專利名稱：蒙脫土/pa6納米復合材料的高性能鋼-塑蝸輪及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鋼-塑蝸輪制造工藝，具體涉及一種蒙脫土 /PA6納米復合材料的高性 能鋼-塑蝸輪及其制造方法。
背景技術：
高性能鋼-塑蝸輪由于具有綜合機械性能良好、重量輕、噪聲小、耐腐蝕、易于加 工的優(yōu)點，同時還具有優(yōu)良的吸震性、抗沖擊性、抗疲勞以及低噪聲的性能，正在取代由銅、 鋁等金屬材料制成的蝸輪，逐漸廣泛運用在汽車、船舶、航空、機械、建筑、水利水電等行業(yè) 領域。 傳統(tǒng)的鋼-塑蝸輪材料大多采用PA6、 PA66、 PA46、 MC尼龍、聚甲醛等為蝸輪的塑 料基體材料。這些材料價格相對便宜，但不同程度存在低溫韌性差、熱穩(wěn)定性不好、濕度影 響大、尺寸變化大、高負荷條件下性能下降明顯等缺點。 蒙脫土 (匪T)，是我國富產(chǎn)的一類天然粘土礦物，它是一種層狀硅酸鹽。其結構片 層是納米尺度的，包含有三個亞層，在兩個硅氧四面體亞層中間夾含一個鋁氧八面體亞層， 亞層之間通過共用氧原子以共價鍵連接，結合極為牢固。整個結構片層厚約lnm，長寬約 100nm，由于鋁氧八面體亞層中的部分鋁原子被低價原子取代，亞層帶有負電荷。過剩的負 電荷靠游離于層間的Na+、 Ca2+和Mg2+等陽離子平衡，因此容易與烷基季銨鹽或其它有機 陽離子進行離子交換反應生成有機化蒙脫土，交換后的蒙脫土呈親油性，并且層間的距離 增大。有機納米蒙脫土能進一步與單體或聚合物熔體反應，在單體聚合或聚合物熔體混合 的過程中剝離為微米或納米尺度的結構片層，均勻分散到聚合物基體中，從而形成復合材 料。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有鋼_塑蝸輪的缺陷，提供一種由蒙脫土 /PA6納米復合 材料制造的高性能鋼_塑蝸輪及其制造方法，使鋼_塑蝸輪能夠具有更大尺寸和更高承載 能力。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下一種蒙脫土/PA6納米復合材料的高 性能鋼-塑蝸輪，包括位于中部的鋼質(zhì)鑲件，以及鋼質(zhì)鑲件外側(cè)的注塑輪廓，其中，所述的 注塑輪廓為蒙脫土 /PA6納米復合材料，蒙脫土 /PA6納米復合材料中蒙脫土的質(zhì)量含量為 4% 7%。
—種蒙脫土 /PA6納米復合材料制造高性能鋼_塑蝸輪的方法，包括如下步驟
步驟一、對納米蒙脫土原料進行改性處理； 步驟二、將干燥的PA6、改性蒙脫土、復合穩(wěn)定劑、白油、硬脂酸按比例混合均勻，采 用熔融擠出工藝制得蒙脫土 /PA6納米復合材料； 步驟三、將步驟二制得的蒙脫土 /PA6納米復合材料通過注塑機對模具進行注塑，
3使蒙脫土 /PA6納米復合材料與事先加工好的鋼質(zhì)鑲件復合，生產(chǎn)出高性能鋼_塑蝸輪。
進一步，如上所述的蒙脫土 /PA6納米復合材料制造高性能鋼_塑蝸輪的方法，步 驟二中制備蒙脫土 /PA6納米復合材料的過程分為如下兩步 (a)將干燥的PA6粒料、改性蒙脫土、復合穩(wěn)定劑、白油、硬脂酸按比例混合均勻， 使蒙脫土在混合物中的質(zhì)量含量為15% 30%，采用熔融擠出工藝制得過渡原料；
(b)將步驟(a)制得的過渡原料、PA6粒料、復合穩(wěn)定劑、白油、硬脂酸按比例混合 均勻，使蒙脫土在混合物中的質(zhì)量含量為4% 7 % ，采用熔融擠出工藝制得蒙脫土 /PA6納 米復合材料。 更進一步，如上所述的蒙脫土 /PA6納米復合材料制造高性能鋼_塑蝸輪的方法， 步驟(a)中各種原料的質(zhì)量配比如下PA6粒料70 85份、改性蒙脫土 15 30份、復合 穩(wěn)定劑0. 2 0. 5份、白油0. 5 1份、硬脂酸0. 1 0. 5份；步驟(b)中各種原料的質(zhì)量 配比如下過渡原料30 50份、PA6粒料150 200份、復合穩(wěn)定劑1. 5 2份、白油1 1. 5份、硬脂酸0. 5 1份；復合穩(wěn)定劑包括鈣鋅復合穩(wěn)定劑、熱穩(wěn)定劑、阻燃劑。
本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明通過制備蒙脫土 /PA6納米復合材料，將其作為原 料用于高性能鋼-塑蝸輪的生產(chǎn)，所制得的鋼_塑蝸輪具有更大尺寸、更高的承載能力，從 而克服了現(xiàn)有鋼-塑蝸輪的缺陷，使新型的鋼-塑蝸輪具有更為優(yōu)良的熱性能和力學性能。
圖1為蒙脫土 /PA6納米復合材料的高性能鋼_塑蝸輪結構示意圖；
圖2為圖1的俯視圖； 圖3為蒙脫土 /PA6納米復合材料的高性能鋼_塑蝸輪的制造方法流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。 如圖1，圖2所示，本發(fā)明所提供的蒙脫土/PA6納米復合材料的高性能鋼-塑蝸輪 包括位于中部的鋼質(zhì)鑲件1，以及鋼質(zhì)鑲件1外側(cè)的注塑輪廓2，其中，所述的注塑輪廓2為 蒙脫土 /PA6納米復合材料，蒙脫土 /PA6納米復合材料中蒙脫土含量為4% 7% 。
如圖3所示，蒙脫土 /PA6納米復合材料的高性能鋼_塑蝸輪的制造方法包括如下 步驟 步驟soi，對納米蒙脫土原料進行ra值分析、處理，測定原料的CEC值(層間可交 換陽離子總量)，選定蒙脫土改性劑，對蒙脫土進行改性處理。 蒙脫土改性劑可以采用Cu、 Co或Ni無機金屬陽離子，十二烷基磺酸鈉、十二烷基 硫酸鈉、a -烯烴磺酸鹽或十二烷基苯磺酸鈉等有機陰離子表面活性劑，以及十六烷基氯化 吡啶、十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基溴化銨等有機陽離子表面活性劑。
改性處理步驟如下 ①取一定量蒙脫土分散于蒸餾水中，加熱至一定溫度； ②用一定量的HC1酸調(diào)節(jié)pH，攪拌一段時間，加入一定量的改性劑(金屬離子、有
機陰、陽離子表面活性劑)，恒溫攪拌一段時間，自然冷卻，離心分離，水洗2次； ③再用一定體積分數(shù)的酒精水溶液洗滌1次，真空干燥，研磨得到改性蒙脫土。
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在本實施例中，取5g匪T原土分散于200mL蒸餾水中，加熱至一定溫度，用 0. 2mol/L HC1酸調(diào)節(jié)pH，攪拌一段時間，加入2. 5%改性劑，恒溫攪拌3h。自然冷卻，離心 分離，水洗2次，再用50% (體積分數(shù))的酒精水溶液洗滌l次，真空干燥，研磨得到改性蒙 脫土。 步驟S02，將干燥的PA6(型號1013)、改性蒙脫土、復合穩(wěn)定劑、白油、硬脂酸按照 納米蒙脫土含量為15% 30%的比例混合均勻，各種原料的質(zhì)量配比如下PA6粒料70 85份、改性蒙脫土 15 30份、復合穩(wěn)定劑0. 2 0. 5份、白油0. 5 1份、硬脂酸0. 1 0. 5份，其中，復合穩(wěn)定劑包括鈣鋅復合穩(wěn)定劑、熱穩(wěn)定劑、阻燃劑?？刂坪秒p螺桿擠出機機 頭、機筒、料筒等各段溫度及轉(zhuǎn)速，溫度范圍為125°C 255t:，擠出機轉(zhuǎn)速為30r/min，采用 熔融擠出的辦法獲得過渡原料。 步驟S03，將上述過渡原料、干燥的PA6、復合穩(wěn)定劑、白油、硬脂酸按照納米蒙脫 土含量4% 7%的比例混合均勻，各種原料的質(zhì)量配比如下過渡原料30 50份、PA6粒 料150 200份、復合穩(wěn)定劑1. 5 2份、白油1 1. 5份、硬脂酸0. 5 1份，其中，復合 穩(wěn)定劑包括鈣鋅復合穩(wěn)定劑、熱穩(wěn)定劑、阻燃劑。再次控制好雙螺桿擠出機機頭、機筒、料筒 等各段溫度及轉(zhuǎn)速，溫度范圍為180 300°C ，擠出機轉(zhuǎn)速為30r/min，采用熔融擠出的辦法 制得納米蒙脫土 /PA6復合材料。將得到的原料顆粒在烘箱中IO(TC下干燥8小時。
步驟S04，將制得的原料通過注塑機對模具進行注塑，使蒙脫土/PA6納米復合 材料與事先加工好的鋼質(zhì)鑲件復合，生產(chǎn)出以納米蒙脫土 /PA6復合材料為原料的高性能 鋼-塑蝸輪。 針對本發(fā)明的高性能鋼_塑蝸輪，進行了如下性能檢測。 雖然蒙脫土 /PA6納米復合材料具有較好的機械物理性能，在接觸強度、彎曲強度 等方面可以通過實驗和計算進行驗證，但還存在熱穩(wěn)定性和濕度影響兩個重要因素決定其 服役性能。這是因為工程塑料在受熱后其機械性能都會大幅度下降，同時PA6材料在受熱 和吸水后會出現(xiàn)膨脹，影響其尺寸穩(wěn)定性。因此通過兩組試驗分別檢測了本發(fā)明的性能。
①將一批15個被檢測蝸輪升溫并保持在IO(TC條件下500小時。取出后，每5個 l組，分三組迅速進行抗拉、壓縮和彎曲強度力學性能檢測，根據(jù)蝸輪蝸桿機構的傳動功率 計算，要求抗拉強度不低于53. 5Mpa ;壓縮強度不低于62. 5Mpa ;彎曲強度不低于58. 7Mpa。
經(jīng)檢測，抗拉強度為61. 4-57. 1Mpa ;壓縮強度為68. 3_63. 1Mpa ;彎曲強度為 60. 4-59. 1Mpa，均滿足要求。 ②將一批10個被檢測蝸輪升溫并保持在80°C ，維持環(huán)境相對濕度90%的情況下， 試驗1000小時。取出后，迅速檢測蝸輪齒輪外徑及齒廓變化?？紤]到加工誤差及間隙調(diào)整， 設定尺寸變化超過40 ii m為不合格。 經(jīng)檢測全部10個被測蝸輪外徑變化最大值為+37 ii m，最小為+33 y m ;齒廓變化最 大+4 ii m，最小為2 ii m，滿足對蝸輪尺寸變化的要求。
權利要求
一種蒙脫土/PA6納米復合材料的高性能鋼-塑蝸輪，包括位于中部的鋼質(zhì)鑲件(1)，以及鋼質(zhì)鑲件外側(cè)的注塑輪廓(2)，其特征在于所述的注塑輪廓(2)為蒙脫土/PA6納米復合材料，蒙脫土/PA6納米復合材料中蒙脫土的質(zhì)量含量為4％～7％。
2 —種蒙脫土 /PA6納米復合材料制造高性能鋼_塑蝸輪的方法，包括如下步驟 步驟一、對納米蒙脫土原料進行改性處理；步驟二、將干燥的PA6、改性蒙脫土、復合穩(wěn)定齊U、白油、硬脂酸按比例混合均勻，采用熔 融擠出工藝制得蒙脫土 /PA6納米復合材料；步驟三、將步驟二制得的蒙脫土 /PA6納米復合材料通過注塑機對模具進行注塑，使蒙 脫土 /PA6納米復合材料與事先加工好的鋼質(zhì)鑲件復合，生產(chǎn)出高性能鋼_塑蝸輪。
3. 如權利要求2所述的蒙脫土 /PA6納米復合材料制造高性能鋼_塑蝸輪的方法，其特 征在于步驟二中制備蒙脫土 /PA6納米復合材料的過程分為如下兩步(a) 將干燥的PA6粒料、改性蒙脫土、復合穩(wěn)定劑、白油、硬脂酸按比例混合均勻，使蒙 脫土在混合物中的質(zhì)量含量為15% 30%，采用熔融擠出工藝制得過渡原料；(b) 將步驟(a)制得的過渡原料、PA6粒料、復合穩(wěn)定劑、白油、硬脂酸按比例混合均勻， 使蒙脫土在混合物中的質(zhì)量含量為4% 7%，采用熔融擠出工藝制得蒙脫土 /PA6納米復 合材料。
4. 如權利要求3所述的蒙脫土 /PA6納米復合材料制造高性能鋼_塑蝸輪的方法，其 特征在于步驟(a)中各種原料的質(zhì)量配比如下PA6粒料70 85份、改性蒙脫土 15 30 份、復合穩(wěn)定劑0. 2 0. 5份、白油0. 5 1份、硬脂酸0. 1 0. 5份。
5. 如權利要求3或4所述的蒙脫土 /PA6納米復合材料制造高性能鋼_塑蝸輪的方法， 其特征在于步驟(b)中各種原料的質(zhì)量配比如下過渡原料30 50份、PA6粒料150 200份、復合穩(wěn)定劑1. 5 2份、白油1 1. 5份、硬脂酸0. 5 1份。
6. 如權利要求5所述的蒙脫土 /PA6納米復合材料制造高性能鋼_塑蝸輪的方法，其特 征在于所述的復合穩(wěn)定劑包括鈣鋅復合穩(wěn)定劑、熱穩(wěn)定劑、阻燃劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋼-塑蝸輪制造工藝，具體涉及一種蒙脫土/PA6納米復合材料的高性能鋼-塑蝸輪及其制造方法。該方法將干燥的PA6、改性蒙脫土、復合穩(wěn)定劑、白油、硬脂酸按比例混合均勻，采用熔融擠出工藝制得蒙脫土/PA6納米復合材料；然后，將制得的蒙脫土/PA6納米復合材料通過注塑機對模具進行注塑，使蒙脫土/PA6納米復合材料與鋼質(zhì)鑲件復合，生產(chǎn)出高性能鋼-塑蝸輪。本發(fā)明所制得的高性能鋼-塑蝸輪與現(xiàn)有鋼-塑蝸輪相比具有更大尺寸以及更高的承載能力。
文檔編號B29D15/00GK101749406SQ20091024324
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月29日 優(yōu)先權日2009年12月29日
發(fā)明者吳世見, 李軍, 李軍良, 李翊, 錢祉祺 申請人:東莞市精航達電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有限公司;吳世見;錢祉祺