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工程塑料尼龙在机械零件中的应用

时间:2018-10-10 浏览:177次
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详细说明

  工程塑料是用于工业零部件或产品外壳塑料的总称,一般具有较高的强度、韧性、硬度,且具有优异的耐热性和耐老化性等优点。尼龙(PA)又称为聚酰胺,为五大工程塑料之一,随着聚合技术不断进步,应用越来越广泛,已从普通装饰件逐渐发展到承重结构件和功能件。尼龙主链上含有大量极性较强的酰胺键,分子间作用力强,加之氢和给电子基团羟基之间易形成牢固氢键,使得其性能优异,主要表现在以下八方面。

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  a力学性能

  尼龙拉伸强度、弯曲强度、冲击强度、硬度、刚性、模量、韧性都较好,尤其经过纤维增强的复合材料或与其它高聚物混合制成的合金,其强度、模量、硬度、刚度、耐磨性进一步提高。特别地,尼龙具有较好的耐摩擦磨损性、自润滑性(水可以作为润滑剂)和耐疲劳性,这是其能够作为工程塑料广泛使用的重要原因之一。

  b耐热性

  尼龙具有较高的熔点,一般在240℃以上,芳香族尼龙的耐热性较脂肪族尼龙高,若加入一定的增强填料,其热稳定性能大大提高,热变形温度可高达250℃。

  c加工性能

  尼龙是热塑性塑料,熔融后在剪切力作用下黏度较低,流动性好,易于成型加工,维修容易。

  d电性能

  在干燥的条件下,尼龙具有较好的电绝缘性,可作为绝缘材料使用,是特别好的高频绝缘性材料。但是尼龙容易吸水、吸湿,吸湿以后绝缘性降低。

  e耐溶剂性

  尼龙的化学稳定性好,耐碱,耐弱酸;而且属于耐溶剂型塑料,尤其耐芳烃类化合物和常用有机溶剂,可用于化学、化工仪器;在某些金属容易生锈的环境,如水表,可用尼龙材料代替。

  f阻燃性

  易于功能化:尼龙的阻燃性较好,一般不易燃烧;加入抗菌剂还能使其具有抗菌性、自净功能。

  g其他优质性能

  比金属材料更优的特性。尼龙还具有质量轻、工作噪音小、工作过程中不会擦起火花、不会生锈、不受电磁干扰的特点。另外,作为齿轮使用时,可通过自身的变形和偏转达到缓冲碰撞和冲击目的,还能减少因安装偏差引起的局部负载。尼龙还具有原料充足、品种多、价格低、易于回收利用、良好染色性、所得制品精度高、尺寸稳定性好等优良特性。

  尼龙在国防、军工领域的应用

  尼龙质轻,约为钢铁密度的1/7~1/6,玻璃纤维增强尼龙的比强度约为4000m2/s2,而钢铁约为1600m2/s2。这对减轻武器装备质量非常重要,可达到兵器轻量化目的。在军用结构材料中,按质量计算,塑料及其复合材料大约占78%,钢铁约占20%,表明塑料将进入大量应用时期,军用材料逐渐从钢铁、轻质铝合金转变为塑料时代。尼龙在国内弹药的引信产品中大量应用,如117产品基座,118产品涡轮、线圈骨架、转子、挡圈、三脚接位线销均采用玻璃纤维增强尼龙6;131产品的线包骨架、高频插座、高频座、十字夹、绝缘套、绝缘筒等采用尼龙1010,尼龙1011作为绝缘环。另外,军用领域中的陀螺仪及操纵装置,常采用尼龙材料作为齿轮。尼龙材料的使用,可减轻自身质量,降低成本,提高生产效率和产品质量。

  尼龙在汽车领域的应用

  近年来人们对汽车轻量化、低油耗、抗冲击、安全等要求不断提高,塑料越来越多地应用于汽车行业。汽车领域大量应用工程塑料代替昂贵的有色金属和合金,提高了汽车造型美观、设计灵活性,降低零件加工、装配、维修费用,大幅减轻汽车自重,降低能耗。汽车领域应用的多为增强、增韧尼龙,主要应用有以下五个方面。

  (1)汽车电气部件,如电气配线、接线柱、中央电器板、跟踪前灯、大灯调节器和车灯外壳;

  (2)发动机,汽缸头盖、发动机装饰盖、发动机盖、发动机水箱盖、风扇,还有进气歧管,1990年宝马汽车首次将玻纤增强尼龙进气歧管用于六汽缸发动机中。

  (3)燃油箱,油滤清器、输油管;

  (4)车身部件,如升降门、座位、风扇、散热器格栅、刮雨器。

  (5)其它受力部件,汽车车体的驱动、控制部件、涡轮调解装置、斜齿轮调解装置、刹车传动器、电动节气门段、AMT选换档执行机构蜗轮、动力转向器、减震驱动器等。采用尼龙合金还可提高外板的防腐性,碰撞时具有一定复原性。NSK替代金属齿轮用于洗衣机传动装置、通风和空调系统的减振驱动器、流动设施中的阀门传动、打印机、公共休息室中的自动冲扫器,经过阻燃改性后的尼龙还可用于接线板、电器接插件、电缆线等。

  相对于金属机械零件,尼龙的研究较晚,人们对尼龙机械零件的了解还不深入,只是在模仿着金属元件改进。然而,一味模仿行不通,尼龙不像金属材料,不遵循胡克定律,表现出黏弹性,其力学模型、相关参数与金属材料迥异。尼龙的力学性能与施力方法、施力时间相关,因而其形变无规律可循,极为复杂。尼龙的黏弹性对器件意义重大,静态黏弹性表现为蠕变、应力松弛;当摩擦、碰撞等引起温度升高时,由于黏弹性产生的变形更加明显。器件的抗疲劳、耐磨、抗冲击、降噪音和减振等与尼龙的黏弹性有关。

  在国外,已经在塑料机械零件的应用及理论方面做了大量试验和研究。在应用方面,已非常普遍地将塑料机械零件作为传递动力的机械装置;在理论研究方面,对塑料机械零件的疲劳寿命、振动、失效形式、失效机理、磨损、传动效率、噪声、本体温度测试和温度计算等方面进行了分析,关于粘弹性材料的滞后原理探讨也有所涉及。在国内,尼龙作为工程材料在很多领域应用非常广,但与国外的差距还很大,大多都只用在低速、轻载场合。一方面塑料机械零件还未被企业和政府所重视,有少量应用,但产品质量落后于世界水平。另一方面,国内塑料机械零件的工程应用还没有统一标准,主要参照金属机械零件标准进行设计和应用,基本依靠实践经验或者高额引进国外先进技术。尼龙机械零件的研究和应用还有很大的提升空间。日本精工面向汽车的自动变速箱、无级变速箱、混合动力车及轮毂电机采用玻璃纤维增强尼龙。东风汽车2005年开始研究稀土含油MC尼龙零件的应用,主要试制开发了底盘推力杆球销式衬套、底盘平衡轴直销式衬套、推力杆球碗、板簧吊耳衬套、降噪片和钢板弹簧用衬套等零件。

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