一种铸型尼龙EPS蜗轮的制备方法与流程

本发明涉及EPS蜗轮制备方法领域，尤其涉及一种铸型尼龙EPS蜗轮的制备方法。

背景技术：

EPS蜗轮是电子助力转向器中主要传动部件，对塑胶件耐磨性、尺寸稳定性及低温性能均有很高的要求。EPS蜗轮蜗杆配合时间久了，蜗轮磨损严重，电子助力转向系统容易产生异响，驾驶过程中，车内容易产生噪音，影响驾驶的舒适性。

现有EPS蜗轮主要采用的是铸型尼龙与PA46两种材料。PA46材料强度高，但是材料的吸水率高，尺寸稳定性差，而且材料的耐磨性不佳，成为制约其应用的一个关键因素。铸型尼龙由于其分子量大、结晶度高使得其在强度、刚度、耐磨性、尺寸稳定性等方面均具有显著的优势，通过铸型尼龙的选用，可以提高材料的耐磨性与耐低温性能。

铸型尼龙已广泛应用于汽车、铁路与工程机械行业。现有的EPS蜗轮采用未改性的铸型尼龙，普通的铸型尼龙EPS蜗轮耐磨性差，易于出现疲劳破坏。经过疲劳试验后，磨损严重。材料耐低温性能也较差，尤其是使用在高寒地带，温度达到-20℃以下，EPS蜗轮低温收缩严重，导致在运行过程中电子助力转向系统出现异响，并且产品容易出现断裂等致命性问题，材料的耐磨性与耐低温性能均无法满足电子助力转向系统对材料性能的高要求。这些技术缺陷导致EPS蜗轮产品退货及索赔事件时有发生。因此，采用改性的铸型尼龙EPS蜗轮取代市场上普通反应尼龙EPS蜗轮，具有很重要的意义。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种耐磨性优异、耐低温性能好、产品性能连续可调、生产成本相对较低的铸型尼龙EPS蜗轮的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种铸型尼龙EPS蜗轮的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)将酰胺类单体等分，分别加入至浇铸尼龙设备的反应釜A、反应釜B内，加热熔融，抽真空；

步骤(2)打开反应釜A，加入催化剂、耐磨剂及增韧剂；同时打开反应釜B加入助催化剂，加热两反应釜，抽真空；

步骤(3)在模具内放置金属轮毂，将反应釜A、B中的活性料混合均匀，迅速浇注到预 热的模具内，聚合，取出产品毛坯；

步骤(4)对上述产品毛坯进行油煮，冷却后，根据产品尺寸要求机械加工得到铸型尼龙EPS蜗轮。

现有的铸型尼龙主要应用于工程机械领域，其应用于工程机械领域主要是提高材料的耐冲击性能，进而提高工程机械产品在工作时的抗冲击性。然而，本发明创新性地将铸型尼龙转用于制备EPS蜗轮，EPS蜗轮属汽车行业，是乘用车电子助力转向器的核心部件，其与蜗杆匹配，工作时，蜗杆带动蜗轮，对材料的耐磨性要求很高，将铸型尼龙转用于制备EPS蜗轮主要是侧重于提高铸型尼龙EPS蜗轮的耐磨性、低温性能与吸水性。可见，本发明对材料的跨领域转用，不仅起到了完全不同功用，也实现了完全不同的技术效果。

本发明采用铸型尼龙成型方式，添加耐磨剂改善材料耐磨性，添加增韧剂提高材料的耐低温性能。改性的铸型尼龙EPS蜗轮耐磨性优异，低温性能优越，能满足EPS蜗轮对材料的要求。

上述的制备方法中，优选的，所述酰胺类单体为100重量份；所述催化剂为0.01～5重量份；所述耐磨剂为0.1～20重量份；所述增韧剂为0.1～20重量份；所述助催化剂为0.01～5重量份。

上述的制备方法中，优选的，所述酰胺类单体为己内酰胺、十二内酰胺中的一种或两者混合物。

上述的制备方法中，优选的，所述催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠、乙醇钠、己内酰胺盐或格式试剂中的任意一种。

上述的制备方法中，优选的，所述耐磨剂为石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯(PTFE)、硅灰石、稀土、碳纤维、硅油、油脂、矿物油中的任意一种或它们的混合物。特别优选PTFE、硅油和/或硅灰石，因为它能使材料的摩擦系数大幅度降低，可以有效改善材料的耐磨性。

上述的制备方法中，优选的，所述增韧剂为液体橡胶(例如JQ胶)、聚醚多元醇、聚异戊二烯、环氧树脂、多元胺中的任意一种或它们的混合物。由于成型中涉及到塑胶包覆金属件，而塑胶件(铸型尼龙)的韧性差，添加优选的增韧剂可避免成型时容易出现的开裂现象。

上述的制备方法中，优选的，所述助催化剂为异氰酸酯、磺酸酯、羧酸酯、N-乙酰基己内酰胺中的任意一种或它们的混合物。更优选异氰酸酯、N-乙酰基己内酰胺，其作为助催化剂时，材料的反应速度快、产品成型周期短。

上述的制备方法中，优选的，所述步骤(1)中抽真空的真空度为0.1MPa，温度为110～150℃，时间为5～20min。

上述的制备方法中，优选的，所述步骤(2)中，加热至维持两反应釜温度为110～150℃， 抽真空的真空度为0.1MPa，时间为10～20min。

上述的制备方法中，优选的，所述预热的模具温度为160～180℃，所述聚合的时间为5～30min；所述油煮的温度为150～190℃，时间为1～12h。

与现有技术相比，本发明的优点在于：使用耐磨与增韧改性的EPS蜗轮，材料的耐磨性好，低温性能好，产品的使用寿命长；其摩擦系数小于0.3，磨损量低于10^-4cm³，远远低于市场上用的EPS蜗轮(市场上EPS蜗轮的摩擦系数为0.8-0.9，磨损量大于10^-3cm³)；产品低温性能好，在-40℃低温环境下收缩率仅为0.1％-0.2％(而市场上的产品为0.5％-1％)；产品性能连续可调，生产成本相对较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中制备得到的铸型尼龙EPS蜗轮的实物照片。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1：

一种如图1所示本发明的铸型尼龙EPS蜗轮的制备方法，包括以下步骤：

1)将100份己内酰胺按重量份等量分别加入到浇铸尼龙设备的A、B反应釜内，抽真空至0.1MPa，加热熔融，在120℃下脱水10min，停止抽真空。

2)打开反应釜A，加入4份的催化剂格氏试剂己内酰胺溴化镁、3份的硅油、10份的增韧剂聚醚多元醇、打开反应釜A的同时打开反应釜B，加入1.5份的助催化剂N-乙酰基己内酰胺。加热，维持两反应釜温度120℃，在0.1MPa真空度下抽真空10min，停止抽真空；

3)在模具内放置金属轮毂，将A、B两反应釜的活性料混合均匀，迅速浇铸到已经预热到160℃的模具内，聚合5min，取出产品毛坯。

4)将产品毛坯在160℃的废机油中处理2小时，冷却后，机械加工得到最终成品。

实施例2：

一种本发明的铸型尼龙EPS蜗轮的制备方法，包括以下步骤：

1)将100份己内酰胺按重量份等量分别加入到浇铸尼龙设备的A、B反应釜内，加热熔融，在130℃下脱水20min，停止抽真空。

2)打开反应釜A，加入1.5份的催化剂己内酰胺钠盐、8份的PTFE、5份的增韧剂聚异戊二烯、打开反应釜A的同时打开反应釜B，加入4份的助催化剂JQ胶。加热，维持两反应釜温度130℃，在0.1MPa真空度下抽真空20min，停止抽真空；

3)在模具内放置金属轮毂，将A、B两反应釜的活性料混合均匀，迅速浇铸到已经预热到170℃的模具内，聚合10min，取出产品毛坯。

4)将产品毛坯在二甲基硅油中处理12小时，油煮温度为190℃，冷却后，机械加工得到最终成品。

实施例3：

1)将70份己内酰胺和30份十二内酰胺混合均匀，然后按重量份等量分别加入到浇铸尼龙设备的A、B反应釜内，加热熔融，在140℃下脱水15min，停止抽真空。

2)打开反应釜A，加入0.16份的氢氧化钠、0.2份的二硫化钼与0.1份过热汽缸油、5份的增韧剂聚异戊二烯和2份环氧树脂，打开反应釜A的同时打开反应釜B，加入0.4份助催化剂二苯基甲烷二异氰酸酯MDI。加热，维持两反应釜温度140℃，在0.1MPa真空度下抽真空15min，停止抽真空；

3)在模具内放置金属轮毂，将A、B两反应釜的活性料混合均匀，迅速浇铸到已经预热到180℃的模具内，聚合5min，取出产品毛坯。

4)将产品毛坯在150℃的矿物油中处理4小时，冷却后，机械加工得到最终成品。

表1：各实施例中EPS蜗轮产品的性能测试结果

由上表1的测试结果可以看出，本发明制备的EPS蜗轮产品其摩擦系数小于0.3，磨损量低于10^-4cm³，远远低于市场上用的EPS蜗轮(市场上EPS蜗轮的摩擦系数为0.8-0.9，磨 损量大于10^-3cm³)；产品低温性能好，在-40℃低温环境下收缩率仅为0.1％-0.2％(而市场上的产品为0.5％-1％)。