汽車用止推墊圈成型工藝研究

楊培娟，黃賀

（浙江經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310018）

汽車用止推墊圈成型工藝研究

楊培娟，黃賀

（浙江經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310018）

以熱塑性聚酰亞胺(TPI)為基體材料，添加少量潤滑劑得到聚酰亞胺復(fù)合顆粒。對其進(jìn)行注射成型，主要探討了注射成型溫度和壓力對其成型和性能的影響。結(jié)果表明，隨著注塑溫度升高，TPI試樣的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度都提高，當(dāng)注塑溫度超過360℃時，力學(xué)性能有所下降，注塑溫度過高或過低都會使試樣性能下降；在合適的注射溫度下，適當(dāng)提高注塑壓力，有利于提高試樣的力學(xué)性能。最佳的注塑工藝條件為：注塑溫度360℃，注塑壓力120-150MPa。最后，通過優(yōu)化的注塑成型工藝成功制備出汽車用止推墊圈，經(jīng)試用，完全符合汽車用止推墊圈性能要求。

聚酰亞胺；注塑成型；止推墊圈

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.01.029

CLC NO.:U463.9 Document Code:A Article ID:1671-7988(2016)01-83-03

前言

止推墊圈是汽車配件中關(guān)鍵零部件之一，其主要功能是當(dāng)汽車在行駛中發(fā)動機(jī)曲軸受到熱膨脹而伸長或受斜齒輪及離合器等的軸向力作用而產(chǎn)生軸向移動時，避免曲軸與機(jī)體之間產(chǎn)生直接接觸。止推墊圈最早采用進(jìn)口銅鉛合金雙金屬帶加工而成[1]，其生產(chǎn)工藝有兩個步驟：(1)銅鉛合金雙金屬帶：鋼帶→清理去油→鍍銅→鋪銅鉛合金粉→一次燒結(jié)→軋制→二次燒結(jié)→軋制→退火→成品合金帶；(2)加工工藝流程：卷料校直→切斷帶料→沖切坯料→洗油槽→去毛刺→車鋼背面→倒合金面內(nèi)角→去毛刺→中間檢查→鍍錫→精車合金面→去毛刺→終檢。金屬止推墊圈在生產(chǎn)和使用過程中容易發(fā)生合金層的剝落現(xiàn)象[1]。因為金屬止推墊圈摩擦性能不穩(wěn)定，容易發(fā)生合金層剝離現(xiàn)象，而且生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，因此人們開始采用塑料來代替金屬材料生產(chǎn)止推墊圈，止推墊圈功效要求所采用的材料具有耐摩擦性能好，蠕變小，適合高速運轉(zhuǎn)，耐溫性好，且機(jī)械強(qiáng)度高等特點。中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所[2]研究了塑料-金屬三層復(fù)合自潤滑材料應(yīng)用在止推墊圈等方面，指出這種材料綜合了金屬和塑料的優(yōu)點，而且機(jī)械強(qiáng)度高、摩擦系數(shù)低、耐熱性好、熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱性能優(yōu)良、使用溫度范圍寬等特性。美國BP Amoco化學(xué)品和工程聚合物公司在原Amoco公司的技術(shù)和產(chǎn)品基礎(chǔ)上推出許多出許多汽車業(yè)用工程塑料，具有高比強(qiáng)度和高比剛性，其中聚酰胺亞胺(PAI，商品名Torlon)系列牌號已成功地用于汽車部件上，替代老的傳統(tǒng)材料，使部件性能更好，壽命更長[3]。

汽車用止推墊圈正在由金屬材料向高分子材料發(fā)展，滿足輕量化、環(huán)保要求。由于止推墊圈工況條件苛刻，通常在高溫、高速摩擦下使用，需要材料具有高強(qiáng)度、耐高溫、尺寸穩(wěn)定性佳、耐磨損性能優(yōu)異等性能。本文在前期研究的基礎(chǔ)上[4,5]，擬將國產(chǎn)聚酰亞胺為基體材料，通過注塑成型制備汽車用止推墊圈，優(yōu)化了注塑成型工藝條件，為生產(chǎn)汽車用止推墊圈提供幫助。

1、實驗部分

1.1 原料

熱塑性聚酰亞胺，牌號SS100，杭州塑盟特科技有限公司；石墨，聚四氟乙烯，市售。

1.2 試樣和產(chǎn)品制備

將熱塑性聚酰亞胺(SS100)，和少量石墨和聚四氟乙烯經(jīng)過雙螺桿擠出機(jī)(CTE-35，南京科倍隆公司)擠出造粒，然后在立式注塑機(jī)注塑成型，得到所需測試樣條和制品。

1.3 性能測試

拉伸性能：GB/T 1447-2005 《纖維增強(qiáng)塑料拉伸性能試驗方法》

沖擊性能(簡支梁無缺口)：GB/T 1451-2005《纖維增強(qiáng)塑料簡支梁式?jīng)_擊韌性試驗方法》

壓縮強(qiáng)度：GB/T1041-2008《塑料 壓縮性能的測定》

2、成型工藝及制品形態(tài)

2.1 注塑成型工藝流程圖

注塑成型工藝主要有：成型前烘干處理和加溫塑化，注塑成型過程，和制品退火處理，具體見圖1。

圖1 注塑成型流程圖

2.2 產(chǎn)品形態(tài)

聚酰亞胺(PI)是指大分子鏈由酰亞胺重復(fù)結(jié)構(gòu)單元組成的一類聚合物，PI由于綜合性能非常優(yōu)異，尤其是具有突出的機(jī)械強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性、阻燃性、耐化學(xué)性能和耐摩擦性能，得到越來越廣泛的應(yīng)用。PI分子鏈存在苯環(huán)，熔融溫度高且熔體黏度大，對水分敏感，高溫下易降解，制品易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，如成型工藝控制不當(dāng)，會產(chǎn)生雜質(zhì)、變色、銀紋、高溫分解碳化等問題，極大地影響了制品的性能，因此PI屬于難成型加工的塑料。作者首次提出以國產(chǎn)聚酰亞胺為基體材料，通過添加少量潤滑劑和耐磨劑，研究其注塑成型工藝，通過工藝優(yōu)化，成功生產(chǎn)出性能優(yōu)異的止推墊圈產(chǎn)品。注射成型最重要的工藝條件是影響塑化與注射成型和冷卻定型的溫度、壓力及相應(yīng)的作用時間[6]。

圖2 聚酰亞胺形態(tài)及兩種溫度下注塑樣條

根據(jù)實際工作經(jīng)驗，PI的注塑溫度一般在300℃以上，注塑壓力保持在120MPa，模具溫度為200℃，考察在320℃和360℃兩種注塑溫度對其成型性能的影響，注塑的樣條分別見圖2(b,c)。由圖2可以看出，當(dāng)注塑溫度過低時，因為PI熔體黏度過大，流動性太差，出現(xiàn)了充模不滿和銀紋紊亂等現(xiàn)象，制品不密實，機(jī)械性能一般。提高注塑溫度至360℃，物料熔體黏度降低，流動性增強(qiáng)，有利于充模，同時銀紋消失，制品質(zhì)量明顯改善，見圖2(c)。由此可見，注塑溫度設(shè)在360℃左右比較合適。

3、注塑成型工藝優(yōu)化

3.1 注塑溫度、注射壓力對機(jī)械性能的影響

選擇不同的溫度340℃、360℃、380℃，和注射壓力100MPa、120MPa、150MPa下進(jìn)行注塑成型，考察溫度和壓力對樣品力學(xué)性能的影響，結(jié)果見表1。

表1 注塑溫度和注塑壓力對機(jī)械性能的影響

從表中可以看出，當(dāng)注塑溫度較低時，制品的機(jī)械強(qiáng)度較差，在此溫度條件下，提高注射壓力并不能提高機(jī)械強(qiáng)度，這是因為溫度較低，聚酰亞胺物料沒有充分熔融，流動性差，注射過程中充模不好，提高注射壓力雖然能提高物料的流動性，但由于內(nèi)部混合不均勻，導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力增加，從而使得機(jī)械強(qiáng)度降低。提高注塑溫度到360℃，制品的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度明顯提高，隨著注塑溫度的升高，物料熔體粘度降低，流動性增大，使得熔體沖模順利，制品內(nèi)部溫度和壓力分布均勻，因此性能隨之提高。此時，提高注射壓力，熔體的沖模更加充分，制品內(nèi)部更加致密，力學(xué)性能大幅提高，這是因為提高注射壓力可增加熔體剪切力，使流動的分子鏈取向程度提高，從而有利于提高制品的機(jī)械強(qiáng)度。而進(jìn)一步提高注塑溫度至380℃時，熔體粘度更低，流動性進(jìn)一步增強(qiáng)，在較低的注塑壓力下，就可以獲得理想的機(jī)械強(qiáng)度。此時提高注射壓力，制品的內(nèi)應(yīng)力會增大，使得拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度下降。此外，隨著熔體溫度的升高，分子鏈活動性增強(qiáng)，解取向作用提高，導(dǎo)致分子鏈取向降低。注射壓力提高雖然會提高分子取向，但隨著流動性提高，沖模時間減少，分子鏈?zhǔn)芗羟辛Φ淖饔脮r間也減少，相對的熔體在模具中的保壓時間增加，此時物料熔體溫度較高，松弛過程加快，在一定程度上抵消因提高注射壓力而產(chǎn)生的剪切作用[7]。另外，由于熔體溫度過高，再加上料筒里螺桿的剪切作用，可能會產(chǎn)生部分分子鏈降解，從而導(dǎo)致制品的機(jī)械強(qiáng)度下降。

從上所述，注射溫度和壓力對制品的機(jī)械性能影響情況比較復(fù)雜，過高或過低溫度都不利于制品性能的提高，其最佳的成型工藝條件為：注塑溫度：360℃，注射壓力120-150MPa。

3.2 止推墊圈產(chǎn)品形態(tài)

圖3顯示的是在上述優(yōu)化的注塑工藝條件下注塑成型的止推墊圈制品，將(a)中帶流道的止推墊圈中的流道剪去，得到(b)所示的止推墊圈成品?？梢钥闯?，本文制備的產(chǎn)品流道充滿，色澤均勻，韌性好，充實度高，產(chǎn)品致密，性能優(yōu)異。經(jīng)過客戶試用，完全符合汽車用止推墊圈的各項性能要求。

4、結(jié)論

采用國產(chǎn)熱塑性聚酰亞胺為原料，考察了注塑成型工藝對其機(jī)械性能的影響，確定最佳成型工藝條件：在360℃下，注射壓力為120-150MPa。在上述優(yōu)化的注塑成型工藝條件下，成功生產(chǎn)出汽車用高分子材料止推墊圈。

[1] 蔣玉琴. 6102發(fā)動機(jī)止推墊片合金層剝落原因分析[J]. 理化檢驗-物理分冊. 2000, 36(7), 318-320.

[2] 朱才錄. 國產(chǎn)塑料--金屬三層復(fù)合自潤滑材料的性能及其應(yīng)用[J].摩擦學(xué)學(xué)報. 1984, 3:172-178.

[3] 唐偉家. 汽車用聚酰胺亞胺[J]. 上海塑料. 2003. 3(1):42-43.

[4] 王銳蘭，楊培娟，查道鑫，黃健. 熱固性聚酰亞胺/石墨復(fù)合材料性能[J]. 塑料. 2013, 42(4):90-93.

[5] 楊培娟,黃健. 熱塑性聚酰亞胺/玄武巖纖維復(fù)合材料[J]. 塑料. 2014, 43(3):85-88.

[6] 劉守榮. 塑料成型工程學(xué)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2006.

[7] 孔玲佩,肖作良, 段友順, 等. 聚碳酸酯注塑工藝條件研究[J]. 工程塑料應(yīng)用. 2015,43(5):54-57.

Study on Injection Molding Technology of the Thrust Washer

Yang Peijuan, Huang He
（Zhejiang Economic & Trade Polytechnic, Zhejiang Hangzhou 310018）

By using thermoplastic polyimide (TPI) as the matrix and some lubricants, the composite pellets were made through extrusion process. Taking these pellets as raw material for injection molding, the effects of injection temperature and pressure on the molding properties were also investigated. The results show that with the increase of the injection temperature, the tensile strength, impact strength, and compressive strength of the samples molded increase. When the injection temperature is above 360℃, the mechanical properties of the samples molded decrease. As the injection temperature is fixed at 360℃, increasing the injection pressure can improve the molding properties. The optimal injection molding conditions of TPI are that the injection temperature is 360℃, and the injection pressure is 120-150MPa. In a word, the thrust washers molded meet the requirements for the automobile vehicle.

Polyimide; Injection molding; Thrust washer

U463.9

A

1671-7988(2016)01-83-03

楊培娟，碩士、講師，就職于浙江經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院應(yīng)用工程系汽車技術(shù)服務(wù)與營銷專業(yè)教師。主要從事汽車材料和應(yīng)用技術(shù)研究。

2014年浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動新苗計劃項目，項目編號：2014R441001。