专利名称：抗冲击磨损车用导向器衬套的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种抗冲击磨损车用导向器衬套的制备方法，尤其涉及一种采用经过稀土表面改性处理的玻璃纤维填充聚四氟乙烯复合材料，制备车用导向器衬套的方法，由于材料具有优异的摩擦学性能，使制得的导向器衬套在实际应用中具有更高的可靠性和经济性。
背景技术：
减振器作为汽车悬架系统的主要阻尼元件，对于汽车的舒适性、安全性和操纵稳定性都具有重要作用；而减振器的稳定性和可靠性及其与弹性元件的匹配性对汽车悬架系统的性能和车辆整体质量具有重要影响。目前由于减振器连杆磨损可导致油封损坏以及漏油，进而由于减振器早期失效而影响着汽车悬架系统的性能，因此减振器产品的工作质量亟待提高。
汽车行驶时减振器间断处于复原行程和压缩行程，减振器在外加载荷作用下使连杆与导向器衬套接触形成一对滑动摩擦副。导向器衬套是一种自润滑滑动轴承，其表层为玻璃纤维、铅和二硫化钼等填充的PTFE(聚四氟乙烯)基复合材料。相对于连杆表面，导向器衬套表面粗糙，在滑动磨损过程中主要由从衬套表层露出的玻璃纤维承受载荷。玻璃纤维与PTFE基体之间的界面结合力不够强，且两者所形成的界面韧性差，从而影响了导向器衬套表层PTFE复合材料的摩擦磨损性能。在受到外加载荷时，玻璃纤维容易从PTFE基体中脱离并成为磨粒磨损的磨粒，进而导致连杆发生早期磨损，致使连杆与导向器衬套摩擦副性能的可靠性降低。
常规偶联剂处理纤维表面在一定程度上改善了其与PTFE基体的界面结合力，但达不到理想的效果，一方面，存在着处理效果不稳定、容易退化、对纤维损伤较大、纤维表面粘度较大、加工性能差等缺点，致使复合材料的界面结合力较差；另一方面，偶联剂不足以使玻璃纤维与PTFE基体具有良好的界面结合力，尤其是在受到冲击载荷时容易萌生裂纹，及高温时导致有机界面性能降低，影响了聚四氟乙烯基复合材料的摩擦磨损性能，主要表现为处于无油或边界润滑情况下其抗冲击磨损性能较差。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种抗冲击磨损车用导向器衬套的制备方法，采用稀土改性玻璃纤维/聚四氟乙烯复合材料制备车用导向器衬套，使此种车用导向器衬套具有优异的摩擦学性能及抗冲击性能，提高其在实际应用中的可靠性。
为制得具有优异抗冲击磨损性能的车用导向器衬套，本发明的技术方案中，采用钢板、青铜粉、聚四氟乙烯、玻璃纤维、稀土改性剂以及少量铅粉等原料，采用轧制等方法制成车用导向器衬套。首先对玻璃纤维进行表面改性处理，然后在钢板表面烧结一层青铜粉作为中间层，接着在中间层上轧制一层由铅粉和经稀土改性剂处理的玻璃纤维填充的聚四氟乙烯复合材料，再经过氮气保护条件下的烧结、机械加工修饰和卷制焊接，制成复合材料车用导向器衬套。经过上述工艺制得的玻璃纤维/聚四氟乙烯复合材料车用导向器衬套具有优良的力学性能和摩擦学性能。
本发明的复合材料车用导向器衬套制备方法具体为首先对玻璃纤维进行预处理，在500～550℃马福炉中烧蚀0.5～1小时，使其表面有机物残留量的重量百分比在1％以下。预处理后的玻璃纤维浸入稀土改性剂中，浸泡处理2～4小时，过滤去除液体，然后在烘箱中烘干，得到经过稀土表面改性处理的玻璃纤维。
其中采用的稀土改性剂的组分重量百分比为稀土化合物(氯化镧、氯化铈、氧化镧或氧化铈)1～5％，乙醇77～95％，乙二胺四乙酸(EDTA)1～10％，氯化铵2～5％，硝酸0.5～1％，尿素0.5～2％。
然后，在钢板上铺一层青铜粉，厚度为0.25～0.30毫米，在800℃条件下把铜粉和钢板基材烧结在一起，使钢板表面烧结一层青铜粉作为中间层，烧结时间为2小时；在烧结的青铜粉中间层上轧制一层由聚四氟乙烯、经稀土改性剂处理的玻璃纤维以及少量铅粉组成的聚合物层，厚度为0.01～0.03毫米，压力为30MPa，然后在氮气保护条件下，在380℃条件下进行烧结，再经机械加工修饰，最后经过卷制、焊接成复合材料车用导向器衬套。
其中，本发明所述的聚合物层原料组成重量百分比为聚四氟乙烯65～89％，稀土改性剂处理过的玻璃纤维10～30％，铅粉等其他添加材料1～5％。
本发明中所述的玻璃纤维包括各种型号的无碱玻璃纤维，聚四氟乙烯包括以悬浮法聚合并经细粉碎而成的各种牌号的聚四氟乙烯树脂，如SM021等。
本发明可以解决现有玻璃纤维/聚四氟乙烯复合材料制得的导向器衬套磨擦学性能差，尤其是抗冲击磨损性能差的问题，从而解决了汽车行业普遍存在减振器连杆副早期磨损这一技术难题，且本发明成本低，具有实际应用价值。经稀土表面处理的玻璃纤维填充聚四氟乙烯制成的导向器衬套和普通的同类导向器衬套相比，具有更好的摩擦学性能。
具体实施例方式
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述，但不构成对本发明的限定。
实施例1复合材料车用导向器衬套聚合物层的组分重量百分比为聚四氟乙烯65％，稀土改性剂处理过的碳纤维30％，铅粉5％。
稀土改性剂各组分重量百分比为氯化镧1％，乙醇95％，乙二胺四乙酸(EDTA)1％，氯化铵2％，硝酸0.5％，尿素0.5％。
复合材料车用导向器衬套制造过程如下首先对玻璃纤维进行预处理，在500℃马福炉中烧蚀0.5小时，使其表面有机物残留量的重量百分比在1％以下。预处理后的玻璃纤维浸入稀土改性剂中，浸泡处理4小时，过滤去除液体，然后在烘箱中烘干，得到经过稀土表面改性处理的玻璃纤维。接着在钢板上铺一层青铜粉，厚度为0.25毫米，在800℃条件下把铜粉和钢板基材烧结在一起，使钢板表面烧结一层青铜粉作为中间层，时间为2小时；然后在烧结的青铜粉中间层上轧制一层由聚四氟乙烯、经稀土改性剂处理的碳纤维以及少量铅粉组成的聚合物层，厚度为0.01毫米，压力为30MPa，然后在氮气保护条件下，在380℃条件下进行烧结，再经机械加工修饰，最后经过卷制、焊接成复合材料车用导向器衬套。制成的导向器衬套尺寸为长10.00mm，壁厚1.95～2.00mm，内径12.45mm，外径16.40mm。
对制得的导向器衬套进行往复滑动静载荷条件下的摩擦磨损性能测试，初始静载荷为250N，试验过程中静载荷逐渐施加，每隔20分钟加一级载荷，每级250N，最大静载荷为1000N，往复滑动频率为2.4Hz。测得实验结果导向器衬套与连杆往复滑动时的摩擦系数为0.227，摩擦表面温度为56.7℃。
实施例2复合材料车用导向器衬套聚合物层的组分重量百分比为聚四氟乙烯75％，稀土改性剂处理过的碳纤维20％，铅粉5％。
稀土改性剂各组分重量百分比为氯化镧2％，乙醇85％，乙二胺四乙酸(EDTA)8％，氯化铵3％，硝酸1％，尿素1％。
复合材料车用导向器衬套制造过程如下首先对玻璃纤维进行预处理，在550℃马福炉中烧蚀0.6小时，使其表面有机物残留量的重量百分比在1％以下。预处理后的玻璃纤维浸入稀土改性剂中，浸泡处理3小时，过滤去除液体，然后在烘箱中烘干，得到经过稀土表面改性处理的玻璃纤维。
然后，在钢板上铺一层青铜粉，厚度为0.3毫米，在800℃条件下把铜粉和钢板基材烧结在一起，使钢板表面烧结一层青铜粉作为中间层，时间为2小时；然后在烧结的青铜粉中间层上轧制一层由聚四氟乙烯、经稀土改性剂处理的碳纤维以及少量铅粉组成的聚合物层，厚度为0.03毫米，压力为30MPa，然后在氮气保护条件下，在380℃条件下进行烧结，再经机械加工修饰，最后经过卷制、焊接成复合材料车用导向器衬套。制成的导向器衬套尺寸为长10.00mm，壁厚1.95～2.00mm，内径12.45mm，外径16.40mm。
对制得的导向器衬套进行往复滑动冲击载荷条件下的摩擦性能。往复滑动频率，7.20Hz；冲击频率，3.30Hz；冲击载荷1000N时实验结果导向器衬套摩擦表面温度109.3℃。
实施例3复合材料车用导向器衬套聚合物层的组分重量百分比为聚四氟乙烯85％，稀土改性剂处理过的碳纤维10％，铅粉5％。
稀土改性剂各组分重量百分比为氯化镧4％，乙醇80％，乙二胺四乙酸(EDTA)10％，氯化铵4％，硝酸1％，尿素1％。
复合材料车用导向器衬套制造过程如下首先对玻璃纤维进行预处理，在520℃马福炉中烧蚀1小时，使其表面有机物残留量的重量百分比在1％以下。预处理后的玻璃纤维浸入稀土改性剂中，浸泡处理2小时，过滤去除液体，然后在烘箱中烘干，得到经过稀土表面改性处理的玻璃纤维。
然后，在钢板上铺一层青铜粉，厚度为0.25毫米，在800℃条件下把铜粉和钢板基材烧结在一起，使钢板表面烧结一层青铜粉作为中间层，时间为2小时；然后在烧结的青铜粉中间层上轧制一层由聚四氟乙烯、经稀土改性剂处理的碳纤维以及少量铅粉组成的聚合物层，厚度为0.02毫米，压力为30MPa，然后在氮气保护条件下，在380℃条件下进行烧结，再经机械加工修饰，最后经过卷制、焊接成复合材料车用导向器衬套。制成的导向器衬套尺寸为长10.00mm，壁厚1.95～2.00mm，内径12.45mm，外径16.40mm。
对制得的导向器衬套在往复滑动冲击载荷条件下进行抗冲击磨损性能测试。往复滑动频率，7.20Hz；冲击频率，3.30Hz；冲击载荷，1000N时测得实验结果导向器衬套磨损量78.2mg。
权利要求
1.一种抗冲击磨损车用导向器衬套的制备方法，其特征在于首先对玻璃纤维进行预处理，在500～550℃马福炉中烧蚀0.5～1小时，使其表面有机物残留量的重量百分比在1％以下，将预处理后的玻璃纤维浸入稀土改性剂中，所述稀土改性剂的组分重量百分比为稀土化合物氯化镧、氯化铈、氧化镧或氧化铈1～5％，乙醇77～95％，乙二胺四乙酸1～10％，氯化铵2～5％，硝酸0.5～1％，尿素0.5～2％，浸泡处理2～4小时后过滤去除液体，在烘箱中烘干，得到经过稀土表面改性处理的玻璃纤维；在钢板上铺一层0.25～0.30毫米厚的青铜粉，在800℃条件下把青铜粉和钢板基材烧结在一起，使钢板表面烧结一层青铜粉作为中间层，烧结时间为2小时，然后在烧结的青铜粉中间层上轧制一层厚度为0.01～0.03毫米的聚合物层，压力为30MPa，所述聚合物层的原料组成重量百分比为聚四氟乙烯65～89％，稀土改性剂处理过的玻璃纤维10～30％，铅粉1～5％；然后在氮气保护条件下，在380℃条件下进行烧结，再经机械加工修饰，最后经过卷制、焊接成复合材料车用导向器衬套。
全文摘要
本发明涉及一种抗冲击磨损车用导向器衬套的制备方法，首先对玻璃纤维进行表面改性处理，然后在钢板表面烧结一层青铜粉作为中间层，在中间层上轧制一层聚合物层，再经过氮气保护条件下的烧结、机械加工修饰和卷制焊接，制成复合材料车用导向器衬套。其中所述的聚合物层原料组成为聚四氟乙烯、稀土改性剂处理过的玻璃纤维及铅粉，其中采用的稀土改性剂的组分重量百分比为稀土化合物氯化镧、氯化铈、氧化镧或氧化铈1～5％，乙醇77～95％，乙二胺四乙酸1～10％，氯化铵2～5％，硝酸0.5～1％，尿素0.5～2％。本发明制得的车用导向器衬套具有优良的力学性能和摩擦学性能，在实际应用中具有更高的可靠性和经济性。
文档编号F16C29/00GK1719062SQ20051002795
公开日2006年1月11日 申请日期2005年7月21日 优先权日2005年7月21日
发明者程先华, 上官倩芡, 包丹丹, 梁木子 申请人:上海交通大学