本发明属于汽车材料领域；涉及一种制备用于汽车导向球销的材料的方法；更具体地，涉及一种制备用于汽车导向球销的球座材料的方法。
背景技术：
导向球销是汽车上的重要零部件，用于控制汽车转向。长时间以来，导向球销的结构较为复杂，需要通过球座和圆柱形壳体的形状配合才能进行旋转，操作和组装便利性差，在一定程度上提高了汽车的加工成本。此外，由于结构较为复杂，导致导向球销长期承受拉力和压力负荷下磨损加剧，使用寿命较短，难以满足长期使用的可靠性要求。
发明人在中国实用新型cn200820165818使用pet聚酯作为合成树脂形成小球座，替代了原来的钢丝小球。这种材料弹性更好，具有较大的配合面，增加了摩擦面，起到产品磨损的补偿作用，兼具卓越的旋转性能和抗拉压力。
然而，使用pet聚酯作为汽车导向球销的球座材料存在着缺口冲击强度低和断裂伸长率不高的缺陷。
为了改善这些技术缺陷，人们进一步使用聚碳酸酯与pet聚酯形成合金。借助于聚碳酸酯无定型聚合物的优点，二者形成的合金具有优异的抗冲击性和尺寸稳定性。曾邦禄等人(高分子材料科学与工程，1991,110-114)研究表明，当合金中pet聚酯的含量低于60％时，二者的合金呈现出一个玻璃化转变温度，表明二者是相容的。
由于pet聚酯是结晶聚合物而聚碳酸酯是无定型聚合物，二者形成的简单共混体系容易产生相分离，双相界面的粘结力较差，导致缺口冲击强度难以提高。
因此，迫切需要在现有技术基础上，进一步研究一种制备用于汽车导向球销的球座材料的方法。
技术实现要素：
本发明目的是克服现有技术的不足，提供一种制备用于汽车导向球销的缺口冲击强度较高且断裂伸长率较高的球座材料的方法。
为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种制备用于汽车导向球销的球座材料的方法，所述方法包括如下步骤：
纳米级氧化铝粉末由甲基丙烯酸缩水甘油酯和硅烷偶联剂改性，得到氧化铝颗粒；
pet聚酯与所述氧化铝颗粒共混改性，得到所述氧化铝颗粒改性的pet聚酯；
聚碳酸酯与所述氧化铝颗粒改性的pet聚酯熔融共混，形成球座材料；
所述球座材料注塑形成用于汽车导向球销的球座。
根据本发明所述的方法，所述氧化铝颗粒选自纳米级氧化铝颗粒。
在本发明中，纳米级表示平均粒径为1-1000nm的粒径范围。优选地，纳米级表示平均粒径为10-900nm的粒径范围；更优选地，纳米级表示平均粒径为50-700nm的粒径范围；以及，最优选地，纳米级表示平均粒径为100-500nm的粒径范围。
在一个具体的实施方式中，纳米级氧化铝选自平均粒径＝320nm的氧化铝粉末。
根据本发明所述的方法，其中，所述聚碳酸酯与所述氧化铝颗粒改性的pet聚酯的重量比为(60-80)：(40-20)。
优选地，所述聚碳酸酯与所述氧化铝颗粒改性的pet聚酯的重量比为(65-75)：(40-25)；更优选地，所述聚碳酸酯与所述氧化铝颗粒改性的pet聚酯的重量比为(60-75)：(40-25)；以及，最优选地，所述聚碳酸酯与所述氧化铝颗粒改性的pet聚酯的重量比为(60-70)：(40-30)。
在一个具体的实施方式中，所述聚碳酸酯与所述氧化铝颗粒改性的pet聚酯的重量比为65：35。
根据本发明所述的方法，其中，所述聚碳酸酯的数均分子量mn为14000-30000道尔顿。
优选地，所述聚碳酸酯的数均分子量mn为16000-28000道尔顿；更优选地，所述聚碳酸酯的数均分子量mn为18000-26000道尔顿；以及，最优选地，所述聚碳酸酯的数均分子量mn为20000-24000道尔顿。
在一个具体的实施方式中，所述聚碳酸酯的数均分子量mn为22000道尔顿。
根据本发明所述的方法，其中，所述pet聚酯的数均分子量mn为30000-46000道尔顿。
优选地，所述pet聚酯的数均分子量mn为32000-44000道尔顿；更优选地，所述pet聚酯的数均分子量mn为34000-42000道尔顿；以及，最优选地，所述pet聚酯的数均分子量mn为36000-40000道尔顿。
在一个具体的实施方式中，所述pet聚酯的数均分子量mn为38500道尔顿。
根据本发明所述的方法，其中，甲基丙烯酸缩水甘油酯来自山东裕康化工有限公司，纯度为99.9％。
根据本发明所述的方法，其中，所述硅烷偶联剂为具有可聚合基团的硅烷偶联剂。
优选地，所述可聚合基团选自乙烯基、乙炔基、环氧基和(甲基)丙烯酰氧基；更优选地，所述可聚合基团选自乙烯基和(甲基)丙烯酰氧基；以及，最优选地，所述可聚合基团选自(甲基)丙烯酰氧基。
在一个具体的实施方式中，所述硅烷偶联剂为具有甲基丙烯酰氧基丙基的硅烷偶联剂。
在一个更具体的实施方式中，所述硅烷偶联剂选自kh-570，纯度为99.8％；由南京向前化工有限公司购得。
根据本发明所述的方法，其中，所述纳米级氧化铝粉末、硅烷偶联剂与甲基丙烯酸缩水甘油酯的重量比为10：(3-9)：(4-15)。
优选地，所述纳米级氧化铝粉末、硅烷偶联剂与甲基丙烯酸缩水甘油酯的重量比为10：(3-8)：(5-14)；更优选地，所述纳米级氧化铝粉末、硅烷偶联剂与甲基丙烯酸缩水甘油酯的重量比为10：(4-7)：(5-13)；以及，最优选地，所述纳米级氧化铝粉末、硅烷偶联剂与甲基丙烯酸缩水甘油酯的重量比为10：(4-6)：(6-12)。
在一个具体的实施方式中，所述纳米级氧化铝粉末、硅烷偶联剂与甲基丙烯酸缩水甘油酯的重量比为10：5：10。
根据本发明所述的方法，其中，所述氧化铝颗粒与所述pet聚酯的重量比为1：(2-8)。
优选地，所述氧化铝颗粒与所述pet聚酯的重量比为1：(3-7)；更优选地，所述氧化铝颗粒与所述pet聚酯的重量比为1：(3.5-6.5)；以及，最优选地，所述氧化铝颗粒与所述pet聚酯的重量比为1：(4-6)。
在一个具体的实施方式中，所述氧化铝颗粒与所述pet聚酯的重量比为1：5。
有利地，根据本发明所述的方法通过双螺杆挤出机实现。
另一方面，本发明提供了使用上述方法得到的球座材料。
发明人发现，本发明的方法通过使用改性纳米级氧化铝颗粒所得到的改性pet聚酯与聚碳酸酯得到的合金材料不仅冲击强度较高，而且断裂伸长率较高。不希望局限于任何理论，本发明使用的改性纳米级氧化铝颗粒不仅起到填料改善球座材料韧性的作用，而且通过氧化铝表面的甲基丙烯酰氧基丙基的反应性促进了其与树脂体系的相容性，进一步改善了球座材料的缺口冲击强度和断裂伸长率。
与现有技术相比，本发明具有下列有益技术效果：
i)本发明方法得到的产品的缺口冲击强度和断裂伸长率均较为优异，缺口冲击强度≥50kj*m-2和断裂伸长率≥130％；使得其能够充分满足用于汽车导向球销的球座性能要求。
ii)本发明的方法简单易行，易于推广，具有较高实用价值。
具体实施方式
在本发明的具体实施方式中，缺口冲击强度测试按照astmd256-2018标准进行，冲击能为2.8j，测试5组试样取平均值。
断裂伸长率测试按照astmd638-2014标准进行，拉伸速率为10mm/min，测试温度为室温，测试5组试样取平均值。
tga测试使用ta公司的q500热失重分析仪进行，升温速率为10度/min，由室温升至700度，气氛为氮气。
改性纳米级氧化铝的接枝率由tga数据得到。
实施例1：
将10g纳米级氧化铝粉末(平均粒径＝320nm)和5g硅烷偶联剂kh570在甲苯中超声分散，在氮气气氛中120℃搅拌反应4h，然后冷却至室温。加入溶于甲苯的甲基丙烯酸缩水甘油酯8g和aibn数滴，在氮气气氛中80℃搅拌反应2h。离心干燥后，使用丙酮抽提，去除未反应的偶联剂和残余的甲苯溶剂，最后干燥，获得改性纳米级氧化铝颗粒，tga数据得到的甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝率为13.8wt％。
将8g改性纳米级氧化铝颗粒在90℃预热，加入到90℃预热熔化的40gpet聚酯中，pet聚酯的数均分子量mn＝38500道尔顿，真空搅拌2.5h，使得二者均匀混合，得到改性pet聚酯。
将65g聚碳酸酯(数均分子量mn＝22000道尔顿)与35g改性pet聚酯混合均匀后，加入双螺杆挤出机挤出造粒，挤出加工温度控制在240±2℃之间，螺杆转速为400rpm。然后将挤出切粒的粒料置于120℃下烘干并制备得到样品。
实施例2：
将10g纳米级氧化铝粉末(平均粒径＝320nm)和6g硅烷偶联剂kh570在甲苯中超声分散，在氮气气氛中130℃搅拌反应6h，然后冷却至室温。加入溶于甲苯的甲基丙烯酸缩水甘油酯12g和aibn数滴，在氮气气氛中80℃搅拌反应2h。离心干燥后，使用丙酮抽提，去除未反应的偶联剂和残余的甲苯溶剂，最后干燥，获得改性纳米级氧化铝颗粒，tga数据得到的甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝率为15.4wt％。
将10g改性纳米级氧化铝颗粒在90℃预热，加入到90℃预热熔化的40gpet聚酯中，pet聚酯的数均分子量mn＝38500道尔顿，真空搅拌3h，使得二者均匀混合，得到改性pet聚酯。
将70g聚碳酸酯(数均分子量mn＝22000道尔顿)与30g改性pet聚酯混合均匀后，加入双螺杆挤出机挤出造粒，挤出加工温度控制在230±2℃之间，螺杆转速为600rpm。然后将挤出切粒的粒料置于110℃下烘干并制备得到样品。
实施例3：
将10g纳米级氧化铝粉末(平均粒径＝320nm)和4g硅烷偶联剂kh570在甲苯中超声分散，在氮气气氛中125℃搅拌反应3h，然后冷却至室温。加入溶于甲苯的甲基丙烯酸缩水甘油酯6g和aibn数滴，在氮气气氛中80℃搅拌反应2h。离心干燥后，使用丙酮抽提，去除未反应的偶联剂和残余的甲苯溶剂，最后干燥，获得改性纳米级氧化铝颗粒，tga数据得到的甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝率为11.3wt％。
将7g改性纳米级氧化铝颗粒在90℃预热，加入到90℃预热熔化的42gpet聚酯中，pet聚酯的数均分子量mn＝38500道尔顿，真空搅拌4h，使得二者均匀混合，得到改性pet聚酯。
将60g聚碳酸酯(数均分子量mn＝22000道尔顿)与40g改性pet聚酯混合均匀后，加入双螺杆挤出机挤出造粒，挤出加工温度控制在250±2℃之间，螺杆转速为600rpm。然后将挤出切粒的粒料置于130℃下烘干并制备得到样品。
比较例1：
其余条件同实施例1，但直接使用未改性的纳米级氧化铝粉末。
比较例2：
其余条件同实施例1，但使用10g纳米级氧化铝粉末(平均粒径＝320nm)和1g硅烷偶联剂kh570以及甲基丙烯酸缩水甘油酯2g得到的甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝率为6.9wt％的改性纳米级氧化铝颗粒。
比较例3：
其余条件同实施例1，但使用10g纳米级氧化铝(平均粒径＝320nm)和0.5g硅烷偶联剂kh570以及甲基丙烯酸缩水甘油酯1g得到的甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝率为3.7wt％的改性纳米级氧化铝颗粒。
按照前述测试方法，实施例1-3和比较例1-3试样的缺口冲击强度和断裂伸长率，相关结果如表1所示：
表1
从表1可以看出，使用本发明实施例1-3方法，由改性纳米级氧化铝颗粒所得到的改性pet聚酯与聚碳酸酯得到的合金材料不仅冲击强度较高，而且断裂伸长率较高。相关技术指标(缺口冲击强度≥50kj*m-2和断裂伸长率≥130％)使得其能够充分满足用于汽车导向球销的球座性能要求。
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，均包含在本发明的保护范围之内。