本发明涉及复合材料及汽车零部件技术领域，具体涉及一种高分子自润滑材料及其制备方法、由该高分子自润滑材料制成的板簧卷耳衬套。
背景技术：
随着商用车技术的不断发展，国内对商用车使用标准要求越来越严格，客户对商用车整车运行的平顺性和操纵稳定性要求也越来越高。商用车板簧悬架已经不再只是注重车辆的承载性，板簧悬架系统零件也在不断发展，轻量化、低维护成本、耐锈蚀是其零部件的发展趋势。
商用车的板簧卷耳衬套安装在钢板弹簧的卷耳中，板簧销安装在板簧卷耳衬套中。板簧卷耳衬套的作用是缓冲板簧对板簧销的冲击，衰减板簧传递给板簧销的振动，以提高整车行驶的平顺性。目前，板簧卷耳衬套主要有双金属材料轴套和橡胶轴套两种为主。
自润滑衬套技术的发展突破了依靠油脂润滑的局限性，实现了无油或者少油润滑，因此成为了摩擦学领域的热点。自润滑衬套大致可分为金属基、高分子基以及金属高分子复合基三种类型，由于高分子材料具有质量轻、对钢摩擦系数低、可以保护对偶件、耐腐蚀等优点，因此得到越来越多的应用。
作为汽车零部件，目前钢板弹簧衬套大致可以分为三类：一种是金属衬套结构，一般采用粉末冶金衬套或者双金属衬套结构，此种衬套结构复杂，维修麻烦，需要经常添加润滑油，而且成本较高；一种为橡胶衬套，该种衬套采用内衬管和外管硫化橡胶的形式，在工作过程中，橡胶部分承受了内衬管与橡胶件的扭转变形，影响其使用寿命；另外一种是橡胶塑料复合的衬套，结构为外层为橡胶部分内层为塑料部分，大多数采用聚氨酯或者尼龙材质，这种结构简单，而且不影响整个悬架系统刚度，但是衬套结构复杂，增加了整车非标准件的使用。
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，提供一种力学性能优异、耐磨性能出色、尺寸稳定性优良的高分子自润滑材料及其制备方法以及由该高分子自润滑材料制成的质量轻、耐磨损的板簧卷耳衬套。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种高分子自润滑材料，按重量份计包括以下组分：聚甲醛树脂100份、芳纶纤维5-30份、耐磨剂3-20份、增韧剂5-12份、抗氧剂0.1-2.0份、稳定剂0.1-2.0份。该高分子自润滑材料以聚甲醛树脂作为基体材料，聚甲醛树脂为工程塑料，其本身具有一定的耐磨性，耐温性能出色，而且吸水率低，可保证产品的尺寸稳定性。在聚甲醛树脂基体材料中添加芳纶纤维可提高材料的模量和耐磨性。添加耐磨剂可减小材料的摩擦系数、降低磨耗，使材料具有自润滑特点，进一步提高材料的耐磨性。添加增韧剂可提高材料的力学性能。添加抗氧剂和稳定剂可大大提高材料的抗老化性能。采用上述组分及组成配比，该高分子自润滑材料力学性能优异、耐磨性能出色、尺寸稳定性优良。
作为对上述技术方案的进一步改进：
优选的，所述高分子自润滑材料按重量份计包括以下组分：聚甲醛树脂100份、芳纶纤维18-22份、耐磨剂4-6份、增韧剂5-6份、抗氧剂0.15-0.25份、稳定剂0.15-0.25份。采用上述配比组成的高分子自润滑材料的耐磨性能更加出色、尺寸稳定性也更好。
优选的，所述芳纶纤维为芳纶长纤维、芳纶短纤维和芳纶粉末中的一种或几种。
优选的，所述耐磨剂为聚四氟乙烯、石墨和二硫化钼中的一种或几种。
优选的，所述增韧剂为热塑性聚氨酯、三元乙丙橡胶、丁腈橡胶和乙烯-辛烯共聚物中的一种或几种。
作为一个总的技术构思，本发明另一方面提供了一种上述高分子自润滑材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚甲醛树脂置于烘箱中干燥，然后按重量份取100份干燥后的聚甲醛树脂以及相应重量份的耐磨剂、增韧剂、抗氧剂和稳定剂置于高速混料机中进行混料；
(2)将步骤(1)混料完成后的物料添加至双螺杆挤出机中，通过侧喂料方式加入相应重量份的芳纶纤维，然后进行熔融共混，最后通过挤出造粒，即得到高分子自润滑材料。
上述的制备方法，优选的，步骤(1)中，所述干燥的温度为80℃-100℃，干燥的时间为3-6h；所述混料的时间为5-15min。
上述的制备方法，优选的，步骤(2)中，所述挤出造粒的挤出温度为170℃-200℃，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为100-350rpm。
作为一个总的技术构思，本发明另一方面还提供了一种板簧卷耳衬套，该板簧卷耳衬套由上述的高分子自润滑材料或者由上述的制备方法制备得到的高分子自润滑材料通过注塑成型得到。由于采用上述的高分子自润滑材料，该板簧卷耳衬套相比于现有的金属衬套、橡胶衬套及橡胶塑料复合衬套具有质量轻、免维护、耐磨损的优点，符合目前汽车轻量化、低耗能的要求。
上述的板簧卷耳衬套，优选的，所述注塑成型步骤具体如下：将所述高分子自润滑材料置于烘箱中于80℃-100℃下干燥3-6h，然后将高分子自润滑材料加入注塑机的料筒中进行注塑成型，即得板簧卷耳衬套，注塑成型过程中注塑温度控制在170℃-200℃，注塑压力控制在40-120MPa，注塑速度控制在注塑机最大注塑速度的30％-80％。
与现有技术相比，本发明的优点在于：该高分子自润滑材料采用聚甲醛树脂为基体材料，并在基体材料中添加芳纶纤维、耐磨剂、增韧剂、抗氧剂及稳定剂。聚甲醛树脂本身具有一定的耐磨性，耐温性能出色，而且吸水率低。芳纶纤维可提高材料的模量和耐磨性，耐磨剂可减小材料的摩擦系数、降低磨耗，使材料具有自润滑性，并且进一步提高材料的耐磨性。该高分子自润滑材料力学性能优异、耐磨性能出色、尺寸稳定性优良。采用该高分子自润滑材料制成的板簧卷耳衬套质量轻、耐磨损性能好，符合汽车轻量化、低耗能的要求。
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为本发明板簧卷耳衬套的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和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：
本发明高分子自润滑材料及其制备方法、由该高分子自润滑材料制成的板簧卷耳衬套的一种实施例，该高分子自润滑材料按重量份计包括以下组分：100份聚甲醛树脂、5份芳纶长纤维、3份聚四氟乙烯(PTFE，耐磨剂)、7份热塑性聚氨酯(TPU，增韧剂)、0.1份抗氧剂和0.1份稳定剂。
该高分子自润滑材料由以下方法制备得到：
(1)将聚甲醛树脂置于烘箱中于100℃下干燥3h，然后取100kg干燥后的聚甲醛树脂、3kg聚四氟乙烯、7kg热塑性聚氨酯、0.1kg抗氧剂和0.1kg稳定剂置于高速混料机中进行混料15min；
(2)将步骤(1)混料完成后的物料添加至双螺杆挤出机中，通过侧喂料方式加入5kg芳纶长纤维，然后进行熔融共混，最后通过挤出造粒，即得到高分子自润滑材料，其中挤出温度为200℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为350rpm。
对该高分子自润滑材料的拉伸强度、密度、摩擦系数、磨耗及吸水率进行测试。其中，拉伸强度的测试方法采用测试标准GB/T1040进行，摩擦系数及磨耗采用ASTM G99-05方法测试，吸水率(体现材料的尺寸稳定性)采用测试标准GB/T1034进行。具体测试结果见表1。
以该高分子自润滑材料为原料，通过注塑成型制备得到板簧卷耳衬套。注塑成型的具体步骤为：将高分子自润滑材料置于烘箱中于100℃下干燥3h，然后将高分子自润滑材料加入注塑机的料筒中进行注塑成型，注塑成型过程中注塑温度为200℃，注塑压力为40MPa，注塑速度为注塑机最大注塑速度的30％。该板簧卷耳衬套的结构如图1所示。
实施例2：
本发明高分子自润滑材料及其制备方法、由该高分子自润滑材料制成的板簧卷耳衬套的一种实施例，该高分子自润滑材料按重量份计包括以下组分：100份聚甲醛树脂、30份芳纶长纤维、10份聚四氟乙烯、10份二硫化钼、12份乙烯-辛烯共聚物、2.0份抗氧剂和2.0份稳定剂。
该高分子自润滑材料由以下方法制备得到：
(1)将聚甲醛树脂置于烘箱中于80℃下干燥6h，然后取100kg干燥后的聚甲醛树脂、10kg聚四氟乙烯、10kg二硫化钼、12kg乙烯-辛烯共聚物、2.0kg抗氧剂和2.0kg稳定剂置于高速混料机中进行混料10min；
(2)将步骤(1)混料完成后的物料添加至双螺杆挤出机中，通过侧喂料方式加入30kg芳纶长纤维，然后进行熔融共混，最后通过挤出造粒，即得到高分子自润滑材料，其中挤出温度为170℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为250rpm。
对该高分子自润滑材料的拉伸强度、密度、摩擦系数、磨耗及吸水率进行测试。其中，拉伸强度的测试方法采用测试标准GB/T1040进行，摩擦系数及磨耗采用ASTM G99-05方法测试，吸水率采用测试标准GB/T1034进行。具体测试结果见表1。
以该高分子自润滑材料为原料，通过注塑成型制备得到板簧卷耳衬套。注塑成型的具体步骤为：将高分子自润滑材料置于烘箱中于80℃下干燥6h，然后将高分子自润滑材料加入注塑机的料筒中进行注塑成型，注塑成型过程中注塑温度为200℃，注塑压力为80MPa，注塑速度为注塑机最大注塑速度的60％。该板簧卷耳衬套的结构如图1所示。
实施例3：
本发明高分子自润滑材料及其制备方法、由该高分子自润滑材料制成的板簧卷耳衬套的一种实施例，该高分子自润滑材料按重量份计包括以下组分：100份聚甲醛树脂、15份芳纶粉末、6份聚四氟乙烯、5份石墨、8份热塑性聚氨酯、1份抗氧剂和1份稳定剂。
该高分子自润滑材料由以下方法制备得到：
(1)将聚甲醛树脂置于烘箱中于90℃下干燥5h，然后取100kg干燥后的聚甲醛树脂、6kg聚四氟乙烯、5kg石墨、8kg热塑性聚氨酯、1kg抗氧剂和1kg稳定剂置于高速混料机中进行混料10min；
(2)将步骤(1)混料完成后的物料添加至双螺杆挤出机中，通过侧喂料方式加入15kg芳纶粉末，然后进行熔融共混，最后通过挤出造粒，即得到高分子自润滑材料，其中挤出温度为170℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为200rpm。
对该高分子自润滑材料的拉伸强度、密度、摩擦系数、磨耗及吸水率进行测试。其中，拉伸强度的测试方法采用测试标准GB/T1040进行，摩擦系数及磨耗采用ASTM G99-05方法测试，吸水率采用测试标准GB/T1034进行。具体测试结果见表1。
以该高分子自润滑材料为原料，通过注塑成型制备得到板簧卷耳衬套。注塑成型的具体步骤为：将高分子自润滑材料置于烘箱中于100℃下干燥6h，然后将高分子自润滑材料加入注塑机的料筒中进行注塑成型，注塑成型过程中注塑温度为200℃，注塑压力为80MPa，注塑速度为注塑机最大注塑速度的70％。该板簧卷耳衬套的结构如图1所示。
实施例4：
本发明高分子自润滑材料及其制备方法、由该高分子自润滑材料制成的板簧卷耳衬套的一种实施例，该高分子自润滑材料按重量份计包括以下组分：100份聚甲醛树脂、20份芳纶短纤维、5份聚四氟乙烯、5份丁腈橡胶(NBR，增韧剂)、0.2份抗氧剂和0.2份稳定剂。
该高分子自润滑材料由以下方法制备得到：
(1)将聚甲醛树脂置于烘箱中于80℃下干燥5h，然后取100kg干燥后的聚甲醛树脂、5kg聚四氟乙烯、5kg丁腈橡胶、0.2kg抗氧剂和0.2kg稳定剂置于高速混料机中进行混料15min；
(2)将步骤(1)混料完成后的物料添加至双螺杆挤出机中，通过侧喂料方式加入20kg芳纶短纤维，然后进行熔融共混，最后通过挤出造粒，即得到高分子自润滑材料，其中挤出温度为200℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为300rpm。
对该高分子自润滑材料的拉伸强度、密度、摩擦系数、磨耗及吸水率进行测试。其中，拉伸强度的测试方法采用测试标准GB/T1040进行，摩擦系数及磨耗采用ASTM G99-05方法测试，吸水率采用测试标准GB/T1034进行。具体测试结果见表1。
以该高分子自润滑材料为原料，通过注塑成型制备得到板簧卷耳衬套。注塑成型的具体步骤为：将高分子自润滑材料置于烘箱中于100℃下干燥6h，然后将高分子自润滑材料加入注塑机的料筒中进行注塑成型，注塑成型过程中注塑温度为180℃，注塑压力为120MPa，注塑速度为注塑机最大注塑速度的60％。该板簧卷耳衬套的结构如图1所示。
表1各实施例的高分子自润滑材料的性能测试数据
由表1可见，本发明的高分子自润滑材料具有较高的力学性能；较低的吸水率使得由该高分子自润滑材料制成的板簧卷耳衬套具有较好的尺寸稳定性；该高分子自润滑材料的密度仅为金属的1/5以下，由其制备的板簧卷耳衬套可实现轻量化效果；较低的摩擦系数和磨损可使产品具有自润滑特性和较长的使用寿命。而实施例4中采用更加优选的配方，高分子自润滑材料的吸水率更低、两小时磨损量更小，说明采用优选的配方得到的高分子自润滑材料具有更加优秀的尺寸稳定性和更好的耐磨性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。