)丁基-N'-苯基对苯二胺、1-萘氨基苯按质量比(1-2):(3-4)组成。

优选的，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、磷酸三辛酯中的任意一种。

优选的，所述四针状氧化锌晶须针状体长度为10-20μm，根部直径为2-3μm。

第二方面，本申请提供一种发动机冷却管的制备工艺，采用如下技术方案：

一种发动机冷却管的制备工艺，包括如下步骤：

（1）混炼：将橡胶塑炼，塑炼完成后，加入耐热剂、增塑剂、辅助剂、炭黑、防老剂、交联剂、全氟乙烯丙烯共聚物，混炼，得到胶料一；后将胶料一排到开炼机上进行散热，薄通完成后，胶料一下片，冷却，得到混合物一；将混合物一、硫化剂混炼，得到胶料二；后将胶料二排到开炼机上进行散热，薄通完成后，胶料二下片，冷却，得到混合物二；

（2）挤出：将步骤（1）得到的混合物二挤出，得到半成品冷却管；

（3）硫化：将步骤（2）得到的半成品冷却管进行硫化，即得。

通过采用上述技术方案，本申请发动机冷却管制备工艺简单，制得的冷却管耐热性佳，耐老化性能强。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请的发动机冷却管，通过引入耐热剂、辅助剂、全氟乙烯丙烯共聚物三种组分，三种组分协同配合，与冷却管其他组分共同作用，耐热剂的加入便于提高冷却管的耐热性，同时，耐热剂中含有的四针状氧化锌晶须便于与辅助剂配合，提高冷却管的导热性，减少热量对于冷却管的影响，辅助剂中的螺旋碳纤维与四针状氧化锌晶须交错缠绕形成网状结构，便于提高冷却管的强度，同时，全氟乙烯丙烯共聚物便于与辅助剂中的三甲氧基(4-氟苯基)硅烷相互配合，有助于提高冷却管的防水防油性能，从而提高冷却管的抗老化性能。

2、本申请的发动机冷却管在制备过程中加入自制的聚醚醚酮-氧化铝-氮化硅，聚醚醚酮-氧化铝-氮化硅在制备过程中，将氧化铝、氮化硅、磷酸二氢铝相互混合，磷酸二氢铝便于提高氧化铝、氮化硅与聚醚醚酮之间的相容性，氧化铝与磷酸盐反应形成Al-O-P键，从而形成网络骨架结构，熔融的聚醚醚酮会流动并填充到骨架结构的内部孔洞和孔隙中，形成互穿的磷酸盐网络，氧化铝、氮化硅、磷酸二氢铝便于提高聚醚醚酮的性能，进而提高制得的冷却管的性能。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

本发明实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本发明实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本发明实施例说明书公开的范围之内。具体地，本发明实施例说明书中所述的重量可以是mg、g、kg等化工领域公知的重量单位。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请实施例及对比例的原料除特殊说明以外均为普通市售。

实施例

实施例1

一种发动机冷却管，包括如下重量的原料，橡胶100kg、增塑剂5kg、硫化剂3kg、交联剂1kg、防老剂5kg、炭黑15kg、全氟乙烯丙烯共聚物5kg、耐热剂4kg、辅助剂3kg。橡胶由丁苯橡胶和硅橡胶按质量比1:1组成；硫化剂为过氧化二异丙苯；交联剂为N，N'－间苯撑双马来酰亚胺；防老剂由N-(1，3-二甲基)丁基-N'-苯基对苯二胺、1-萘氨基苯按质量比1:3组成；增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯；耐热剂由聚醚醚酮-氧化铝-氮化硅、聚酰亚胺、四针状氧化锌晶须按质量比1:1:1组成；四针状氧化锌晶须针状体长度为10μm，根部直径为2μm；四针状氧化锌晶须为预处理四针状氧化锌晶须，预处理四针状氧化锌晶须的制备方法，包括如下步骤：将四针状氧化锌晶须浸渍在钛酸酯偶联剂溶液中，烘干，即得；其中，钛酸酯偶联剂溶液由钛酸酯偶联剂、乙醇按质量比1:25组成，钛酸酯偶联剂为钛酸酯偶联剂TMC-201；浸渍时间为35min，烘干在恒温烘箱中烘干，烘箱温度为100℃，烘干时间为40min；辅助剂的制备方法，包括如下步骤：将三甲氧基(4-氟苯基)硅烷、钠基膨润土、丙烯酸乳液按质量比5:3:10混合，得到混合料，将混合料、螺旋状碳纤维、镍钛合金混合，在80℃下干燥2h，即得；三甲氧基(4-氟苯基)硅烷、螺旋状碳纤维、镍钛合金的质量比为5:1:3。

一种发动机冷却管的制备工艺，包括如下步骤：

（1）混炼：将橡胶投入密炼机中进行塑炼，塑炼完成后，加入耐热剂、增塑剂、辅助剂、炭黑、防老剂、交联剂、全氟乙烯丙烯共聚物，混炼至温度达到120℃，得到胶料一；后将胶料一从密炼机排出，排到开炼机上进行散热，薄通完成后，胶料一下片，冷却，得到混合物一；将混合物一、硫化剂投入到密炼机中，混炼至温度达到110℃，得到胶料二；后将胶料二从密炼机排出，排到开炼机上进行散热，薄通完成后，胶料二下片，冷却，得到混合物二；

（2）挤出：将步骤（1）得到的混合物二采用冷喂料挤出机挤出，得到半成品冷却管，其中，挤出机各个阶段的挤出温度从机头到螺杆依次为100℃、80℃、60℃、50℃、40℃，牵引速度为10m/min；

（3）硫化：将步骤（2）得到的半成品冷却管进行硫化，即得；硫化分为一段硫化和二段硫化，一段硫化的硫化温度为160℃，硫化时间为50min；二段硫化的硫化温度为170℃，硫化时间为2h。

表1实施例1-5发动机冷却管原料组分配比

实施例2

一种发动机冷却管，原料组分配比如表1所示，与实施例1的区别在于：原料组分配比不同，其中，三甲氧基(4-氟苯基)硅烷、螺旋状碳纤维、镍钛合金的质量比为6:2:4；增塑剂为磷酸三辛酯；防老剂由N-(1，3-二甲基)丁基-N'-苯基对苯二胺、1-萘氨基苯按质量比2:4组成；四针状氧化锌晶须针状体长度为20μm，根部直径为3μm。

实施例3

一种发动机冷却管，原料组分配比如表1所示，与实施例1的区别在于：原料组分配比不同。

实施例4-5

一种发动机冷却管，原料组分配比如表1所示，与实施例3的区别在于：原料组分配比不同。

实施例6

一种发动机冷却管，与实施例5的区别在于：耐热剂由聚醚醚酮-氧化铝-氮化硅、聚酰亚胺、四针状氧化锌晶须按质量比3:1:5组成。

实施例7

一种发动机冷却管，与实施例5的区别在于：耐热剂由聚醚醚酮-氧化铝-氮化硅、聚酰亚胺、四针状氧化锌晶须按质量比4:2:6组成。

实施例8

一种发动机冷却管，与实施例7的区别在于：聚醚醚酮为改性聚醚醚酮，改性聚醚醚酮的制备方法，包括如下步骤：将聚醚醚酮、聚醚砜、碳纤维按质量比4:1:1混合，随后在160℃下干燥4h，得到混合聚醚醚酮，随后将混合聚醚醚酮加入温度为360℃的转矩流变仪中，等到聚醚醚酮熔融，加入羟基磷灰石晶须，混合均匀，保温，冷却，在160℃烘干，即得，其中聚醚醚酮、羟基磷灰石晶须的质量比为4:1，羟基磷灰石晶须为预处理羟基磷灰石，预处理磷灰石晶须的制备方法，包括如下步骤：将羟基磷灰石浸泡在无水乙醇中，超声清洗10次，清洗温度为 50℃，清洗完成后，取出晾干，随后加入到复配溶剂中，在65℃下搅拌，反应2h后，抽滤、干燥，即得。复合溶剂由钛酸四丁酯与硅烷偶联剂KH550按体积比为 4:1配制。

对比例

对比例1

一种发动机冷却管，与实施例1的区别在于：未加入耐热剂。

对比例2

一种发动机冷却管，与实施例1的区别在于：未加入辅助剂。

对比例3

一种发动机冷却管，与实施例1的区别在于：耐热剂由聚醚醚酮、聚酰亚胺、四针状氧化锌晶须按质量比1:1:1组成。

对比例4

一种发动机冷却管，与实施例1的区别在于：采用聚酰亚胺等量替换四针状氧化锌晶须。

对比例5

一种发动机冷却管，与实施例1的区别在于：采用聚酰亚胺等量替换聚醚醚酮-氧化铝-氮化硅。

性能检测试验

拉伸强度测试：取实施例1-8及对比例1-5制得的发动机冷却管，依据GB/T 528-1998《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》中的检测方法，检测冷却管的拉伸强度，检测结果如表2所示。

抗老化性能测试：取实施例1-8及对比例1-5制得的发动机冷却管，依据GB/T16585-1996《硫化橡胶人工气候老化(荧光紫外灯)试验方法》中的检测方法，检测冷却管的抗老化性能，检测条件温度为165℃，时间为160h；检测结果如表2所示。

表2实施例1-8及对比例1-5的发动机冷却管性能测试结果

结合表2中的数据可以看出，实施例1-8制得的冷却管耐热性佳，且抗老化性能较佳。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，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，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种发动机冷却管，其特征在于，主要由如下重量份数的原料制成：橡胶100-120份、增塑剂5-8份、硫化剂3-5份、交联剂1-3份、防老剂5-11份、炭黑15-20份、全氟乙烯丙烯共聚物5-10份、耐热剂4-10份、辅助剂3-8份，所述耐热剂由聚醚醚酮-氧化铝-氮化硅、聚酰亚胺、四针状氧化锌晶须按质量比(3-4):(1-2):(5-6)组成，所述聚醚醚酮-氧化铝-氮化硅的制备方法，包括如下步骤：将氮化硅、氧化铝、磷酸二氢铝溶液混合，研磨，得到研磨物，将研磨物煅烧，冷却得到中间料；将中间料、聚醚醚酮、乙醇混合，超声，得到半成品，将半成品干燥后，压实，得到压实后的半成品，将压实后的半成品加热、冷却，即得；所述聚醚醚酮为改性聚醚醚酮，所述改性聚醚醚酮的制备方法，包括如下步骤：将聚醚醚酮、聚醚砜、碳纤维混合，得到混合聚醚醚酮，将混合聚醚醚酮熔融后，加入羟基磷灰石晶须，混合均匀，保温，冷却，烘干，即得；所述辅助剂的制备方法，包括如下步骤：将三甲氧基(4-氟苯基)硅烷、钠基膨润土、丙烯酸乳液混合，得到混合料，将混合料、螺旋状碳纤维、镍钛合金混合，干燥，即得。

2.根据权利要求1所述的一种发动机冷却管，其特征在于，所述耐热剂、辅助剂的质量比为(6-8):(5-7)。

3.根据权利要求1所述的一种发动机冷却管，其特征在于，所述三甲氧基(4-氟苯基)硅烷、螺旋状碳纤维、镍钛合金的质量比为(5-6):(1-2):(3-4)。

4.根据权利要求1所述的一种发动机冷却管，其特征在于，所述四针状氧化锌晶须为预处理四针状氧化锌晶须，所述预处理四针状氧化锌晶须的制备方法，包括如下步骤：将四针状氧化锌晶须浸渍在钛酸酯偶联剂溶液中，烘干，即得。

5.根据权利要求1所述的一种发动机冷却管，其特征在于，所述防老剂由N-(1，3-二甲基)丁基-N'-苯基对苯二胺、1-萘氨基苯按质量比(1-2):(3-4)组成。

6.根据权利要求1所述的一种发动机冷却管，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、磷酸三辛酯中的任意一种。

7.根据权利要求4所述的一种发动机冷却管，其特征在于，所述四针状氧化锌晶须针状体长度为10-20μm，根部直径为2-3μm。

8.一种如权利要求1-7任意一项所述的发动机冷却管的制备工艺，其特征在于：包括如下步骤：

（1）混炼：将橡胶塑炼，塑炼完成后，加入耐热剂、增塑剂、辅助剂、炭黑、防老剂、交联剂、全氟乙烯丙烯共聚物，混炼，得到胶料一；后将胶料一排到开炼机上进行散热，薄通完成后，胶料一下片，冷却，得到混合物一；将混合物一、硫化剂混炼，得到胶料二；后将胶料二排到开炼机上进行散热，薄通完成后，胶料二下片，冷却，得到混合物二；

（2）挤出：将步骤（1）得到的混合物二挤出，得到半成品冷却管；

（3）硫化：将步骤（2）得到的半成品冷却管进行硫化，即得。