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以耐磨高性能尼龙合金代替钢材
北京首塑新材料科技有限公司 庄严
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改性尼龙以其综合力学性能高、优良的耐溶剂性及价格适中等特性，在众多的耐磨工程材料中更能满足汽车配件的耐磨要求。为此，北京首塑新材料科技有限公司运用合金化、高增强高光洁度技术，开发了汽车发动机系垫片用高光泽、高尺寸精度耐磨尼龙合金及汽车泵阀壳体用高强度耐磨尼龙合金。
耐磨工程塑料
何谓耐磨，一般而言，耐磨是指在滑动或滚动过程中，被接触面材料具有受接触面材料的摩擦只产生较小损耗的特性。耐磨性能，不仅与两接触面之间的摩擦系数有关，还与被接触面材料自身的强度、表面硬度等因素有关。
常见的耐磨工程塑料包括：聚甲醛（POM）、尼龙、四氟乙烯（PTFE）、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）、聚醚醚酮（PEEK）及聚酰亚胺（PI）等。
耐磨工程塑料产品由于自身分子结构与表面特性，普遍具有较低的摩擦系数，磨耗小，耐磨性能突出。但同时各自的其它性能和加工工艺差别较大，成本也相差悬殊，因此，对耐磨工程塑料的正确选择成为耐磨级产品设计的重要环节。
汽车制品对耐磨工程塑料的特殊要求
随着汽车工业的发展，轻量化成为一个主要的趋势，各种新技术、新材料不断引入，以降低汽车的自重，而以塑代钢是其中一个重要发展方向，通过以塑代钢，减少了钢材的消耗，减轻了汽车的重量，降低了汽车产品的成本和耗能。
由于汽车在户外的恶劣环境下使用，其制件往往要求所用塑料产品具有耐油类溶剂、耐磨耗、较高强度、外观光泽度高、耐水及耐温等特性。特别是耐磨性能，由于汽车在使用过程中，一些部件的动态摩擦情况很多，如果承受摩擦行为的部件耐磨性不好，磨损较大，很短时间内就需要更换，则根本就不能满足汽车产品的安全性和可保养性要求。长期以来，由于对于耐磨塑料的选择不到位，限制了塑料在此类领域产品的开发进度，从而造成了耐磨级汽车配件的以塑代钢的程度远落后于其它零配件。
近期，随着材料新技术的发展，国外陆续有厂家在耐磨级的汽车零配件上以耐磨工程塑料取代金属制品。事实上，只要选择合适的材料，针对零部件工作使用的要求进行设计开发，耐磨级的工程塑料完全可满足汽车的使用要求。
一般而言，汽车制品对耐磨工程塑料材料的要求如下：
1. 耐磨性能优越，摩擦系数小，特别是动摩擦磨耗量小（一般小于5mg）；
2. 力学性能优良，韧性好，制品能有效通过高低温循环热冲击（-40～ 120℃）的考验；
3. 产品表面光洁度高，加工成型性能好；
4. 耐溶剂性能优良，可适应长期接触油类制品的场合。
在众多的耐磨材料中， 相比之下，尼龙类的产品由于综合力学性能高，具有优良的耐溶剂性，更能满足此类制品的要求。因此，就汽车用耐磨制品来讲，往往选择尼龙类产品来满足使用的要求。
汽车发动机系垫片用高光泽、高尺寸精度耐磨尼龙合金

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图1：高尺寸耐磨尼龙垫片

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图2：高光泽耐磨尼龙垫片

表1 高光泽、高尺寸精度耐磨尼龙合金PA66 6207产品数据表

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汽车差速器齿轮垫片、各类汽车发动机系轴承用耐磨垫片，传统上使用的都是耐磨钢片。在以塑代钢进展过程中，技术人员尝试采用不同的耐磨材料进行替代，如PI、PEEK、PPS、尼龙等，然而不是耐磨效果不尽理想，就是价格过高，推行困难。因此，如何获得性价比较高的耐磨材料是对这一应用领域选材的重要目标。此外，由于是用于传动齿轮的垫片，对于厚度方向的精度要求非常高，如果出现尺寸精度误差，就会直接导致传动齿轮的损坏。而常规的耐磨制品，由于热收缩等因素，端面很容易产生凹面效应，特别是厚制件（5mm以上）芯部收缩与边缘收缩尺寸差别大更是突出的问题，因此必须改进后才能使用。
针对这一应用领域，我公司专门开发了具有较高的耐摩擦性、冲击韧性及尺寸稳定性，同时具有较好流动性的 SuployTM PA66 6207产品，从而实现了汽车用耐磨垫片的以塑代钢。该产品的典型数据见表1。
使用PA66 6207产品生产差速器齿轮轴承垫片，产品耐磨性能突出，具有很高的光洁度，且由于合金化，产品在厚度尺寸方面的均一性大大提高，端面平整度好，完全可满足齿轮装配的技术要求，同时价格极有市场竞争力。目前，这种垫片已通过用户装车实验， 取得认可，并已规模放量生产，性能质量非常稳定。
汽车泵阀壳体用高强度耐磨尼龙合金

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图3：浅色高强度耐磨尼龙泵壳体

表2 高强度耐磨尼龙合金PA66 6207G9 产品数据表

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汽车离合器助力泵等壳体产品由于使用的特殊性，不仅要求材料具有优异的力学性能和耐溶剂特性即在一定压力下（＞9kg）经液压油长期浸泡无开裂、不变形（低蠕变），而且还要求具有优异的耐磨特性。特别是注塞泵壳体产品，其内壁的柱塞需往复运动达数十万次以上，因此对于壳体自身的耐磨性和内壁的表面光洁度要求均很高。而单纯的耐磨增强尼龙，特别是高增强的产品（40%～50%玻纤增强），很难实现耐磨与高表面光洁度的效果。
我公司将浅色复合耐磨体系应用于改性尼龙，结合合金化、高增强高光洁度技术，有针对性地开发了 SuployTM PA66 6207G9 （本色）产品。该产品具有优异的力学性能（高达45%增强）和耐磨性能，同时具有很高的内壁表面光洁度，无玻纤外露，耐溶剂性能突出，完全能满足滑动摩擦的使用要求。此外，该产品由于是浅色体系，可方便制品的设计和着色。该产品的典型数据见表2。
目前，该产品已成功应用到汽车用柱塞式离合器总泵壳体制品的生产中，并通过了50万次往复式摩擦实验。该壳体具有优良的耐溶剂性能，长期使用下无变形且无液压油泄露，其性能达到了进口配件的水平。
结语
随着汽车技术与新材料技术的进一步发展，耐磨级尼龙合金产品因其优良的综合性能、突出的耐磨特性，以及较高的性价比，在汽车配件中的应用将会得到更大的提升。而准确把握汽车产品对材料的技术要求，将是加快此类产品推广应用的必要条件，同时也将继续作为我们研究开发工作的目标之一。 9/26/2008

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